Прогнозирование ресурсов до переборок дизелей судов речного флота

Практическое выполнение указаний ХХУ и ШТ съездов партии о последовательном осуществлении курса на повышение эффективности производства требует всемерного совершенствования энергетической базы народного хозяйства, в т. ч.дизелей, являющихся её вагг-нейшей составной частью. Умело, разумно, по-хозяйски использовать созданный у нас мощный экономический потенциал, поставить его как следует на службу народу, извлечь из него максимальную пользу — задача, решение которой находится в сфере эксплуатации.

Актуальные задачи улучшения эксплуатации дизелей вытекают из решений декабрьского 1977 года Пленума ЦК КПСС, итогов совещания в Центральном Кош тете КПСС в марте 1978 года по вопросу ускорения научно-технического прогресса в моторостроении и Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 24.12.80 № 199.

На техническое обслуживание, в т. ч. переборки, за период до капитального ремонта затрачивается средств до 60−90% первоначальной стоимости дизеля. Затраты труда на техническое обслуживание в 3−5 раз превышают трудозатраты при изготовлении дизелей. Для выполнения технического обслуживания создаётся и развивается мощная ремонтная база, являющаяся источником дополнительных затрат. В народном хозяйстве «. На техническое обслуживание, включая различного рода ремонты, затрачиваются миллиарды рублей» ?40]. Поэтому достижение минимальных материальных и трудовых затрат на техническое обслуживание дизелей является важнейшей народнохозяйственной задачей.

В условиях эксплуатации оно может быть достигнуто за счет проведения технического обслуживания в оптимальные сроки с учетом особенностей конкретных условий, факторов безотказности и эксплуатационной технологичности дизелей [14| •В 1979 г" ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О мерах по развитию речного транспорта в 1981;1985 годах». В нем перед речниками поставлены большие и ответственные задачи по увеличению объема перевозок и повышению производительности труда. По сравнению с десятой пятилеткой строительство транспортного флота возрастет на 22%, увеличится количество сухогрузных и наливных судов, буксиров.

Для новых судов создаются и устанавливаются дизели новых модификаций и конструкций. Уже эксплуатирующиеся дизели по мере выработки ими моторесурсов также заменяются на дизели с более высокими технико-экономическими показателями. Поскольку организация системы технического обслуживания с целью достижения минимальных затрат на его проведение без знания ресурсов дизелей до переборок невозможна, а процесс пополнения флота новыми дизелями непрерывен возникает настоятельная необходимость определения ресурсов дизелей еще до фактической их выработки.

В конкретных условиях эксплуатации длительность работы дизелей до переборок определяется фактическими наработками до отказов и предельных состояний деталей и узлов. Наработки не являются величинами детерминированными, а подчиняются стахостическим закономерностям. По этой причине, показанный в стендовых условиях на одном дизеле, ресурс часто не подтверждается для серийных дизелей. Условия стендовых испытаний могут существенно отличаться от реальных условий эксплуатации также в силу влияния режимов работы, условий пуска, нагружения и реверсирования, организации системы техобслуживания и ремонта. Поэтому применяемое на практике прогнозирование ресурсов судовых дизелей на базе материалов стендовых испытаний вследствие неполного учета факторов, влияющих на переборки, может быть рекомендовано только на стадии создания и испытания головных образцов. На стадии серийного производства необходимо учитывать особенности эксплуатации.

Факторы, определяющие сроки переборок дизелей в условиях эксплуатации рассматривались в работах Александрова A.M., Григорьева М. А., Карпова Л. Н., Овсянникова М. К., Сомова В. А., Семенова В. С, Рихтера A.A. В исследованиях Василлева Б. В., Гинзбурга А. З., Дра-ницына С. Н. Кузьмина Р.В., Щагина В. В. и др. развиты методы обработки и оптимизации эксплуатационных показателей судовых энергетических установок. Однако вопросы прогноза ресурсов дизелей до переборок, на основе оценок их эксплуатационных показателей, в выполненных работах не рассматриваются. Вместе с тем для выработкисоптимальной стратегии технического обслуживания необходимсиъ прогноза очевидна.

Изложенное предопределило цель работы: исследование эксплуатационных показателей, определяющих ресурсы дизелей до переборок и разработка на этой основе моделей и методов их прогнозирования.

Переборка является управляющим воздействием на эксплуатационные показатели дизеля. Поэтому решение задачи прогнозирования требует не только разработки методов расчета показателей, которые определяют сроки переборок и могут быть распространены на будущие периоды, но и определения на основе этих показателей периодичности переборок, при которой будут наименьшими ожидаемые эксплуатационные затраты на функционирование дизеля в течение установленного или ожидаемого ресурса до капитального ремонта.

Работоспособность и износы основных деталей являются показателями определяющими сроки переборок дизелей. В связи с этим решение указанных задач оказалось возможным на основе широкого исследования в условиях эксплуатации этих факторов. Исследования, выполненные в реальных условиях эксплуатации на пяти типоразмерах дизелей, охватывающих весь диапазон используемых на речных судах главных двигателей, дали обширный статистический материал по фактической работоспособности дизелей, их узлов и деталей и факторам её ограничивающим.

На основе результатов исследований:1. установлены закономерности распределений наработок дизелей до отказов и предельно допустимых состояний узлов и деталей, ограничивающих сроки переборок дизелей. Закономерности являются теоретической основой для прогноза ресурсов и отказов дизелей по результатам эксплуатационных наблюдений.

2. установлено, что распределение скоростей изнашивания и за-зорообразования деталей цилиндропоршневой и валовой групп выборочных совокупностей дизелей, имеющих общий закон распределения сред-ненавигационнок загрузки по расходу топлива, подчиняется закону гамма распределения с «порогом чувствительности», равным минимальной скорости. Анализ износов на основе найденных закономерностей обеспечивает возможность обоснованного прогноза ресурсов изнашиваемых деталей дизелей по скоростям изнашивания.

3. разработана математическая модель изменения технического состояния дизеля, позволяющая оценивать эффективность управляющего воздействия переборок на поток отказов и расход деталей в функции наработок мевду переборками.

4. доказана необходимость использования для обработки эксплуатационных данных по наработкам до отказов и предельных состояний дизелей в условиях отсутствия информации о виде распределений, модели Вейбулла.

Полученные результаты позволили разработать: — методику расчета прогнозируемых сроков переборок дизелей с-и учетом особенностей их условий эксплуатации и надежности— оптимальные, для условий эксплуатации речных судов, сроки переборок дизелей массового использования 12ЧНС 18/20 (М400) и 6ЧСПН 18/22.

Разработанные автором по материалам исследований «Руководство по анализу износов деталей и надежности дизелей», «Нормативные документы по техническому обслуживанию дизелей» утверждены в качестве постоянно действующих, обязательных к применению на всех эксплуатируемых в МРФ дизелях.?и I и.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. На базе обширной информации (свыше 1000 событий) по фактической работоспособност и дизелеи, находящихся в подконтрольной эксплуатации, разработана модель изменения технического состояния дизеля с двумя фазами развития отказа позволяющая:

— прогнозировать количество отказов в течение заданного срока работы дизелей на основе информации по наработкам до возникновения неисправностей и отказов по неполностью определенным выборкам в период эксплуатации дизелей. до первой или второй переборок;

— оптимизировать процесс поддержания надежности дизелей путей выбора структуры циклов технического обслуживания и ремонтов.

2. По данным анализа факторов, определяющих сроки переборок дизелей в условиях эксплуатации, предложен показатель эффективности управляющего воздействия переборок на техническое состояние дизеля или его узлов и деталей. Показатель оценивает удельное (отнесенное к наработке) количество отказов предотвращенных за счет проведения контроля технического состояния или переборок. Он позволяет устанавливать оптимальные сроки контроля технического состояния деталей и узлов дизелей, по которым отсутствует возможность непрерывного контроля технического состояния без их разборки.

3. Установлены следующие свойства распределений величин, определяющих продолжительность работы дизелей:

— наработки до отказов и неисправностей, связанные о внеочередным проведением работ по переборкам, наилучшим образом описываются моделью распределения Вейбулла со сдвигом;

— скорости изнашивания (зазорообразования) деталей и узлов ди.

— т зелен подчиняются закону гамма распределения с величиной начального сдвига равного минимальной скорости. Вывод подтвержден на основе данных более чем 4000 измерений скоростей б типоразмеров дизелей;

— распределение первоначальных размеров деталей в полях, до> пусков на изготовление удовлетворительно описывается моделью Вей-булла, параметры которого опредаляются начальным средним размером и его вариацией. *.

Использование установленных видов распределений при обработке эксплуатационных данных позволяет существенно сократить объем необходимых наблюдений и испытаний.

4. Исследованиями установлено, что основные факторы определяющие сроки переборок дизелей (расход запасных частей и число 'Отказов за период установленного моторесурса, наработки при которых переборки наиболее эффективны и т. п.) весьма слабо зависят от вида возможного закона распределения наработок до отказов и неисправностей. При количественной оценке указанных факторов с достаточной для практики точностью, они полностью определяются вариацией и средними значениями наработок до отказов и неисправностей дизелей и отношениями их к наработкам между переборками и моторесурсу. Это позволяет в условиях отсутствия информации или невозможности установления вида закона распределения рекомендовать для статистической обработки обсчета фактических наработок модель распределения Вейбулла. Обработка наработок по распределению Вей-булла обеспечивает минимаксный подход при оптимизации наработок дизелей до переборок.

5. На основе результатов исследований разработаны методы расчета распределений ожидаемых наработок до отказов и ресурсов деталей и узлов дизелей. Расчет производится по наработкам до предельно допустимых состояний и скоростям изнашивания (зазорообразования). В первом случае учитывается наличие сдвига, во второмраспределение первоначального технического состояния. Принятые для расчетов модели распределений обеспечивают необходимую точность и достоверность результатов оценки среднего числа отказов на единицу наработки и ресурсов.

6. Установлены зависимости параметров потоков отказов дизелей от средненавигационного расхода топлива и среднеэксплуатационной мощности. Параметр потока отказов, требующих для своего устранения разборки цилиндро-порганевой группы, с увеличением эксплуатационной мощности экспоненциально возрастает. Знание этой зависимости позволяет на основе обработки эксплуатационных данных по конкретным маржам дизелей эксплуатационникам и проектантам судов устанавливать эксплуатационную мощность дизелей.

Полученные для наиболее массовых типоразмеров дизелей (18/20 и 18/22) зависимости дают возможность обоснованно планировать сокращение длительности стендовых и эксплуатационных испытаний их на надежность.

7. Разработанная методика прогнозирования продолжительности работы дизелей до переборок позволяет осуществлять управление процессом технического обслуживания (периодичностью переборок) с целью достижения минимальных затрат на поддержание работоспособного состояния дизелей в эксплуатации. Ожидаемое количество отказов, расход запасных частей, изменение технико-экономических показателей дизелей при различных сроках проведения переборок оцениваются по разработанным моделям технического состояния дизеля. Для выполнения всех расчетов разработаны программы для ЭВМ, «15ВСМ-5», «Минск-32» и ЕО на языке Фортран. Методика и программы расчета могут быть использованы при решении и других задач организации и планирования технического обслуживания дизелей.

8. Методы оценки и расчета надежности и долговечности дизелей легли в основу разработанного автором «Руководства по анализу износов деталей и надежности дизелей», утвержденного МРФ. Руководство принято к печати. Типографское издание Руководства выпускается издательством «Транспорт» в 1982 г.

9. На основе исследований, анализа и прогнозирования работоспособности дизелей 12ЧСН 18/20 (М400) и 6ЧСПН 18/22 разработана оптимальная структура и периодичность их переборок. Теоретические и практические результаты исследований легли в основу разработанных нормативных документов по техническому обслуживанию дизелей. Документы утверждены МРФ РСФСР и изданы издательством «Транспорт» .

В результате внедрения оптимальной системы технического обслуживания.

— увеличена до двух лет периодичность текущих ремонтов дизелей бЧСПН 18/22,.

— увеличена наработка до первого текущего ремонта дизелей М400 до 1800 ч. и уменьшен объем его до переборки в объеме цилиндр опорш не вой группы.

Оптимальная периодичность и объем текущих ремонтов дизелей обеспечивает экономию ресурсов: потребность в запасных частях снижается на 10 $, а трудозатраты на производство ремонтных работ на 12 $.

Экономический эффект по парку дизелей МРФ составляет около 600 тыс. руб. Подтвержденный по трем пароходствам экономический эффект составляет 314 тыс. руб. При расширении ремонтной базы МРФ и полной реализации оптимальных схем переборок, на основе выполненной работы по дизелям М400 и M40IAI, ожидается дополнительный экономический эффект около 200 тыс. руб.