Обоснование оптимальной стратегии замен деталей при проведении текущих ремонтов агрегатов транспортных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В.П. Апсин, Е.В. Бондаренко, Е.Г. Кеян

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРАТЕГИИ ЗАМЕН ДЕТАЛЕЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕКУЩИХ РЕМОНТОВ АГРЕГАТОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по решению проблемы обоснования стратегии текущего ремонта двигателей внутреннего сгорания на основе использования ремонтных комплектов их замен.

Известно, что общая наработка изделия за срок его службы зависит как от уровня его исходного качества, так и от принятой стратегии поддержания его работоспособности. Последнее обстоятельство обусловлено использованием наиболее целесообразной системы эксплуатационного резервирования. В настоящее время наиболее распространенным способом эксплуатационного резервирования является подетальная замена отказавших деталей в изделии. Негативные последствия проявляются в силу характера прирабатываемости заменяемой детали, в сокращении срока ее службы на 30...40%. Одновременно ускоренный износ замененной детали приводит к повышению интенсивности изнашивания рабочих поверхностей сопряженных с ней деталей. Более прогрессивной является стратегия комплектной замены, использование которой обеспечивает увеличение общей наработки предельного состояния, уменьшение расхода запасных частей, снижение потерь прибыли от сокращения длительности пребывания изделия в ремонте. Однако, несмотря на ряд выполненных исследований, теоретическое обоснование и

разработка структуры и периодичности замен ремонтных комплектов решены не полностью. Одним из наименее разработанных вопросов является установление взаимосвязи между показателями ремонтопригодности и принятой стратегией текущего ремонта.

Оценка показателя ремонтопригодности (РП) изделий универсальным комплексным показателем.

В действующей нормативно-технической документации рекомендуется использовать комплекс показателей для оценки РП. Практика их использования утверждает, что они нуждаются в дополнительных показателях, которые отвечали бы требованиям универсальности и комплексности.

Универсальность показателя заключается в том, чтобы он позволяет оценивать уровень ремонтопригодности изделия как относительно самого себя, так и вышестоящего иерархического уровня, в который он входит составной частью. Возможная взаимосвязь нескольких иерархических уровней представлена на рисунке 1.

иерархии

иерархии [/ - 1 |

уровень

(/ +1) уровень

г = т

V (I +1)

(/ + 2 )- й - уровень иерархии

где ( - индекс элементов (/ +1) уровня иерархии; г = 1,2,3,... ;

} - элемент (/ + 2)-го уровня иерархии; т V ( + 1) - число составных частей / - го уровня иерархии.

Рисунок 1 - Взаимосвязь нескольких последовательных иерархических уровней

Комплексность показателя РП заключается в использовании показателя удельного полезного эффекта в виде

Э ~ К-, 5

(1)

где К - коэффициент повторного использования массы элемента; г - межремонтная наработка; Б - затраты на приобретение и ремонт за срок службы элемента. Зависимость свидетельствует о том, что удельный полезный эффект ремонтного воздействия на элемент тем выше, чем лучше используется его масса (металл), чем больше эффект от ремонта г и чем меньше затраты на обеспечение этого эффекта.

В результате предложен показатель для оценки РП элемента любого иерархического уровня относительно самого себя.

Формула в развернутом виде записывается выражением:

П

(1+1) _

(,1+1) Кг(,1+1)' (2)

Аналогично определяется показатель ремонтопригодности г-го элемента иерархического уровня Г-го элемента вышестоящего /-го иерархического уровня. Величина этого показателя находится из выражения:

П(,1+1) _ Кг(,1+1) ■ ■

*н (,1+1)

*р(,1+1)

*р(,1+1)> если 1р(,1+1)-*н(V,1), если *р(г,1+1) >

(4)

величину показателя РП существенное оказывает стратегия устранения отказов, что проявляется в объеме балластных работ, качестве ремонта (величина межремонтной наработки), стратегии повторно используемых деталей (масса) и другие факторы.

В этой связи возникает необходимость обоснования стратегии устранения отказов агрегатов транспортных машин (глубина ремонтных воздействий, периодичность их проведения). Решения этой задачи базируется на основе использования экономико-математических методов.

Математичесая постановка задачи. Пусть *м характеризует последовательность отказов М элементов:

(1,

2, ■

•>

•> *м )С= М,

(5)

*р(,1+1) 5н (,1+1)

I + г(5р(,1+1) + 5рс(,1+1),) *н (,1+1) ( )

В этих формулах:

*Р(г,1+1) - величина наработки элемента за один межремонтный цикл; *н (у+1) - наработка элемента за доремонтный цикл; 5н +1) - затраты на приобретение нового элемента; 5р(у+1) - затраты на ремонт элемента на один межремонтный цикл; 5РС( ;+1) - затраты на разборочно-сборочные работы, связанные с формированием элемента вышестоящего иерархического уровня; Кг (1+1) -коэффициент повторного использования массы деталей к г-му межремонтному циклу; г -число межремонтных циклов; *р - приведенная межремонтная наработка, определяемая соотношением

где tj - значение наработки у-го элемента; М - число заменяемых элементов двигателя.

Среди множества элементов отбираются те, которые лимитируют ресурс агрегата, и замена которых требует его разборки.

Введем ряд терминологических понятий.

Под ремонтным комплектом понимается совокупность его деталей в сборе, объединенная функциональным единством и образующая замкнутую группу с полной технологической совместимостью. Ремонтные комплекты подразделяются на базовые ремонтные комплекты (БК) и сменяемые ремонтные комплекты (СК). БК отличаются от СК тем, что его отказ влечет за собой капитальный ремонт агрегата и, как следствие, замену всех сменяемых РК.

С учетом этого, схема объединения элементов в ремонтный комплект может быть представлена рисунком 2.

В приведенной схеме, на рисунке 2а - *1, *2,..., tj ,..., - наработки до отказов М-х

элементов; на рисунке 2б - Е,,..., Ен - комплекты одновременно заменяемых элементов.

В формализованном виде указанная схема имеет вид:

ии = (Ц\, и2, •••, и,, •••, иы)с и,

(6)

N < М; иг < •

где и, - регламентируемое значение наработки элементов в г-ом ремонтном комплекте; N - число ремонтных комплектов.

Анализ формулы (2) и (3) показывает, что на

В.П. Апсин, Е.В. Бондаренко, Е.Г. Кеян

Обоснование оптимальной стратегии замен деталей при проведении текущих ремонтов агрегатов транспортных машин систем

Рисунок 2 - Схема объединения элементов в ремонтные комплекты

а) требуемая периодичность при подетальной замене;

б) комплекты Е- и периодичность их за-

мены

Введение ремонтных комплектов уменьшает время на замену элементов и длительность приработки. В то же время, одновременная замена нескольких элементов разной долговечности приводит к появлению потерь от недоиспользования ресурсов элементов. С учетом этого, целевая функция обоснования оптимальной системы поддержания работоспособности до капитального ремонта может быть записана в виде:

5 = /( , АБе1 , А£Е1, АГе1 )- (7)

где ААЕ- 5 АБЕ- 5 А^Ег- - потери от простоя, недоиспользования ресурса и приработки при комплектной замене группы элементов; АГе; - затраты на оплату труда ремонтных рабочих при замене элементов.

Оптимальная система замен изношенных элементов имеет вид:

5 = тт 5; и еП; г. е г; N > 0,

(8)

5* =У\X . +^2X '■*. + Xе.

.=1 .=1 .=1

о - и

+^ X С ( - и-)+ Ь

г- ■ Са -=1 Са

ХС-X (тЕ*с.)

.7=1 .=1 _

трудоемкостей при проведении подетальной и комплектной стратегии замен; С. - стоимость нового элемента; г. - наработка элемента до отказа; П- - минимальная наработка ремонтного комплекта; Са - стоимость нового автомобиля; г- - суммарная наработка автомобиля; - величина дохода при эксплуатации автомобиля; 3 - доля уменьшения наработки из-за проведения приработки.

Графическая модель решения целевой функции представлена на рисунке 3.

$,Р

\^Ег

^Бес

С

Расчет составляющих целевой функции (7) производится по ряду известных методик. На основании этого целевая функция может быть представлена в виде:

Рисунок 3 - Графическая модель решения целевой функции

В качестве метода оптимизации группирования деталей в ремонтные комплекты используется идея направленного перебора.

> тт 5,

(9)

при П е и; г. е г; N > 0.

В целевой функции: ^ - величина потерь от просто# ; транспортных машин в единицу времени; X - разность простоя при подетальной и ^комплектной стратегиях замен; у 2 - стоимость нормо-часа работ; X - разность

.=1

р( )е Рс Пусть 2(и )е Я

(10)

где ) - вектор фазовых координат, под которой понимается наработка элементов ав-

+

томобиля; г(иі ) - вектор управлений, то

есть множество воздействий в определенные моменты времени, направленных на восстановление работоспособности двигателя.

Векторы (10) изменяются в ограниченной области, что представлено рядом фазовых ограниче ний,

р(> Нр 1 г (и )є н )

к которым отнесены ограничения на наработку до проведения ремонтных воздействий. Кроме этого, вводятся краевые условия решения задачи в виде начальных условий

р0()с Е0, (12)

и конечных условий

Рк ()є Ек. (13)

Оптимальную систему ремонта определяет минимальная величина затрат, зависящая от состояния автомобиля и управляющих воздействий

я И/)г(и )]= 5 ^ тіп при Р (/> нр ; 1

г (и )є н. )

Экспериментальная проверка методики оптимизации структуры и периодичности ремонта двигателей методом комплектной замены проведена по специально проведенному экспериментальному исследованию отказов двигателей автомобиля КамАЗ-740 в условиях ремонтных зон АТП, ООО «Авторемзавод» и Автоцентра КамАЗ г. Оренбурга.

Решение поставленной задачи проведено по специально разработанной программе с использованием ПЭВМ на базе процессора ІП;е1 Репгіит II. В результате проведенных расчетов, разработаны экономически целесообразные ремонтные комплекты и периодичности их замен, представленные в таблице 1.

№№ комплект а Наименование деталей, формирующих ремонтный комплект Периоди замены, км.

1 2 3

I Комплект поршневых колец 82

II Комплект коренных и шатунных вкладышей 108

III Комплект поршневых колец Комплект гильз Комплект коренных и шатунных вкладышей 138

IV Вал коленчатый с комплектом вкладышей Поршневая группа Вал распределительный Головка блока цилиндров в сборе 164

Таблица 1 - Состав ремонтных комплектов двигателя КамАЗ-740 и периодичности их заме-ныны

Кроме этого, уточнены значения показателей РП основных деталей газораспределительного механизма двигателя КамАЗ-740 при подетальной (числитель) и комплектной стратегиях (знаменатель) проведения текущего ремонта, что представлено в таблице 2.

ПйММТОЛІ РП

* Ншьш&кши! авгіти СІЙСТ- апйки- С-ПІМН-

1П Ккнн^а нхнпСГМ іх л ьш дп-:'

*,41* иит

і Гчгння бкин ІМІНІЩЧ 0.3 І-Б- □..73 Е

з К.гыъкн. ілуигааК □.: іс сам <Ш(Р

и::-ч □.731

і клгпзж міі7е»ісА ОДІ1? 0,251 ПРЛ 3

■ь.їіт <Ц№І

* ■Г і її кі; ■ асдоывддл а-.ітч ОСМі

о.:у: □лк«

ь Крччы:=ч-1н-:ііяіім а.ш

■Мйї

ь Ьи ІГ- азя 0,3 1 3 □ ?и-

ЇШ4

Т К<#і>вдуст «шрлвнго кшии С..12Т 0,2*+ □ ,701

ти л.531

3 Голод і*сь ит

ч ОД—™™ О.йїу ш □.її? fl.HU

В.П. Апсин, Е.В. Бондаренко, Е.Г. Кеян

Таблица 2 - Результаты расчета показателей РП газораспределительного механизма Анализ полученных показателей РП, показывает целесообразность использования стратегии комплексной замены. Кроме

Обоснование оптимальной стратегии замен деталей при проведении текущих ремонтов агрегатов транспортных машин систем

этого следует отметить, что использование последней приводит к значительному уменьшению числа ремонтных работ и, следовательно, однозначно повышает их ремонтопригодность. Кроме этого, значительно снижаются потери доходов владельцев автомобильного транспорта.

Список использованной литературы

1Апсин В.П., Дехтеринский Л.В., Норкин С.Б., Приходько В.М. Моделирование процессов восстановления машин. - М.: Транспорт, 1996. -311 с.

2.Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. - М.: Высшая школа, 1982. - 231 с.

3.Бондаренко В.А. Концепция и технологические основы ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики: Дис. докт. техн. наук. - Оренбург, 1996. - 52 с.

4.Волков П.Н. и др. Ремонтопригодность машин. - М.: Машиностроение, 1975. - 386 с.

5.Дюмин И.Е. Повышение эффективности ремонта автомобильных двигателей. - М.: Транспорт, 1987. - 176 с.

6.Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт, 1987. - 271 с.

Статья поступила в редакцию 11.01.20000г.