Технико-экономическое обоснование ресурса элементов автомобиля

Для обоснования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) агрегата или автомобиля в целом необходимы данные по ресурсу его элементов, то есть по наработке до предельного состояния. При этом выполняется или предупредительный (ПР) или капитальный ремонт (КР). Для разработки системы ПР элементов на основе закономерностей изменения технического состояния в процессе эксплуатации предлагаем технико-экономическую методику обоснования ресурса элементов и объема ПР. Взаимное влияние технического состояния элементов на уровне сопряжения свидетельствует об экономической целесообразности наиболее полного использования дорогостоящих элементов за счет своевременной замены дешевых, что является основой рациональной структуры обеспечения работоспособности сопряжений.

Рассмотрим методику использования экономического критерия для оценки предельного состояния и ресурса деталей основных сопряжений двигателя, для которого ПР является наиболее эффективным. Технический ресурс шеек коленчатого вала и гильз цилиндров более чем в два раза выше, чем соответственно вкладышей и поршневых колец, что свидетельствует о целесообразности (технической) замены вкладышей и поршневых колец без перешлифовывания шеек коленчатого вала и без замены гильз цилиндров и поршней.

Окончательно вопрос о целесообразности такой замены и о количестве таких замен должен решаться экономически. В данном случае экономический критерий — это минимум суммарных удельных затрат на приобретение дорогостоящих деталей (коленчатый вал, гильзы, поршни) и поддержание их работоспособности путем замены дешевых, быстроизнашивающихся (вкладышей и поршневых колец). Момент наступления этого минимума зависит от соотношения интенсивности изменения технического состояния деталей сопряжений до и после замены дешевых деталей.

В основных сопряжениях, определяющих ресурс двигателя в целом, можно выделить две группы деталей, существенно отличающихся стоимостью и ресурсом. Для подшипников коленчатого вала это коленчатый вал с одной стороны и вкладыши с другой, а для цилиндро-поршневой группы — гильзы цилиндров и поршни с одной стороны и поршневые кольца с другой. Вкладыши и поршневые кольца существенно дешевле соответственно коленчатого вала и гильз цилиндров с поршнями. Интенсивность же изнашивания вкладышей в среднем в 3,5 раза выше, чем шеек коленчатого вала, а верхних компрессионных колец в среднем в 4 раза выше, чем гильз цилиндров в верхнем поясе. Это отражается и на средней величине технического ресурса, который для шеек коленчатого вала и гильз цилиндров в среднем в два раза выше, чем соответственно вкладышей и поршневых колец. Кроме того, значения технического ресурса деталей находятся в очень широких пределах, что затрудняет планирование ремонта двигателей.

Поскольку технический ресурс дешевых деталей имеет значительную вариацию по различным показателям технического состояния, то рациональное значение наработки до замены дешевых деталей также целесообразно определять по экономическому критерию. В общем случае до капитального ремонта агрегата рациональная наработка до замены дешевых деталей определяется из условия минимума суммарных удельных затрат на дорогостоящие детали и замену дешевых, то есть

(2.1)

где i - порядковый номер замены дешевых деталей; С_дор - стоимость дорогостоящих деталей; С _i - затраты, связанные с заменой (или установкой - С_о) дешевых деталей; l_i - наработка до замены i -го комплекта дешевых деталей; n - количество замен.

Так как при определенном (рациональном) количестве замены дешевых деталей до капитального ремонта абсолютные затраты в числителе формулы (2.1) постоянны (практически не зависят от наработки), то минимум целевой функции наступает при максимуме знаменателя, то есть

(2.2)

Для двигателей, в период до капитального ремонта целесообразно проводить замену вкладышей и поршневых колец один раз. Поэтому условие (2.2) в этом случае упрощается для наработки до первой замены l ₁ и до второй l ₂

(2.3)

То есть, наработка до первой замены вкладышей и поршневых колец должна быть такой, чтобы общая наработка до капитального ремонта (до шлифования шеек коленчатого вала и до замены гильз и поршней) были наибольшей. В данном случае проявляется взаимное влияние технического состояния элементов на уровне деталей сопряжения. Как было показано раньше (см. п. 2.6), интенсивность изнашивания вкладышей и поршневых колец существенно зависит от макрогеометрических отклонений (овальности) соответственно шеек коленчатого вала и гильз цилиндров. Поэтому, чем раньше производится замена вкладышей и поршневых колец, тем меньше будет овальность шеек коленчатого вала и гильз цилиндров и тем меньше интенсивность изнашивания второго комплекта вкладышей и поршневых колец, а следовательно, и больше их ресурс. То есть, сокращая ресурс (управляя) первого комплекта дешевых деталей продляем ресурс второго комплекта. При определенном значении наработки l ₁ наступает максимум общей наработки (2.3).

Кроме возрастания овальности шеек коленчатого вала и гильз цилиндров на ресурс второго комплекта вкладышей и колец влияет и снижение давления в системе смазки вследствие повышенных зазоров в сопряжениях (особенно из-за износа шеек коленчатого вала). Это также повышает вероятность проворачивания вкладышей. Приведенные положения справедливы и для капитально отремонтированных двигателей, но с другими значениями рациональной наработки до замены, так как качество капитально отремонтированных двигателей существенно ниже, чем новых.

Собранные многочисленные статистические экспериментальные данные по наработке до замены вкладышей и поршневых колец по признакам износа подтверждают четкое выполнение условия (2.3), что на примере двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 показано на Рис. 3.1.

Для цилиндро-поршневой группы двигателя кроме взаимного влияния технического состояния деталей сопряжений наблюдается влияние износа в основном сопряжения поршневых колец с канавками поршня на расход масла на угар, что влияет и на экономические условия работы двигателя. Как показано было ранее (см. п. 2.1), расход масла на угар после окончания приработки возрастает по экспоненциальной зависимости (1.14). Аналогично будут расти и удельные затраты на масло для компенсации этих потерь. Сократить расход масла на угар можно путем замены поршневых колец.

Однако наработка до замены должна быть такой, чтобы суммарные удельные затраты на приобретение поршневых колец и на компенсацию расхода масла на угар при этом были минимальными. Полученные экспериментальные данные (см. Рис. 3.3.) позволяют определить по минимуму суммарных удельных затрат ресурс поршневых колец для двигателей до и после капитального ремонта.

Рациональный ресурс дорогостоящих деталей сопряжений (например, размера шеек коленчатого вала, гильз цилиндров и поршней) определяется по экономическому критерию - минимуму суммарных удельных затрат на приобретение этих деталей и поддержания их работоспособности путем замены дешевых деталей. Для определения наработки до этого минимума необходимо знать соотношение ресурса первого, второго, третьего и т.д. комплектов дешевых деталей при не ремонтируемых и не заменяемых дорогостоящих деталях. Это соотношение определяется с учетом взаимного влияния деталей на уровне сопряжения.

Рис. 3.1. Зависимость наработки l 2 и суммарной наработки вкладышей и поршневых колец l S от наработки l 1 до замены первого комплекта по двигателям ЯМЗ: 1 - до КР; 2 - после КР.

Рис. 3.2. Изменение удельных затрат от наработки двигателя ЯМЗ: 1- на приобретение поршневых колец; 2, 3 - на компенсацию расхода масла на угар соответственно до и после капитального ремонта; 4, 5 - соответствующих суммарных затрат.

Поскольку ресурс дешевых деталей будет убывать по экспоненциальной зависимости (1.90), то удельные затраты обратно пропорциональны ресурсу и будут возрастать по экспоненциальной зависимости. На Рис. 3.3 приведены зависимости удельных затрат на дорогостоящие детали, на поддержание их работоспособности путем замены дешевых и суммарных от наработки двигателей ЯМЗ при проведении замены при рациональной (см. Рис. 3.1.) наработке. За единицу приняты удельные затраты перед второй заменой.

Рис. 3.3. Зависимость удельных затрат на приобретение дорогостоящих деталей - 1, на поддержание их работоспособности путем замены дешевых - 2 и суммарных - 3 от наработки двигателей ЯМЗ.

Видно, что минимум суммарных удельных затрат наступает перед второй заменой дешевых деталей. Обычно при ремонте или замене дорогостоящих деталей агрегатов требуется их полная разборка, что обычно выполняется при капитальном ремонте. Например, по двигателям восстановление работоспособности шеек коленчатого вала осуществляется путем перешлифовывания под очередной ремонтный размер, что характерно для капитального ремонта, при котором также производится замена гильз цилиндров и поршней.

То есть, в период до КР двигателя целесообразно одноразовая замена вкладышей и поршневых колец, которую выполняют в объеме предупредительного ремонта. В объем ПР и КР кроме работ по основным группам сопряжений входят работы по многим другим группам, в том числе и в виде сопутствующего ремонта (СР), поэтому для определения периодичности и объема ПР целесообразно учесть взаимное влияние технического состояния не только в сопряжении.