Способ технического обслуживания и ремонта машин
METHOD FOR MAINTENANCE AND REPAIR OF MACHINES

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к техническому обслуживанию и ремонту (ТОР) машин в процессе их эксплуатации, а именно к контролю, ранжированию и минимизации остаточного ресурса (ОР) деталей машин.
Известно, что одной из основных задач ТОР является диагностирование, которое позволяет осуществлять поиск неисправностей деталей машин, т.е., в частности, оценка их текущего технического состояния (ТС), и если оно в норме, то определение ОР таких деталей машины (Михлин В.М. Техническая диагностика тракторов и зерноуборочных комбайнов. М., Колос, 1987, 287 с. Соломашкин А. А. Определение технического состояния машины // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. - М: ИД Панорама, 2017. - № 4. - С. 33-36).
Под деталями подразумевается группа одноименных ответственных деталей, которые необходимо поддерживать в исправном и работоспособном состоянии, например детали кривошипно-шатунной (КШМ), газораспределительной (ГРМ) группы и топливной аппаратуры, например исправность и работоспособность топливного насоса высокого давления (ТНВД) двигателя, а также зубчатые и шлицевые зацепления в механических коробках передач и редукторах. Сюда же можно отнести электромеханические и пневмогидравлические передачи, например, шестеренные насосы и моторы и много других механических зацеплений.
Такие задачи решаются той стратегий ТОР, которая используется обслуживающей организацией в данный момент. На фиг. 1 приведены примеры возможных стратегий ТОР на сегодняшний день. Кроме существующих, предлагается стратегия ТОР, направленная на контроль, ранжирование и дальнейшую минимизацию остаточного ресурса, приведенная на фиг 2.
Существующие стратегии отличаются друг от друга основными показателями надежности, т.е. вероятностью отказа и средним сроком службы. Так первая стратегия ТОР «По потребности», т.е. потребности в ремонте после отказа, характеризуется стопроцентной (100%) вероятностью отказа, но и максимальным сроком службы. Детали дают выработать весь свой срок службы до отказа, а потом ее меняют. Такая стратегия характеризуется максимальным сроком службы, но и максимальной, стопроцентной вероятностью отказа. Вторая стратегия «Планово-предупредительная» отличается тем, что, зная средние сроки службы, полученные из первой стратегии «По потребности», пытаются снизить вероятность отказа детали, за счет частичного снижения срока службы. Детали дают отработать не весь срок службы, а только часть его, например девяносто (90%) процентов. Такая «Планово-предупредительная» стратегия имеет вероятность отказа меньше, чем первая, но срок службы тоже немного меньше. Можно сказать, что здесь контролируют только наработку детали. Третья стратегия «По состоянию» бывает двух типов «По состоянию - 1» и «По состоянию - 2». Они отличаются друг от друга тем, что в первом случае «По состоянию - 1» применяется постоянный допуск, а во втором - переменный.
Эти стратегии контролируют уже не только наработку детали, а необходимые ресурсные параметры технического состояния (ПТС) детали, например износ трущихся пар или зазор в этих парах, так называемые прямые параметры. Для таких ресурсных параметров устанавливают номинальное Uном, допускаемое Uдоп и предельное значение Uпр контролируемого ресурсного параметра, и по этим значениям, в основном - по допускаемым значениям параметра Uдоп, определяют исправность детали. На сегодня, деталь считается исправной, когда она доработает до следующей межконтрольной проверки, а в данный момент её значение (значение контролируемого ресурсного параметра, значение прямых параметров) меньше или равно допускаемому значению контролируемого ресурсного параметра. Здесь тоже, как во второй и/или третьей стратегии, кроме прочего, контролируют наработку.
Все эти стратегии направлены на повышение исправности и работоспособности деталей машин, фиг. 3 и 4 (Соломашкин А. А. Механизм возникновения отказа в деталях машин - Технический сервис машин. - № 2 (131), 2019, С. 99-104, Соломашкин А.А. Параметры технического состояния деталей машин. - Труды ГОСНИТИ. - 2014. - Т.116. - с. 52-56).
Остаточный ресурс, это - время до отказа. Его вычисляют по известной методике, как значение износа до измерения, например, на прошлой неделе и после этого, например, сегодня, текущий износ, полученный во время диагностирования (Патент РФ № 2733105 от 20.11.2019 г. «Способ определения остаточного ресурса деталей машин», программа для ЭВМ № 2010610170. «Остаточный ресурс и допускаемые значения параметра», патент РФ 2020 года по МПК G01M13/00 G01M15/00 «Способ определения остаточного ресурса деталей машин»).
Известен патент Способ определения остаточного ресурса подшипников коленчатого вала двигателя (п.№ 2293299 -, G01 15/00, 2007г.) - по величине зазоров в сопряжениях деталей кривошипно-шатунного механизма.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, указанный в патенте № RU2733105 C1, МПК G01M13/00 G01M15/00, 2020 г., заключающийся в контроле остаточного ресурса деталей машины. Здесь остаточный ресурс можно определять также по ресурсным параметрам, например по зазору в цилиндропоршневой группе (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или по расходу картерных газов, по температуре, вибрации и т.д.
Недостатком известных способов является то, что остаточный ресурс определяют по номограммам или по формулам, характеризующим показатели надежности, но в этом случае точность и достоверность прогноза в оценке остаточного ресурса детали машины низкие.
В нашем случае, остаточный ресурс определяют по показаниям приборов, контролирующих непосредственно остаточный ресурс, что наиболее эффективно в применении.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности прогноза в оценке остаточного ресурса детали машины.
Технический результат достигается тем, что в оптимальной стратегии технического обслуживания и ремонта машин, заключающейся в контроле остаточного ресурса деталей машины, согласно изобретению контролируют скорость изменения остаточного ресурс всех одноименных деталей машины через равные промежутки времени при помощи датчиков контроля износа, ранжируют эти скорости, из них выбирают максимальную скорость изменения остаточного ресурса для группы одноименных деталей, выбирают из нее деталь с минимальным остаточным ресурсом, и в первую очередь для неё проводят все операции технического обслуживания и ремонта, при необходимости операцию ранжирования с выбором детали машины повторяют.
Изобретение поясняется чертежами.
0,5
На фиг. 1 приведены примеры прямых и обратных функций и взаимоотношения между ними; на фиг. 2 приведена прямая функция - значение контролируемого ресурсного параметра, износа. При значении наработки t, равной 1,5 единицы наработки, например, тыс. предельным и текущим значениями; на фиг.3 - обратная Yобр к прямой Yпр функция - значение обратной функции при той же наработке t = 1.5 единицы наработки, равно 1,5, т.е. 1,225; на фиг. 4 приведены прямые функции изнашивания коленчатого вала двигателя КАМАЗ-740.11.
Способ технического обслуживания и ремонта машин заключается в том, что контролируют скорость изменения остаточного ресурса всех одноименных деталей машины через равные промежутки времени при помощи датчиков контроля износа, ранжируют эти скорости, из них выбирают максимальную скорость изменения остаточного ресурса для одной или для группы деталей, выбирают деталь с минимальным остаточным ресурсом и в первую очередь для неё проводят все операции технического обслуживания и ремонта, а при необходимости операцию ранжирования с выбором детали машины повторяют.
Прямая и обратная функции связаны между собой функционально, т.е. зная обратную функцию можно определить прямую и наоборот.
Прямая и обратная функции показывают, как можно по прямой функции, в данном случае это - функция Yпр(t), вычислить обратную, в данном случае это - функция Yобр(t). Прямая и обратная функции симметричны относительно прямой y0(x), так как это такие функции, у которых аргумент и функция поменялись местами, Y вместо X.
Прямая функция, это - значение Y контролируемого ресурсного параметра, например значение износа в трущейся паре, мм.
Если возможно контролировать значение ресурсного параметра (прямые параметры) по приборам, а именно: датчиками температуры, давления, износа и т.д. По ним можно вычислить наработку или пробег отдельной детали (обратные параметры) или всей машины в целом. Зная же, в этом случае, текущую наработку детали, можно легко вычислить её остаточный ресурс (ОР). Для этого необходимо воспользоваться предельным значением этого параметра и вычислить его ОР, как разность между предельным и текущим значениями.
Указанная методика описана в «Методика оценки остаточного ресурса дизеля по экологическим и топливо-экономическим показателям», Российская Академия сельскохозяйственных наук, Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ), Москва - 2007.
Рассмотрим механизм вычисления остаточного ресурса - ОР в нашем случае. Для этого первоначально рассмотрим прямые и обратные функции и связь между ними.
Итак, для всей машины, в любое время, можно определить ОР всех её деталей. При современных средствах контроля это можно делать автоматически и непрерывно или через определённое время, например ежечасно или понедельно.
В итоге, мы имеем и храним информацию об ОР всех заинтересованных деталей в течение определенного времени, например значение всех ОР на прошлой неделе и сегодня, во время ресурсного диагностирования машины.
Представим себе, что в машине присутствует несколько групп одноименных ответственных деталей, и мы по значению их контролируемых ресурсных параметров определяем их ОР и выводим его на экран монитора водителя, или записываем ОР в электронный техпаспорт машины или передаём его на сайт собственника или сайт обслуживающей организации.
Далее, для каждой детали вычисляем скорость изменения её ОР и ранжируем эту скорость, т.е. скорость изменения ОР, например, по возрастанию. Затем определяем те детали, у которых эта скорость большая, т.е. большая скорость изменения ОР. Из них выбираем деталь с минимальным ОР. Эта деталь, у которой скорость изменения ОР большая и сам ОР самый маленький, и будет первой на предстоящий прогнозируемый отказ. Для такой детали вся стратегия ТОР сводится к тому, что для нее необходимо срочно делать необходимые операции ТО, регулировки, смазку, замены и т. д., или очень скоро будет её физический отказ. Это есть суть предлагаемой стратегии, оптимальной для всех деталей данной машины.
Для решения поставленной задачи необходимо контролировать скорость изменения остаточного ресурса всех одноименных наиболее ответственных деталей машины, затем проранжировать эти скорости, выбрать максимальную из них и для этих деталей или группы деталей, у которых максимальная скорость изменения остаточного ресурса, выбрать деталь, у которой минимальный остаточный ресурс, и в первую очередь для неё проводить все необходимые операции технического обслуживания и ремонта для того, чтобы сделать эту машину безотказной с максимальным сроком службы.
Скорость изменения ОР определяют по изменению показаний износа детали, а не спидометром, т.к. если машина стоит и работает, то спидометр не показывает, т.к. она стоит, а износ деталей идет. Работающая деталь может отказать на стоящей машине, например, откажет двигатель или его деталь, например топливный насос, т.к. мотор работает, хотя машина стоит.
Пример 1. Прямые функции изнашивания коленчатого вала двигателя КАМАЗ-740.11 приведены на фиг. 4. По ним можно определить величину зазора, а зависимости от наработки и наоборот, по значению зазора можно определить наработку этого двигателя. Примерное значение критической наработки (его допускаемого значения) позволяет своевременно прогнозировать допускаемый износ, т.е. будущий параметрический (а может быть и фактический) отказ двигателя. Здесь считается, что трущиеся пары (шейки вала) изнашиваются одинаково с равной скоростью изнашивания и по ним можно прогнозировать срок службы вала.
Из приведенных значений следует, что при росте наработки растет и величина износа, зазора. Так, при наработке в 2000 км диаметр вала составляет примерно 94,975 мм, а при наработке в 7000 км - 94,957 мм, меньше, т.е. износ больше. С ростом наработки износ, зазор растет.
Пример 2. Пусть, к примеру, при наработке 1,5 тыс. км условной машины, имеем следующие значения остаточного ресурса для 10 трущихся пар (условных), приведенные в таблице 1, где последующие значения сегодня больше, чем предыдущие вчера, т.к. износ со временем только растет. Так как прямые и обратные функции связаны между собой, то наработку можно измерять по износу детали и наоборот.
Таблица 1 - Значения остаточного ресурса для 10 трущихся пар, полученные вчера и сегодня.
Времяизмерения
Значение остаточного ресурса, мкм
Вчера
2,04
1,055
5,7
1,223
0,30
6,02
9,336
1,773
2,531
4,546
Сегодня
2,10
1,058
5,8
1,225
0,35
6,10
9,337
1,78
2,54
4,55
Проранжируем сегодняшние значения остаточного ресурса 10 трущихся пар (таблица 2).
Таблица 2 - Проранжированное значение остаточного ресурса (по скорости роста износа) для 10 трущихся пар, выполненное по возрастанию скорости изменения, мкм (вторая строка табл. 1).
Сегодня
5,8
2,54
6,10
1,78
2,10
035
4,55
1,058
1,225
9,337
Критическое значение износа составляет 5,8 условных единиц износа, например мкм. Вчера оно было 5,7 мкм, а сегодня 5,8 мкм больше, чем вчера, следовательно эта трущаяся пара требует проведения операции ТО в первую очередь, т.к. у неё самая большая скорость изнашивания, и она может достигнуть своего допускаемого или предельного значения в первую очередь. Затем следует обратить внимание на трущуюся пару со значением остаточного ресурса 2,54 мкм, далее на пару с остаточным ресурсом 6,10 мкм и т.д. по уменьшению скорости изнашивания.
Известно, что скорость изнашивания для разных деталей различна. Поэтому ранжирование можно проводить через равные промежутки времени, оборудовав детали машины датчиками непрерывного контроля, измеряющими остаточный ресурс непрерывно. Тогда выбор наиболее «опасной» детали будет происходить автоматически с выдачей полезной информации на экран монитора водителя или на другое устройство для записи или хранения проблематичных деталей диагностируемой машины.
Использование стратегии ТОР машин позволит повысить точность и достоверность прогноза в оценке остаточного ресурса детали машины.