Файл: Абрамов, В. А. Оптимизация периодичности профилактики автомобилей.pdf

Постепенное накопление повреждений может явиться не прямой, а лишь косвенной причиной отказа. Классическим примером такой схемы является разрушение деталей, которое внезапно лишь при резком ухудшении условий эксплуата­ ции — перегрузке, большой вибрации, экстре­ мальных температурных условиях ит. д. Так, по­ степенное накопление усталостных повреждений без появления каких-либо внешних признаков рессоры автомобиля в результате неблагоприятных внешних условий (перегрузки автомобиля или движения по дороге с неровным покрытием при повышенной скорости) приводит к поломке корен­ ного листа рессоры. В отличие от схемы накапли­ вающихся повреждений здесь не устанавлива­ ется допустимый предел для рабочих параметров; накопление повреждений приводит лишь к росту вероятности отказа. Для данного примера ха­ рактерно сочетание постепенного накопления повреждений со скачкообразным изменением со­ стояния объекта. Такое изменение состояния, возникающее как следствие постепенного накоп­ ления повреждений, принято называть релакса­ цией. Модель возникновения отказов элементов автомобиля в случае релаксации в каком-то смы­ сле является более общей, чем модель мгновен­ ного повреждения и модель с накоплением по­ вреждений. Эта модель отказа имеет черты как модели мгновенного повреждения (скачкообраз­ ное изменение состояния), так и модели накопле­ ния повреждений (постепенное увеличение, на­ копление повреждений с возрастанием вероят­ ности отказа). В более сложных случаях отказ возникает в результате не одной, а многих релак­ саций. Существенным для этого процесса являет­ ся то, что параметр автомобиля или его элемен­ тов, влияющий на вероятность отказа, меняется недетерминированным образом, случайно.

10

Наиболее типичной в практике является си­ туация, когда на автомобиль действует несколько независимых причин. Применительно к шине автомобиля совершенно очевидно, что одновре­ менно действуют по крайней мере две причины отказа: прокол шины за счет попадания острых предметов и постепенный износ протектора. Ана­ логично обстоит дело с отказами шестерен, крепеж­ ных соединений и других деталей автомобиля. Их отказ возможен как по причине случайной «пиковой» нагрузки, так и по причине постепен­ ного старения или конструктивного несовершен­

ства.

Среди множества причин, вызывающих от­ казы, имеются одна-две преобладающие. Влия­ ние остальных причин будет настолько слабым, что отказы по их вине практически не наблю­ даются. Поэтому при исследовании надежности объекта прежде всего стремятся выявить пре­ обладающие причины отказов и лишь затем, если в этом есть необходимость, учитывают влия­ ние остальных причин. Если же одновременно действует много причин примерно одинакового влияния, то совокупное действие этих причин может быть условно заменено на действие одной причины, которая является в некотором смысле эквивалентом всего множества причин. При рассмотрении модели релаксации действие из­ носа оказывалось в постепенном снижении пре­ дельно допустимого уровня нагрузки, а превы­ шение этого уровня «пиком» нагрузки при­ водило к отказу. Следовательно, в данном случае износ и мгновенное повреждение, при­ водящее к отказу, зависят от предельной на­ грузки.

Рассмотрим объекты, где износ и отказы из-за «пиковых» нагрузок не связаны друг с другом. Примерами могут служить приборы электрообо-

11

рудования и другие агрегаты автомобиля. Посте­ пенный их износ не приводит к снижению стой­ кости против перегрузок. Это объясняется тем, что воспринимающие перегрузки силовые части приборов, механизмов, агрегатов практически мало изнашиваются. Но износ способен вызвать нарушение работоспособности за счет выхода рабочей характеристики за допустимые пределы. Перегрузки, в свою очередь, могут вызвать от­ каз, если их величина превзойдет расчетные пре­ делы. Таким образом, «пиковые» нагрузки, вы­ ступающие в виде перегрузок, и износ, сказываю­ щийся на поведении рабочих характеристик, дей­ ствуют параллельно, но изолированно друг от друга. Фактически любой объект, имеющий не­ сколько рабочих частей, не взаимодействующих друг с другом, имеет и несколько причин отка­ зов, действующих параллельно и независимо одна от другой.

С и т у а ц и я 1. Параллельно действует схема мгновенных повреждений, т. е. отказы по вине «пиковых» нагрузок, и схема накапливаю­ щихся повреждений, приводящая к нормаль­ ному распределению наработки до отказа. Если среднее время до отказа по причине мгновенного повреждения меньше среднего времени до появ­ ления отказа по износу, то кривая плотности на­ поминает экспоненциальную функцию. При об­ ратной ситуации плотность имеет явно выражен­ ный горб и напоминает нормальное распределение. Эта модель распределения широко используется для описания отказов приборов электрообору­ дования автомобиля.

С и т у а ц и я 2. В практике эксплуатации автомобиля случается, что отказ любого из эле­ ментов рассматривается как отказ всей системы. В этом случае отказы хорошо описываются рас­ пределением Вейбулла, занимающим важное

12

место среди распределений наработки. Неболь­ шая разница в распределениях наработки до от­ каза элементов не препятствует использованию распределения Вейбулла для описания нара­ ботки до отказа автомобиля и его агрегатов. Так, если каждый из элементов имеет гамма-распре­ деление наработки до отказа, но параметры этих распределений при переходе от элемента к эле­ менту несколько колеблются, то при достаточно большом числе элементов распределение нара­ ботки будет хорошо аппроксимироваться распре­ делением Вейбулла. К этому следует добавить, что многие устройства содержат значительное число одинаковых или близких по конструкции элементов, находящихся в примерно одинако­ вых эксплуатационных условиях (например, двигатель автомобиля имеет несколько ци­ линдров).

Однако не всегда удается проследить все фак­ торы, влияющие на отказ. Поэтому модель воз­ никновения отказа всегда оказывается в гой или иной степени приближенной. Следовательно, принятый закон распределения наработки до от­ каза отражает лишь некоторые черты наблюдае­ мого явления. Возникающие здесь трудности приводят к необходимости учитывать не только физическую природу отказов, но и конкретные потребности решаемой задачи.

Ввиду того, что профилактические мероприя­ тия приводят к противоречивым последствиям, может быть установлен ряд оптимальных харак­ теристик: срок проведения технического обслу­ живания, начальные значения параметров тех­ нического состояния автомобилей, потребное число ремонтно-обслуживающего персонала, тру­ доемкость технического обслуживания, затраты на профилактику и ремонт и т. д. Профилакти­ ка, принятая по одной из этих характеристик,

13

может оказаться невыгодной по другой.Выбрать и обосновать оптимальные режимы технического обслуживания по многим характеристикам можно после глубокого изучения физических процессов, связанных с возникновением отказов автомобилей.

Проблема оптимизации технического обслу­ живания является весьма сложной и может рас­ сматриваться в различных аспектах. Однако при любом рассмотрении этой проблемы необхо­ димо учитывать надежность и готовность авто­ мобилей и влияние на них профилактических работ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СРОКОВ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Под оптимальным режимом технического об­ служивания понимается такой режим, который обеспечивает надежную и долговечную работу автомобиля и его элементов при минимальных затратах средств на техническое обслуживание

иремонты.

Всостав профилактических работ входят контрольно-диагностические, крепежные, регу­ лировочные, электротехнические, смазочные и другие. Контрольно-диагностические работы вы­ полняются в обязательном порядке через опре­ деленный пробег, а все остальные — по потреб­ ности (после контрольно-диагностических работ). Таким образом, периодичность технического обслуживания автомобилей, являющаяся основ­ ным вопросом при обосновании режимов профи­ лактики, определяется периодичностью контроль­ но-диагностических работ.

Анализ количественных характеристик экс­ плуатационной надежности автомобилей пока

14

зал, что в качестве критериев для определения оптимальной периодичности технического обслу­ живания автомобилей могут быть использованы следующие характеристики: вероятность безот­ казной работы, средняя наработка на отказ, пара­ метр потока отказов и вероятность исправного состояния. Это объясняется тем, что они охва­ тывают большое число факторов (конструктивно­ технологических и эксплуатационных) и, сле­ довательно, достаточно полно характеризуют надежность автомобиля в заданных условиях эксплуатации.

За время эксплуатации автомобиля (с момента выпуска его с завода до отправки в капитальный ремонт) наблюдается три характерных периода — приработка, нормальная эксплуатация, интен­ сивный износ, которые могут быть приближенно найдены по закономерности изменения параметра потока отказов (рис. 1). Период нормальной эксплуатации является наиболее продолжитель­ ным и характеризуется в основном внезапными отказами. На этапе приработки возникают от­ казы, вызванные технологическими и конструк­ тивными недостатками. Период интенсивного износа характеризуется отказами, вызванными износом деталей автомобиля. Кроме длительно­ сти течения и характера возникновения отказов, эти периоды характеризуются также различным значением параметра потока отказов, имеющего наибольшее и неравномерное значение в пе­ риод интенсивного износа. Необходимо за ­ метить также и то обстоятельство, что надеж­ ность различных агрегатов автомобиля неоди­ накова.

Таким образом, периодичность технического обслуживания автомобиля должна определяться поагрегатно и отдельно для каждого периода его эксплуатации.

15

Вероятность безотказной работы. Предпо­ ложим, ч т о б период нормальной эксплуатации автомобиля поток его отказов (рис. 2) обладает стационарностью, ординарностью и не имеет по­ следействий. Учитывая эти свойства и применяя теорему о повторении опытов, нетрудно дока­

зать, что распределение отказов автомобиля или его элементов в период нормальной эксплуата­ ции описывается зако­ ном, весьма близким к Пуассоновскому.

но одного отказа и хотя бы одного отказа можно считать приближенно равной A J (с точностью до бесконечно малых высшего порядка при д / ^ -0 ).

16

Вероятность того, что он окажется «пустым» —

Появление отказов в т отрезков можно рассмат­ ривать как результаты т независимых экспери­ ментов (опытов).

Найдем вероятность того, что среди т отрез­ ков будет ровно п «занятых». Применив теорему о повторении опытов,

При достаточно большом т эта вероятность при­ ближенно равна искомой вероятности появления ровно п отказов на отрезке I. Для нахождения Р пперейдем в выражении (3) к пределу при т->- со

После некоторых преобразований получим

При т оо первая дробь и знаменатель послед­ ней дроби правой части выражения (5) стремятся

к единице. Выражение ( ~ f j от т не зависит.

Числитель последней дроби можно преобразовать следующим образом:

Под параметром потока отказов Л , входящим в выражение (7), будем понимать предельное зна­ чение отношения вероятности появления хотя бы одного отказа (в потоке отказов) за интервал про­ бега дI к длине этого интервала:

Вероятность

P>i(l, дО = Ц Pk{U дО = 1 — \Po(h aD + - P S , дОЬ-

к = 2

18