Работоспособность и отказ

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно может выполнять заданные функции с параметрами, значения которых соответствуют технической документации, т.е. в интервале Y _н— Y _п (см. рисунок 1.1).

Наработка изделия до предельного состояния Y _пд называется ресурсом l _p. В интервале наработки от l = l ₀ до l = l _p изделие технически исправно и может выполнять свои функции.

Если продолжать эксплуатировать изделие за пределами его ресурса (рисунок 1.1), т.е. при наработке l > l _p, наступает отказ, т.е. событие, заключающееся в нарушении или потере работоспособности.

Распределение причин отказов приведено в таблице 1.2.

По практическим соображениям внутри зоны работоспособности выделяют так называемую предотказную зону ЗУ (рисунок 1.1), в начале которой (при l=l _у) параметр технического состояния достигает своего предельно допустимого Y _пдзначения (таблица 1.2). Значение этого параметра называют также упреждающим. Попадание изделия в эту зону свидетельствует о приближении отказа и необходимости принять профилактические меры по его предупреждению, т.е. по поддержанию работоспособности.

Таблица 1.2

Группы зон технического состояния изделия для варианта I на рисунке 1.2

Общая динамика изменения технического состояния определяется следующим образом:

Y_i= (Y _н →Y _l →Y ₂ →...→Y _пд →Y _п).

Различают отказы автомобиля и его элементов (агрегатов, систем, деталей).

В отечественной и международной документации применяется также понятие исправность, которое шире понятия работоспособность и соответствует такому состоянию изделия, при котором оно удовлетворяет всем требованиям документации.

Отказ автомобиля – это такое изменение его технического состояния, которое приводит к невозможности начать транспортный процесс или к прекращению уже начатого транспортного процесса.

Отказ автомобиля фиксируется в следующих случаях, связанных с техническим состоянием:

— опоздание с выходом на линию;

— прекращение уже начатого транспортного процесса (линейный отказ);

— досрочный возврат с линии (неполное выполнение задания);

— принудительное обоснованное недопущение к работе или прекращение работы автомобиля на линии контрольными органами (ГИБДД, транспортная инспекция, экологическая милиция).

Все остальные отклонения технического состояния от нормы классифицируются как неисправности автомобиля.

Следовательно, из всей совокупности параметров технического состояния (конструктивных Y и диагностических S)особое значение для эксплуатации имеют четыре:

Y₀=Y _н, S₀=S _н — номинальное или начальное значение, которое определяется проектно-конструкторской документацией и качеством изготовления изделия;

Y _п, S _п — предельное значение, превышение которого приводит к отказу изделия и недопустимо;

Y _пд, S _пд — предельно допустимое значение, которое предшествует предельному и сигнализирует пользователю о необходимости принятия мер по восстановлению технического состояния;

Y_i, S_i — текущее значение параметра, величина которого, определяемая в эксплуатации, свидетельствует о фактическом техническом состоянии изделия.

Перечень неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств, устанавливается на федеральном уровне постановлением правительства

1.3 Эксплуатационные отказы и неисправности автомобилей

Отказы и неисправности, возникающие и процессе эксплуатации автомобиля по своему виду, характеру, причинам возникновения, трудоемкости и стоимости устранения значительно разнятся между собой. Без анализа отка­зов, изучения их физической сущности, частоты повторяемости, трудоемкости устранения, их влияния на продолжительность простоя в ремонте и изменение технического состояния автомобиля невозможно квалифицированно влиять на эксплуатационную надежность автомобилей.

Классификация всей совокупности отказов и неисправностей по их внешним признакам проявления, закономерностям изменения параметров технического состояния, законам распределения наработки на отказ, а также трудоемкости устранения отказов и продолжительности простоя автомобиля в неисправном состоянии позволяет разрабатывать и осуществлять мероприятия конструктивного, технологического и организационного порядка.

Такие мероприятия в сфере производства и эксплуатации, направленные на повышение надежности автомобилей, сокращение простоя, трудовых и материальных затрат на техническое обслуживание и ремонт, позволяют управлять эксплуатационной надежностью автомобилей. Рассмотрим характерные отказы автомобилей на примере отказов автомобилей МАЗ-5335 по их внешним признакам, которые приведены в таблице 1.3.

Как видно из таблицы, удельный вес из носовых отказов составляет около 40%, а всех других, которые по внешним признакам могут быть отнесены к категории внезапных - более 60%. Характерно, что с пробегом возрастает число видов отказов.

Примерно такое же распределение отказов обнаружено и у автомобилей-самосвалов.

Однако распределение отказов автомобилей на постепенные и внезапные по их внешним признакам является достаточно условным, так как оно не всегда связано с физической сущностью того или другого отказа.

Таблица 1.3

Классификация отказов автомобилей МАЗ-5335 по признакам проявления

(пробег 100 тыс. км)

Между тем соотношение, внезапных и постепенных отказов характеризует совершенство конструкции автомобиля, технологии его изготовления и уровень эксплуатации. Подобное подразделение, прежде всего, интересно с позиции возможности предупреждения отказов и неисправностей. Многие внезапные отказы являются таковыми лишь по форме возникновения и их прогнозирование (и предупреждение) зависит от уровня знаний, имеющихся контрольно диагностических средств и экономической целесообразности их применения.

Изучение наработок на отказ позволило более обоснованно подразделить отказы автомобилей МАЗ на постепенные и внезапные (таблица 1.4).

Из таблицы, составленной по данным В.А. Трикозюка, следует, что более половины отказов автомобилей относятся к постепенным, большинство из которых непосредственно зависят от регулярности и качества технического обслуживания, т.е. классификация позволяет вскрыть значительные резервы, заложенные в техническом обслуживании и предупредительном ремонте автомобилем МАЗ. На долю профилактики может приходиться примерно 50% затрат, а без учета ежедневного обслуживания распределение затрат составит: профилактика - 70%, текущий; ремонт - 30%. Характерно, что распределение отказов на постепенные и внезапные по отдельным агрегатам и системам значительно разнится. Так, по карданному валу, платформе, сцеплению, переднему мосту, рулевому управлению и заднему мосту преобладают постепенные отказы, а по системе выпуска газов, электрооборудованию, гидромеханизму подъема платформы и подвеске автомобиля - внезапные.

Таблица 1.4

Распределение отказов автомобилей МАЗ-5335

Классификация отказов на постепенные и внезапные должна связываться не только с видом отказа «износ» или «поломка», а с его физической сущностью, так как именно в ней, по словам академика В.А. Котельникова, «скрыты все секреты проблемы надежности».

В целом для автомобилей семейства МАЗ-5335 характерно следующее распределение отказов (таблица 1.5).

Таблица 1.5

Классификация отказов автомобилей семейства МАЗ-5335 по их физической сущности

О больших возможностях эксплуатации свидетельствует и то, что наработка на первый отказ автомобилей МАЗ-5335 в 1,2-5 раз выше, чем на последующие, а коэффициент вариации наработок соответственно в 1,1-2,8 раза ниже. При этом различие в наработках на первый и последующие отказы, а также в коэффициентах их вариации тем выше, чем ниже уровень восстанов­ления технического состояния соответствующих узлов и механизмов после ремонта.

Нижние границы указанных интервалов относятся к отказам, устраняемым заменой соответствующих деталей на новые заводского изготовления, а верхние - непосредственным восстановлением деталей в условиях автотранспортного предприятия из-за нехватки запасных частей.

Следует отметить, что снижение удельного веса постепенных отказов после ремонта является результатом не только недостаточного качества ремонта, зависящего от эксплуатации, а и результатом неравнопрочности деталей, недостаточного обеспечения АТП запасными частями и все еще низкого их качества, зависящих от сферы производства. С учетом изложенного разрыв в снижении доли постепенных отказов после ремонта можно распределить по сферам влияния следующим образом: эксплуатация - 40%, производство - 60%.

Произведенная выше оценка надежности автомобилей по общепринятым показателям безотказности и долговечности позволила выявить наименее надежные агрегаты, узлы и детали, нуждающиеся в улучшении конструкции и качества изготовления. Однако с позиций эксплуатации такая оценка является недостаточно полной, так как не учитывает трудоемкость и время устранения отказов, оказывающих значительное влияние на уровень эксплуатационной надежности автомобилей.

Действительно, в зависимости от трудоемкости работ по устранению того или другого отказа первоначально определяется время, необходимое для его устранения (в межсменное время, при техническом обслуживании или при снятии автомобиля с эксплуатации), а последнее в значительной мере определяет техническую готовность подвижного состава - один из главных показателей надежности.

Распределение всей совокупности отказов автомобилей МАЗ по трудоемкости их устранения показало, что преобладающая часть (87%) является отказами с малой (до 2 чел.-ч) и средней (от 2 до 4 чел.-ч) трудоемкостью, в то время как устранение 13%; отказов связано с значительными трудовыми и материальными затратами.

Рассмотрение отказов с позиций времени их устранения в АТП показывает, что одни из них устраняются одновременно с проведением планового технического обслуживания или в свободное от эксплуатации автомобилей время (между сменами) и не влияют на их техническую готовность, другие же вызывают нарушение транспортного процесса и ухудшение использования подвижного состава, так как для их устранения автомобили снимаются с эксплуатации. При этом по мере увеличения пробега автомобиля происходит рост доли отказов, устраняемых за счет рабочего времени его эксплуатации. Анализ отказов автомобилем МАЗ-5335 позволил установить, что абсолютное большинство их устраняется в автотранспортных предприятиях в определенное время, присущее данному виду отказов.

Проведенный анализ отказов позволил распределить их на три характерные по времени устранения группы.

К наиболее характерным отказам первой группы относятся: износ приводных ремней, шаровых пальцев рулевого управления, втулок стоек амортизаторов, вкладышей кронштейнов рессор, обрыв стремянок и электропроводки, перегорание ламп стоп-сигнала и указателей поворота, нарушение герметичности тормозных камер, топливопроводов и др.

Вторая группа отказов связана в основном с износом цилиндропоршневой группы двигателя, уплотнительных колец, гильз цилиндров, фрикционных накладок сцепления, шестерен, валов и синхронизаторов коробки передач, сальников полуосей заднего моста, шкворневых соединений переднего моста, а также с поломкой коленчатого вала двигателя, демпферных пружин сцепления, кожуха полуоси заднего моста и др.

Третья группа отказов связана с износом деталей генератора, стартера, привода переключения передач, крестовин и подшипников карданного вала, сальников ведущей шестерни заднего моста, втулок кронштейнов кабины и др. Эта группа включает также отказы, вызванные разрегулировкой меха­низмов и приборов и некачественным выполнением профилактических работ.

Характерно, что отказы второй группы (13% всех отказов), требующие большой трудоемкости для их устранения (свыше 4 чел.-ч.), и являются ис­точником больших простоев автомобилей в ремонте. Трудоемкость устранения отказов этой группы составляет более 78% от общей трудоемкости ремонта, а продолжительность простоя - 82% от суммарной продолжительности простоя автомобилей в ремонте. Поэтому изучение основных закономерностей восстановления автомобилей, связанных с устранением отказов второй группы, представляет особый интерес при решении вопросов сокращения простоя автомобилей по технической неисправности и повышения их эксплуатационной надежности.

Современный автомобиль состоит из большого числа деталей. Так, например, двухосный грузовой автомобиль с задними ведущими колесами имеет около 3500 деталей, не считая 5300 нормалей (в том числе 2500 резьбовых элементов). Отказ той или иной детали теоретически должен приводить к утрате работоспособности автомобиля. В действительности этого не происходит, потому что надежность детали и значение отказа различны.

Каждая деталь автомобиля имеет свою неотъемлемую характеристику надежности. Такие характеристики являются исходными для обеспечения и оценки надежности автомобиля в целом. Характеристика надежности элемента формируется, прежде всего, в связи с теми возможными ее отказами, с которыми приходится считаться. В общем случае любой отказ элемента автомобиля можно классифицировать более чем по 20 признакам. Однако для решения той или иной конкретной задачи нет необходимости иметь все признаки отказов, а достаточно выявить первостепенные.

Для создания методов расчета надежности автомобиля применяют различные модели отказов, которые базируются на физических представлениях возникновения и развития процессов, приводящих к отказам.

В зависимости от характера процесса и причинно-следственных связей проявления различных отказов все они качественно описываются следующими моделями: изнашивания, «слабого» звена, усталости, а также параметрическими. Параметрические модели трактуют отказ как выход параметров автомобиля за некоторые установленные пределы, характеризующие работоспособность объекта

Исследованиями установлено, что количество деталей, лимитирующих надежность, составляет 7 … 15 % от общего количества деталей автомобилей (без учета нормалей) и на них приходится 88 … 98 % общей стоимости всех замененных деталей при устранении отказов. Следовательно, работа по обеспечению безотказности и долговечности автомобиля определяется сравнительно небольшим числом деталей и узлов, фактически ограничивающих надежность. Всестороннее изучение отказов и, в первую очередь, ненадежных «критических» деталей является той основой, которая позволяет разработать научно обоснованные методы обеспечения надежности элементов, а, следовательно, и автомобиля в целом на протяжении всего жизненного цикла, начиная со стадии проектирования до полной амортизации в эксплуатации.