Условия надежности автомобили

ЛЕКЦИЯ13

Как было показано, особенности автомобиля таковы, что свести к нулю вероятность возникновения отказа отдельных его деталей невозможно. Поэтому можно считать практически надежным автомобиль, в котором в пределах установленного ресурса (гамма - процентного, назначенного, среднего до ремонта и т. д.) при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию не возникает неприемлемых отказов.

Такое определение требует установить по крайней мере следующее:

1) какие отказы должны быть фактически исключены, а какие терпимы;

2) вытекающие отсюда количественные оценки и нормативы;

3) возможности реализации поставленных требований и ограничений.

Рассмотрим первое условие, заметив только, что выполнение двух других зависит от конкретного типа автомобиля и условий его эксплуатации, от рассматриваемых агрегатов и систем автомобиля.

Необходимое условие безотказного автомобиля — это оптимальные характеристики надежности его элементов. Эти характеристики создаются и обеспечиваются на стадиях проектирования, производства, эксплуатации. Цель оптимизации одна и та же, особенности и методы — различны.

Проектирование. Смысл оптимизации на этой стадии состоит в обеспечении приемлемых характеристик надежности деталей автомобиля. Рассмотрим требования к каждому из шести элементов, входящих в характеристику.

А. Возможность опасных отказов должна быть исключена. Характеристики с элементом А₁ допустимы в крайнем случае, а работоспособность детали диагностируема (например, элементы В₃ и Г₂), так что фактически отказы не появляются. Ряд работ показывает, что это требование реально - причины ДТП, обусловленных отказами самого автомобиля, могут быть сведены к 1...3 %.

Б. Отказы, приводящие к потерям линейного времени, а тем более снятию автомобиля с эксплуатации, должны быть также исключены (например, характеристики с элементами (Б₁, Б₁Г₁)

В. Решающее значение имеет долговечность детали; если в характеристике имеется элемент В₄, то все остальные теряют свое значение. Теория и практика показывают, что реален очень высокий уровень долговечности. Число деталей автомобиля относительной, а тем более ограниченной долговечности может быть сведено к единичным процентам.

Обеспечение признака В₄ характеристики может вызывать определенные затруднения, например, в случае, если большой ресурс создается за счет чрезмерного увеличения массы деталей. Однако известен ряд способов создания достаточной долговечности без перерасхода металла.

Г. Оценка состояния детали или агрегата (признак Г₂ позволяет исключить фактическое появление отказа восстановлением ресурса при очередном планово - предупредительном техническом обслуживании автомобиля. Возможности технической диагностики уже теперь достаточно высоки.

Д. Е. Для уменьшения эксплуатационных затрат важно исключить в характеристиках надежности в первую очередь элементы Д₁, Е₁ и их сочетания, а по возможности также и Д₃, Е_3.

Помимо оптимизации характеристики надежности каждой отдельно взятой детали, важна взаимоувязка характеристик. Если m деталей может иметь n отказов, то число ℓ эксплуатационных воздействй по их предупреждению или устранению имеет теоретически 2 предела: ℓ= п и ℓ=1. В действительности 1 < ℓ < n. Возникает ественно стремление свести к минимуму число остановок автомобиля, необходимых для устранения отказов (текущего ремонта) вне планово - предупредительных технических обслуживаний. Это требование выполнить тем легче, чем меньше разница между ресурсами агрегатов, узлов, деталей, т. е. чем более они равнопрочны.

Равнопрочность деталей даже одного наименования одного и того же агрегата невозможна.

Рис.10. Кривые убыли:

1 и 2— соответственно нижняя н верхняя границы; 3—средние значения

В результате рассеяния кривая убыли (наработок до отказа) является случайной функциией, которая заключена с заданной доверительной вероятностью между двумя кривыми убыли — нижней 1 и верхней 2 доверительными границами (рис. 10). Можно считать, что две детали равнопрочны, если совпадают их средние кривые убыли 3. Однако более реально в силу разброса ресурсов ΔL принять условием равнопрочности равенство заданных средних ресурсов — математических ожиданий (точка а), соответствующих заданному уровню вероятности [R].

Отметим, что идея равнопрочности практически важна для деталей с возможным отказом (признак В₁₃ характеристики), недиагностируемым (Г₁), преимущественно требующим устранения самой опасности его появления (А₁Б₁) и связанного со значительными затратами времени на восстановление работоспособности (Д₁ или Д₃). Таким образом, идея равнопрочности распространяется на детали ограниченной номенклатуры автомобиля.

Взаимная увязка элементов характеристики надежности деталей связана не только с соотношениями ресурсов: критическая по надежности деталь должна быть такой, чтобы восстановление (поддержание) ее ресурса не требовало затраты запасных частей и материалов. Поэтому основными работами ТО-1 и ТО-2, при которых и приходится иметь дело с критическими по надежности элементами, являются, прежде всего, крепежные, регулировочные, смазочные и очистительные работы. Избежать этих работ нельзя, но уменьшить их объем можно и необходимо.

Например, исследования надежности резьбовых соединений, восстановление затяжки которых составляет свыше трети времени, отводимого на ТО, выявили возможность уменьшения числа критических по надежности элементов в 3,6 раза, а числа, элементов ограниченной надежности - более чем на 20 %. Вместе с тем, существующие данные позволяют предположить, что полное устранение деталей, лимитирующих надежность, пока не представляется возможным.

Производство. Оптимизация характеристики надежности на этой стадии заключается в обеспечении минимального рассеяния кривых убыли для практического обеспечения идеи равнопрочности. Очевидно, что выравнивание средних ресурсов эффектвно при малом среднем квадратическом отклонении значений ресурсов или коэффициентов их вариации. Изготовление детали может происходить по так или иначе сформированной схеме технологического процесса, включающего заготовительные операции, механическую, термическую обработку, сборку, испытания и т. д. Составляющие технологического процесса могут включать различные варианты и отличаться качеством выполнения. Поэтому даже для сравнительно простых деталей рассеяние их характеристик (в том числе надежностных) может быть значительным. Интересные результаты были получены при сопоставлении коэффициентов вариации ресурсов одноименных деталей, приведенных в разных источниках. Оказалось, что коэффициент вариации ν ресурсов является, в свою очередь, случайной величиной и может принимать различные значения. Например, для резьбовых элементов (число выборок 16) при наиболее вероятном (модальном) значении ν^¯ = 0,35 значения коэффициентов вариации лежали в пределах 0,17—0,72; для сварных соединений (число выборок 52) оказалось, что ν^¯=0,44 при пределах изменения коэффициентов вариации 0,17—1,08 и т. д. Чем меньше технологически обеспеченный коэффициент вариации ресурсов, тем больше эффект равнопрочности при близких значениях средних ресурсов (математических ожиданий).

Эксплуатация.

Таблица7. Основные виды эксплуатационных воздействий

Оптимизация характеристики надежности на стадии эксплуатации заключается в надлежащем выборе эксплуатационных воздействий (стратегии их применения): минимальная вероятность фактического появления отказа должна сочетаться с максимальным использованием ресурса детали.

При эксплуатационных воздействиях как планово-предупредительных (профилактических), так и по потребности — необходимое состояние детали (степень использовагия ресурса) диагностируется или не диагностируется. Учитывая также различия эксплуатационных воздействий по расходу запасных частей, приходим к восьми основным стратегиям (табл. 7).

Среди приведенных воздействий предпочтительны те, при которых отказы практически не появляются (Iа, в, IIв, г). При принудительных заменах (IIв), распространенных на практике, трудность состоит в том, что отказ может произойти в интервале наработок иногда значительном. Если планировать замену детали при средней наработке (рис. 10, кривая 3, точка а), то вероятность появления отказа значительна, но зато потеря ресурса невелика. Замена при наработке, соответствующей значению в точке b, гарантирует безотказную работу автомобиля, однако с наибольшими затратами, в частности в результате недоиспользования ресурса (детали с признаками А₁Г₁, иногда Б₁Г₁ в характеристике надежности).

Поскольку данных о наработке L_мин может и не быть, чаще ориентируются на принудительные, попутные замены при промежуточной наработке L_мин + L_х.

В качестве примера ниже приведен вариант стратегии эксплуатационных воздействий для нескольких деталей.

Дата добавления: 2014-01-07