Оценка безотказности полуприцепов кзап-9370 при эксплуатации в горных условиях Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.114.3.004

ОЦЕНКА БЕЗОТКАЗНОСТИ ПОЛУПРИЦЕПОВ КЗАП-9370 ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ

В.С. Волков, В.К. Магомедов

Представлены сведения о показателях безотказности узлов и агрегатов полуприцепов КЗАП-9370 при их эксплуатации в условиях горной местности

Ключевые слова: безотказность, наблюдения, отказ, полуприцеп

Традиционная схема оценки безотказности автотранспортного средства по результатам наблюдений в условиях эксплуатации включает процедуру определения количества отказов, приходящихся на одно изделие за нормативный пробег (например, за ресурс до капитального ремонта). Однако полученная таким образом характеристика не полностью отражает потенциальную безотказность изделия, обусловленную его конструкцией и технологически обеспеченную при производстве. Систематический анализ данных о надежности автотранспортных средств позволяет с уверенностью сказать, что по вине эксплуатации безотказность конструкций снижается в два и более раза, являясь чрезвычайно чувствительной к уровню организации и качеству выполнения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту.

Это прежде всего касается автотранспортных средств, обслуживание и ремонт которых производятся не на фирменных предприятиях, а в условиях АТП. По данным длительных наблюдений за эксплуатацией полуприцепов КЗАП-9370 установлено, что основными видами отказов полуприцепа являются трещины и разрушения элементов конструкции и сварных соединений. При этом закономерности и параметры распределения первых отказов одноименных элементов достаточно близки для всех выборок, сгруппированных по принадлежности наблюдаемых полуприцепов тому или иному транспортному предприятию. Средняя наработка между первым и вторым отказами полуприцепа колеблется по группе предприятий от нескольких тысяч до десятков тысяч километров. Нередки случаи, когда детали, постоянно отказывающие после первого ремонта в одном АТП, в другом остаются работоспособными до списания полуприцепа. Очевидно, что средняя наработка на отказ в подобном случае характеризует не безотказность конструкции, а уровень материально-технического обеспечения автотранспортных предприятий, особенности технологии выполнения ремонтных работ и их качество.

Волков Владимир Сергеевич - ВГЛТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 53-77-07, E-mail: auto@vglta.vm.ru Магомедов Варис Камалутдинович - Махачкалинский филиал Московского автомобильнодорожного института (ГТУ МАДИ), ст. преподаватель, тел. 8-928-556-66-46

Изготовитель, оснащенный подобными «фактическими данными реальной эксплуатации», оказывается неправильно ориентированным, а принятые им конструкторско-технологические решения малоэффективными в эксплуатации. В дальнейшем, при разработке новой конструкции, это сказывается на прогнозе её надежности.

Предположив, что последствия отказов полуприцепа устраняются путем замены отказавших элементов на эквивалентные или ремонтом с полным восстановлением работоспособности, можно принять в качестве исходных данных для расчета его безотказности параметры распределения наработки до первого отказа составных частей (узлов, деталей), далее элементов.

В этом случае методика расчета показателей безотказности полуприцепа заключается в следующем. На основе сводного перечня отказов полуприцепа, полученного по результатам эксплуатационных испытаний, составляется структурная модель, в которую входят только те элементы, которые имели отказы за период наблюдения, причем отказы независимые, не являющиеся следствием других отказов, приводящие к отказу полуприцепа. Элемент, отказ которого вызывает отказ полуприцепа, включается в схему надежности последовательно; если отказ полуприцепа возможен только при одновременном отказе двух или более элементов, они считаются включенными в схему параллельно. Модель расчета надежности, построенная на основе качественного анализа безотказности, представляет собой последовательное или параллельно - последовательное соединение элементов.

В результате анализа результатов расчета безотказности транспортных машин можно установить, что все отказы рассматриваемого перечня являются независимыми, отчего отказ одного элемента приводит к отказу автопоезда в целом. В связи с этим поток отказов автопоезда является суммой потоков отказов его элементов, и расчетная структурная схема его безотказности может быть представлена в виде цепи последовательно соединенных составных частей.

Вследствие принятых предположений о независимости отказов элементов и об их влиянии на работоспособность изделия поток отказов последнего Н(1) определяется суммой потоков отказов его элементов (при последовательном соединении) или суммой потоков отказов блоков элементов (при параллельно-последовательном соединении, когда

модель представляет собой последовательное соединение блоков, состоящих из параллельно соединенных элементов); при этом поток отказов блока формируют только моменты одновременных отказов всех составляющих его элементов.

Известно, что наработка на отказ зависит от интервала пробега, на котором определяется эта наработка. Применительно к данному случаю определения показателей безотказности транспортных машин целесообразно определять наработку на отказ Ь0 не в зависимости от случайной величины наработки до первого отказа, а на фиксированном интервале наработки кратном интервалу Д/ = 50 тысяч км. В рассматриваемом случае целесообразно принять / = 100; 150; 200; 250; 300; 350 тыс. км. В связи с этим задача о нахождении величины наработки на отказ сводится к определению значения математического ожидания числа отказов Н(/), которое в течение наработки / согласно [2] составляет

N

Н (/) = X пД, (/);

1=1

где П1 - число последовательно соединенных элементов (блоков) 1-го типа;

Н(/) - математическое ожидание числа отказов элементов (блоков) 1-го типа на пробеге /;

N - число типов элементов (блоков) в изделии.

Расчётная структурная схема надёжности полуприцепа, построенная по результатам обработки наблюдений по каждому виду отказа (с приведением наработок к единым условиям эксплуатации и оценкой однородности выборок), представляет собой последовательное соединение элементов, потоки отказов которых характеризуют функции распределения ¥(/). Для ординарных потоков без последействия

Н, (I) = 1 Рл(1),

/=1

где Г^(/) - функция распределения наработки 1-го элемента до у-го отказа.

Функция Н(/) удовлетворяет интегральному уравнению

н, (I) = ї (I) + | н , (I - (х),

0

1

Н, (0 = р (0 + | Нг (| - х)/г (Х)^ ,

или

учитывая, что dF (х) = / ( x)dx .

Данные решения рассматриваются для случаев, когда распределение наработки элементов до первого отказа подчиняется закону экспоненциальному, нормальному, логарифмически-нормальному, гамма или является композицией двух экспоненциальных законов. Для оценки интеграла при распределении наработки до отказа по закону Вейбулла (таких элементов полуприцепа оказалось подавляющее большинство — петли бортов, задние кронштейны, лис-

ты рессоры и др.) использован численный метод трапеций: интервал интегрирования (0, /) разбивается на п интервалов величиной Дх(/ = к Ах); интеграл заменяется функцией, выраженной в конечном виде

1 к-1

|F(/ - х)/(x)dx и F(Дxk) = АхХF[Дх(( - т)|/(Ахт)

О т=1

Подставляя функцию и плотность распределения Вейбулла, производится вычисление функции F(Дхт) до тех пор, пока при некотором т величина её не станет менее наперед заданного малого числа а, например 10-4, где а — погрешность от к-кртной свертки функции Fi(/). С вероятностью 1—а можно утверждать, что за время t число отказов Н(/)

т+1

не превысит £ р (I) .

/=1

Аналогичным образом определяется величина Н(/) элемента для любого иного закона распределения.

При больших величинах наработки / можно воспользоваться приближенной формулой

1 2 ’

где Ьср и ст - соответственно средняя наработка до отказа элемента и дисперсия.

Практически это соотношение оказывается справедливым при наработке / > 1,5£ср.

Таблица 1

Показатели безотказности полуприцепа

Наименование составной части полуприцепа Наработка на отказ Ко, тыс. км

Борта и элементы их фиксации Рама Опорный лист со шкворнем Опорное устройство Подвеска Колеса с тормозными устройствами Электрооборудование Держатель запасного колеса 144 278 361 274 151 112 391 405

Полуприцеп в целом* 26,6

К = 8 1 £ Т _ ,=1 К°, _

*Показатель безотказности Ьо полуприцепа и его составных частей определен при наработке / = 350 тыс. км.

Расчетная структурная схема надежности полуприцепа КЗАП-9370 включает восемь последовательно соединенных функционально независимых составных частей (табл. 1), каждая из которых в свою очередь состоит из ряда последовательно соединенных элементов, лимитирующих надежность. Например, в схему надежности рамы (табл. 2) во-

шли четыре конструктивных элемента (обвязка, задняя, центральная и крайняя поперечины), лимитирующих ее надежность. При этом у одного из элементов (обвязки рамы) наблюдались отказы двух видов (трещины в сварном соединении частей обвязки и поперечные трещины в обвязке), следовательно, схема надежности рамы включает пять элементов.

Таблица 2

Показатели безотказности рамы полуприцепа на пробеге 350 тыс. км

Для каждого из ненадежных элементов по результатам наблюдений за отказами определены вид и параметры закона распределения наработки до отказа. В двух случаях, связанных с износом, установлен нормальный закон распределения, в остальных, связанных с восприятием деталями напряжений изгиба и кручения установлен закон Вейбулла. Во всех случаях наработка на отказ определялась на пробеге 350 тыс. км, рассматриваемом в виде нор-

мативного ресурса полуприцепа.

Результаты расчета, представленные в табл. 1 и

2, получены для выборки из 60 подконтрольных полуприцепов, приписанных к восьми транспортным предприятиям республики Дагестан. Во всех рассматриваемых случаях в качестве основной проблемы выступает значительная разность в наработке на отказ как отдельных элементов сборного узла, например, рамы, так и отдельных составных частей конструкции полуприцепа.

Основным конструктивным недостатком автопоездов рассматриваемого вида следует считать их неравнонадежность в поузловом и поэлементном видах. Аналогичным образом происходит распределение наработки на отказ по узлам в составе каждого агрегата и элементам в составе отдельного узла.

Мероприятия по выравниванию поузловой наработки на отказ целесообразно проводить в несколько циклов путем последовательного совершенствования каждого узла после внедрения результатов разработок с использованием прогнозных оценок безотказности.

В качестве фактора, характеризующего различия в наработке на отказ узлов, агрегатов и изделия в целом, можно ввести соответствующий коэффициент неравнонадежности, представляющий собой отношение максимальной наработки на отказ составной части £отах к минимальной наработке на отказ ¿отт соответствующей составной части изделия,

T

к o max

НН rj-f "

o min

Литература

1. Лукинский В.С. Прогнозирование надежности автомобилей / В.С. Лукинский, Е.И. Зайцев - Л.: Политехника, 1991. - 222 с.

2. Хазов Б.Ф Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования / Б.Ф. Хазов, Б.А Диду-сев - М.: Машиностроение, 1986. - 244 с.

3. Зорин В.А. Надёжность машин: Учебник для вузов / В.А. Зорин, В.С. Бочаров. - Орёл: ОрёлГТУ, 2003. -549 с.

Состав- Вид отказа со- Ожидае- Нара-

ная часть ставной части мое число ботка

рамы отказов H(l) на отказ L0, тыс. км

Обвязка Трещины на стыке (в сварном соединении) двух час-

тей 0,205 1785

Поперечные

Задняя трещины 0,211 1523

попере- Проседание

чина 0,233 1420

Цен- Разрушение

тральная сварного со- 0,315 1080

попере- единения с

чина лонжеронами

Разрушение 0,352 596

Крайняя сварного со-

попере- единения с

чина лонжеронами

Рама в 1,316 278

целом ^r=~rL~ = |t f j‘ £ H Jl) L-i Lo.\ ¡ = 1

Воронежская государственная лесотехническая академия

Махачкалинский филиал Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ МАДИ)

RELIABILITY EVALUATION OF SEMI-TRAILERS KZAP-9370 WHEN OPERATING

IN MOUNTAINOUS TERRAIN

V.S.Volkov, V.K. Magomedov

Information on the reliability indices of nodes and aggregates of semi-trailers KZAP-9370 at their operation in mountainous terrain is presented

Key words: reliability, monitoring, failure, semi-trailer