НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Сушко Ольга Вікторівна

УДК 629.488.2.004.67

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РЕМОНТУ

ДИЗЕЛІВ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ ОПТИМІЗАЦІЄЮ РЕМОНТНО-ОБСЛУГОВУЮЧИХ ДІЙ

Спеціальність 05.22.20 –

Експлуатація та ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Виробництво, ремонт та матеріалознавство" Національного транспортного університету Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Голяк Олег Леонтійович,

Національний транспортний університет,

доцент кафедри "Виробництво, ремонт та матеріалознавство"

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Сидорчук Олександр Васильович,

в.о. академіка - секретаря Української академії

аграрних наук

кандидат технічних наук, доцент

Лісовал Анатолій Анатолійович,

Національний транспортний університет,

доцент кафедри “Двигуни і теплотехніка”

Провідна установа: Харківський національний автомобільно – дорожній

університет, кафедра “Технологія машинобудування

та ремонт машин”, м. Харків

Захист відбудеться “27 квітня 2007р. о 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул.. Суворова, 1, ауд. 333

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42

Автореферат розісланий “22” березня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради О.К.Грищук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створена з метою реалізації планово-запобіжної системи управління надійністю машин існуюча ремонтно-обслуговуюча база у теперішніх виробничих умовах функціонує недостатньо ефективно. Технологічно складний ремонт агрегатів транспортних засобів, які використовують у сільському господарстві, зокрема, двигунів, відбувається здебільшого у майстернях господарств без належного дотримання технічних вимог, що суттєво знижує якість ремонту. При цьому надмірно зростають витрати матеріальних, трудових та енергетичних ресурсів. Значна кількість дизелів передчасно направляється в ремонт, що знижує і без того невисокий їх ресурс і приводить до значного збільшення числа ремонтів, їх обсягу і вартості, до підвищеної витрати запасних частин.

У результаті використання зносостійких матеріалів, більш якісних мастил та впровадження нових технологічних процесів виготовлення і ремонту дизелів, є певні успіхи в підвищенні їх ресурсу, але він ще недостатньо високий. Практично реалізувати ресурс, який закладений у дизелях при їх виготовленні можна лише на основі високої культури експлуатації, своєчасного проведення ремонтно-обслуговуючих дій, що й обумовлює актуальність та необхідність розробки єдиних науково обґрунтованих критеріїв, що визначають необхідність проведення поточних ремонтів і підвищують ефективність експлуатації двигунів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках цільової комплексної програми “Розробка наукових основ систем технології і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України” № 0102V000679, підпрограма 1.5 “Вдосконалення організації та технології ремонту і підвищення надійності сільськогосподарської техніки в умовах реформування АПК”, розділ 1.5.2.2 "Підвищення ефективності ремонту транспортних засобів сільськогосподарського призначення з урахуванням динаміки техніко-економічних параметрів двигунів".

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є підвищення ефективності ремонту транспортних засобів оптимізацією ремонтно-обслуговуючих дій (РОД), обґрунтування змісту й періодичності поточних ремонтів з урахуванням динаміки основних техніко-економічних параметрів (ТЕП) дизелів.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

- уточнення математичної моделі визначення динаміки основних техніко-економічних параметрів дизелів у процесі їх експлуатації, визначення впливу технічного стану з’єднань на величину та динаміку параметрів;

- проведення аналізу впливу грунтово-кліматичних умов регіону на закономірності зношування основних деталей та з’єднань; статистичного аналізу ремонтного фонду з метою одержання емпіричних залежностей зносів та середнього напрацювання до граничного стану;

- розробка програми та проведення експериментальних досліджень для визначення впливу технічного стану з’єднань дизелів на динаміку техніко-економічних параметрів;

- розробка методики визначення граничних значень основних техніко-економічних параметрів дизелів; обґрунтування оптимального змісту та періодичності проведення поточних ремонтів з метою найбільш ефективного використання паливно-енергетичних, матеріальних та трудових ресурсів;

- розробка науково обґрунтованих рекомендацій оптимального технологічного змісту поточних ремонтів дизелів транспортних засобів з урахуванням динаміки основних техніко-економічних параметрів двигунів, за умови економічної доцільності проведення ремонтів. Проведення перевірки рекомендацій та оцінка економічного ефекту.

Об'єктом дослідження є процес експлуатації дизелів транспортних засобів та динаміка основних ТЕП дизелів, які визначають технічний стан та економічність двигунів.

Предметом дослідження є закономірності зміни основних техніко-економічних параметрів дизелів транспортних засобів у залежності від технічного стану деталей та з’єднань у процесі експлуатації, а також від періодичності, кількості й змісту ремонтних впливів, проведених за час експлуатації.

Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження проводилися з використанням методів теорії ймовірностей та математичної статистики; теорії вибіркового експерименту; діагностико-прогностичного аналізу працездатності складових частин дизелів у процесі експлуатації та методів прискорених випробувань для встановлення динаміки техніко-економічних параметрів дизелів. Достовірність отриманих експериментальних даних перевірялася методами математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягає:

- в уточненні математичної моделі визначення динаміки основних техніко-економічних параметрів дизелів у процесі їх експлуатації з урахуванням періоду стабілізації параметрів;

- у визначені рівнянь зносів та середнього напрацювання до граничного стану для доремонтних та післяремонтних дизелів на підставі досліджень ремонтного фонду дизелів транспортних засобів, впливу грунтово-кліматичних умов регіону на характер зношування основних деталей;

- в розробці методики визначення динаміки техніко-економічних параметрів дизелів та їх граничних значень, впливу на них технічного стану

основних деталей та з’єднань двигунів;

- у встановленні цільової функції та складанні рівнянь для визначення оптимальної періодичності проведення профілактичних ремонтів дизелів, їх змісту та кількості з урахуванням динаміки ТЕП;

- у встановленні функціональних залежностей впливу періодичності, кількості і змісту проведених у процесі експлуатації ремонтних впливів на показники ТЕП (потужності, питомої витрати палива і витрати оливи на угар).

Практична цінність роботи. Визначено оптимальну періодичність проведення ремонтів дизелів з урахуванням періоду стабілізації основних техніко-економічних параметрів, розроблений алгоритм та програма обчислення параметрів. Розроблено методику визначення та обґрунтовані граничні значення основних ТЕП дизелів, що визначають необхідність ремонтних впливів. Застосування методики дає можливість збільшити міжремонтний ресурс дизелів. Надані рекомендації, які дозволяють встановити оптимальний зміст і час проведення ремонтно-обслуговуючих дій дизелів, що забезпечує мінімум питомих витрат в експлуатації. Підтверджена можливість застосування отриманих рівнянь ремонтного циклу при вирішенні задач оптимізації.

Результати наукових розробок передано для використання в філію "Дизельагросервіс" ПТП "Злат" Запорізької області та впроваджено в державному підприємстві "Дослідне господарство "Мелітопольське"" ІЗС ім. М.Ф.Сидоренко УААН, запропоновані до впровадження на підприємствах, у яких є парк машин з дизелями.

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень отримано автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві здобувачем [2,5,6], обґрунтування наукового напрямку, постановку мети, задач досліджень, проведення мікрометражних досліджень ремонтного фонду виконано спільно з співавторами.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- аналізі систем ремонтних впливів, які застосовуються для різних видів техніки й виборі оптимальної стратегії ремонту дизелів транспортних засобів, які використовують у сільськогосподарському виробництві;

- розробці цільової функції та складанні рівнянь визначення оптимальної періодичності проведення ремонтів з урахуванням періоду стабілізації параметрів;

- визначенні рівнянь зносу та середнього напрацювання до граничного стану основних деталей і з’єднань, які лімітують термін служби двигунів;

- розробці методики визначення динаміки та граничних значень показників техніко-економічних параметрів дизелів;

- розробці практичних рекомендацій з ремонту дизелів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення досліджень повідомлені та схвалені на Міжнародних науково-практичних конференціях: „Покращення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів і машин” (НТУ, 2005) та „Metody obliczeniowe I badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych I maszyn roboczych samojezdnych” (Rzeszow, 2005); “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин” - 2001, “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки”, присвяченій пам’яті акад. Аніловича В.Я.-2003, ХДТУСГ, Харків; “Сучасні проблеми розвитку АПК” - 1998, “Землеробська механіка на рубежі сторіч” - 2001, “Технологічне та технічне забезпечення сільськогосподарського виробництва” - 2004, “Сучасні проблеми землеробської механіки” – 2006, ТДАТА, Мелітополь), конференціях професорсько-викладацького складу Національного транспортного університету (2005-2006), Таврійської державної агротехнічної академії (1993-2006), на конференціях професорсько-викладацького складу ВСХИЗО (1988, 1992, Москва); на Всесоюзному науково-технічному семінарі Ленінградського СГІ (1989), обласній конференції молодих вчених і фахівців с.г. виробництва (Запоріжжя, 1989).

Публікації. Основні матеріали та положення дисертаційної роботи опубліковані у 11 наукових роботах. Серед них: 8 статей (всі у фахових виданнях ВАК України), 2 тези доповідей, 1 свідоцтво про авторське право на методику визначення граничних значень основних ТЕП дизелів.

Структура і обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 103 найменувань і 5 додатків. Загальний обсяг роботи складає 178 сторінок, з них: 121 сторінка основного друкованого тексту, список літератури – 10 сторінок, додатки – 21 сторінка. Дисертаційна робота містить 14 таблиць, 61 ілюстрацію (8 рисунків, 52 графіки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету дослідження, визначено задачі та способи їх розв’язання, викладено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, надано відомості щодо структури дисертаційної роботи.

У першому розділі проведено аналіз питання та обрані, за його результатами, напрямки досліджень. Визначальний вклад в теорію і практику з удосконалення методів оптимізації ремонтно-обслуговуючих дій внесли І.А. Луйк, Л.В. Дехтеринський, І.Є. Дюмін, М.І. Черновол, М.І. Іващенко, К.Є. Долганов, О.В. Сидорчук, А.І. Селіванов, В.М. Міхлін, М.В. Молодик, Е.О. Сухарев та багато інших видатних вчених. Узагальнення вітчизняного та зарубіжного досвідів показало, що існуюча система відновлення працездатності транспортних засобів сільськогосподарського призначення та їх двигунів має багато недоліків і не відповідає повною мірою новим умовам і особливостям ринкових відносин; не дозволяє більш повно використовувати ресурси більшості вузлів і деталей двигунів, що приводить до невиправдано великих витрат. Керування технічним станом ведеться без урахування структури об'єкта, не враховуються поступові і раптові відкази в комплексі з рішенням задачі формування ремонтно-обслуговуючих дій транспортних засобів без залучення великих капітальних витрат.

Раціонально побудована, більш гнучка система відновлення працездатності дозволить збільшити напрацювання до й після капітального ремонту, підвищити рівень реалізації довговічності вузлів і деталей, знизити витрати на ремонт, зменшити час простоїв і втрати, пов'язані з ними. Серед шляхів підвищення ефективності ремонту транспортних засобів метод заміни зношених елементів варто визнати найбільш перспективним.

При рішенні питання технологічного змісту поточного ремонту (ПР) при ремонті дизелів транспортних засобів заміною зношених елементів, як критерій приймається мінімум питомих витрат на ремонт, за співвідношенням витрат на проведення ремонту до розрахункового напрацювання до цих ремонтних дій.

На основі розглянутого були сформульовані мета та задачі дослідження.

В другому розділі розглянуті основні передумови розробки цільової функції підвищення функціональної стабільності двигунів транспортних засобів та математична постановка задачі формування змісту й періодичності замін зношених елементів.

При розробці цільової функції в основу покладений підхід, при якому граничний стан дизеля визначається з умови мінімуму питомих витрат в експлуатації, викликаних погіршенням технічного стану ресурсних з’єднань. При цьому необхідність застосування ремонтного впливу до того або іншого елемента настає тоді, коли питомі витрати, викликані погіршенням технічного стану цього елемента, стають мінімальними. Під граничним розуміється такий проміжний стан елемента (або групи елементів), при якому виникає необхідність відновлення техніко-економічних параметрів дизеля.

Закон наростання витрати коштів у процесі експлуатації двигуна для i -го фактора представлено залежністю:

(1)

де Tik - витрати, пов'язані з відновленням технічного стану i-того

елемента (групи елементів) за k-м варіантом ремонтної дії, грн.;

Gjk - середнєексплуатаційний j-й параметр дизеля;

Sj - вартість одиниці j-того параметра, грн.;

tik - момент застосування k-того ремонту до i-х елементів, мото-год.;

tcijk - період стабілізації j-того параметра після k -го ремонту до

i -х елементів, мото-год.;

ijk - відносна зміна j-того параметра під дією і -х елементів

після k-того ремонту.

За комплексні параметри, які найбільш повно характеризують технічний стан дизеля, прийняті потужність Ne, питома витрата палива Ge, витрата оливи на угар Gм та параметр на усунення наслідків відказів ?, що дозволяє враховувати вплив погіршення технічного стану всіх сполучень дизеля на загальну величину перевитрати коштів.

Для рішення задачі оптимізації змісту ремонтних впливів складено рівняння для груп факторів, усунення впливу яких здійснюється для першої групи факторів - при першому ПР (при якому усуваються джерела перевитрати коштів, викликані погіршенням технічного стану дизеля під дією першої групи факторів):

(2)

де ?m - вартість ремонту дизелів заміною зношених елементів, грн.;

Nei, GTi, GMi, G?i - середнєексплуатаційні потужність, витрата

палива, оливи й величина витрат на усунення наслідків відказів

(після закінчення періоду припрацювання);

tcNi, tcTi, tcMi, tc?i - періоди стабілізації потужності, питомої витрати палива,

витрати оливи на угар і витрат на усунення наслідків відказів, мото-год.;

t - напрацювання дизеля до ремонту, мото-год.;

STi, SMi - вартість одиниці палива й оливи, грн.;

SN - питомі збитки від простою трактора, грн./ мото-год.;

Ni, Ti, Mi, ?i - відносна зміна потужності, питомої витрати палива,

витрати оливи на угар і витрат на усунення наслідків відказів у

процесі зношування деталей і з’єднань дизеля;

i = 1, 2, 3- номер ремонту.

Аналогічні рівняння отримані для другої групи факторів, усунення впливу яких здійснюється при другому ПР, для всіх трьох груп - у проміжку між поточними і капітальним ремонтами.

Характер закономірностей динаміки параметрів дизелів у процесі експлуатації описується степеневою функцією:

(3)

де Uik - значення параметра в момент t > tcjk; Uojk -початкове значення

параметра (після закінчення періоду припрацювання); Vjk -

швидкість зміни параметрів; tcjk -період стабілізації параметрів;

?jk –показник ступеня, що характеризує характер зміни

параметра; i-номер параметра.

З урахуванням відносної зміни параметра, яка визначається за формулою:

(4)

одержано систему рівнянь для визначення шуканих величин параметрів:

(5)

(6)

(7)

(8)

Рівняння вирішуються на ЕОМ. Розроблено програму та блок-схему обробки експериментальних даних.

Аналітичні залежності визначення періодичності РОД з урахуванням динаміки техніко-економічних параметрів та періоду їх стабілізації надали можливість скласти рівняння для визначення напрацювання дизелів до проведення ремонтів. У загальному виді рівняння мають вигляд:

(9)

де GT, G M,, ?0 - середнєексплуатаційні значення годинної витрати палива,

оливи на угар, вихідна величина інтенсивності наростання

витрат на усунення наслідків відказів;

Sт,,Sм - вартість одиниць маси дизельного палива і моторної оливи, грн./л;

С0 - середні питомі збитки від простою агрегату, грн./год;

KN, KT, KM - коефіцієнти, що характеризують склад деталей, що

замінюються при поточному ремонті;

aN,aT, aM, a? - коефіцієнти, що характеризують швидкість

відносної зміни параметрів;

?N, ?T, ?M, ? ? - показники ступеня функцій динаміки параметрів;

tCN, tCT, tCM - періоди стабілізації відповідних параметрів дизеля, мото-год.;

Tпот - витрати на поточний ремонт, грн.

Граничні значення параметрів, які визначаються з рівнянь, отриманих у результаті статистичної обробки експериментальних результатів, відповідають напрацюванню, що й визначає необхідність застосування до дизеля ремонтних впливів.

У третьому розділі обґрунтовано вибір об’єктів дослідження, наведено методику досліджень ремонтного фонду для виявлення найменш довговічних деталей і з’єднань дизелів і оцінки впливу їх технічного стану на техніко-економічні параметри дизеля. Обрано та обґрунтовано перелік засобів вимірювання зносів. Дослідженню піддавалися основні деталі дизелів: поршневі кільця, поршні, поршневі пальці, шатуни, гільзи циліндрів, вкладиші підшипників, колінчастий і розподільний вали, головки циліндрів, штовхачі, впускні і випускні клапани, коромисла, осі і стійки коромисел. У водяних насосів досліджувалися наступні деталі: корпус, валик, маточина шківа. У масляних – корпус, кришка, ведена та ведуча шестірні, валик.

Для визначення впливу технічного стану деталей та сполучень дизелів на динаміку основних ТЕП обґрунтовано методику проведення прискорених стендових випробувань, яка дозволяє отримати порівняні з експлуатаційними значення основних техніко-економічних параметрів. Розроблено методику групувань деталей при ремонті заміною зношених елементів, обґрунтовано методику визначення витрат на усунення наслідків відказів та витрат, пов'язаних із проведенням ремонтів.

У четвертому розділі представлено результати експериментальних досліджень. Дослідження довговічності дизелів транспортних засобів у реальних умовах експлуатації дозволили встановити, що довговічність агрегатів і вузлів двигунів визначається різноманітними факторами, пов'язаними з нестабільністю грунтово-кліматичних умов, швидкісних режимів машин, умов їх завантаження, технічного обслуговування й ремонту та ін. Зміна погодних та природних умов впливають не тільки на інтенсивність зносу двигунів, але й на такі показники як потужність та економічність. Корозія в південній зоні під впливом Азово-Чорноморського басейну і підвищеного вмісту пилу, окису вуглецю і з'єднань хлору поширюється з більшою швидкістю, ніж на іншій території України. Це сприяє значному розсіюванню показників довговічності агрегатів і вузлів дизелів.

Було встановлено динаміку зміни технічного стану основних деталей двигунів та їх агрегатів зі збільшенням напрацювання двигунів, типові ушкодження деталей дизелів, а також основні елементи конструкції дизеля, що лімітують його ресурс до капітального ремонту. До основних деталей, що обмежують ресурс дизелів, варто віднести: поршневі пальці, поршні, поршневі кільця, гільзи циліндрів, колінчастий вал, шатуни, блок циліндрів із прокладкою, розподільний вал, клапани і штовхачі.

Рис. 1. Залежність зносу U поверхні

верхнього отвору блоку циліндрів під гільзу від напрацювання t

Для вивчення динаміки зносів цих деталей і впливу їх технічного стану на ресурс дизелів був проведений мікрометраж деталей дизелів, що надійшли в перший та другий капітальний ремонти. На підставі отриманих експериментальних даних та прийнятих теоретичних законів розподілу, які апроксимують результати досліджень, одержані рівняння зносів та обчислене середнє напрацювання до граничного стану деталей та сполучень доремонтних та післяремонтних дизелів. Приклад динаміки зносу U поверхні верхнього отвору блоку циліндрів під гільзу від напрацювання t наведено на рис. 1.

Найменш довговічними за надійністю та довговічністю є колінчастий вал із вкладишами, гільза циліндрів та перше компресійне кільце. До деталей середньої довговічності слід віднести блок циліндрів, головку блока (за зносом направляючих втулок), клапани та шатун. Найбільш довговічні – такі деталі, знос робочих поверхонь яких при надходженні у перший капітальний ремонт не перевищує припустимих при ремонті значень, а в деякої частини деталей розміри знаходяться у межах допуску на виготовлення (штовхачі, вісь коромисел, коромисла). Додатково досліджений технічний стан водяних насосів та масляних насосів дизелів при випробуваннях їх на падіння продуктивності. Отримана теоретична крива розподілу падіння продуктивності дозволяє зробити висновок, що переважна більшість масляних насосів, що надійшли в перший КР, мають характеристики, що дозволяють експлуатувати їх надалі без застосування до них будь-яких ремонтних впливів.

Для вивчення закономірностей зміни параметрів після проведення різних ремонтних впливів були проведені дослідження відповідно до розробленої методики. Динаміка техніко-економічних параметрів досліджувалася по усіх варіантах і встановлювався їх вплив на показники функції зміни параметрів (U0, tc, V, ). Новий дизель або після будь-яких замін деталей піддавався прискореному технологічному обкатуванню з присадкою та стендовому обкатуванню, яка імітує експлуатаційне припрацювання. Стендове обкатування проводили на чистому паливі (без присадки) до стабілізації основних параметрів дизеля. Після цього дизель піддавали прискореним випробуванням.

Після математичної обробки результатів отримані середні значення показників динаміки ТЕП, знайдені за формулою:

(10)

де n - число дизелів, що випробовувалися.

Усереднені функції динаміки ТЕП мають вигляд:

(11)

(12)

(13)

Рис.2. Реалізація зміни потужності Ne, питомої витрати палива ge та витрати оливи на угар gм дизелів у залежності від напрацювання t (усереднені данні за першим варіантом ремонтних дій)

Усереднена варіація коефіцієнтів швидкості зміни параметрів склала при цьому Vv = 0,22. Динаміка параметрів дизелів для усередненої реалізації показана на рис. 2.

Показник ступеня становить: потужність дизеля N =0,85; питома витрата палива Ge = 0,9; витрата оливи на угар м=1,8.

Період стабілізації параметрів у потужності і питомої витрати палива складає tCN,, tCG = 1500 мото-год., витрати оливи на угар – tCM = 1000 мото-год. Велика величина періоду стабілізації потужності і питомої витрати палива пояснюється тим, що зі збільшенням зазорів сполучень збільшується потрапляння оливи в камеру згоряння, за рахунок чого відбувається деяка компенсація падіння потужності при одночасному збільшенні витрати оливи на угар.

Встановлено, що найбільш істотний вплив на основні техніко-економічні параметри мають: поршневі кільця, поршні, гільзи циліндрів, корінні та шатунні вкладиші. Тому при встановленні впливу технічного стану з’єднань на динаміку техніко-економічних параметрів двигуна передбачаються такі варіанти заміни деталей: варіант 1 (без заміни), заміна поршневих кілець (варіант №2), заміна поршневої групи (№3), заміни циліндро-поршневої групи (№4), циліндро-поршневої групи та шатунних вкладишів (№5), заміна циліндро-поршневої групи, корінних та шатунних вкладишів (№6).

Для встановлення впливу технічного стану сполучень на динаміку техніко-економічних параметрів проводили заміни за наступною схемою.

Рис. 3. Динаміка витрати оливи на угар gм при проведенні однієї, двох, трьох ремонтних дій при різному напрацюванні (вплив технічного стану поршневих кілець)

Проводили випробування 5 дизелів загальною тривалістю 70 годин, при цьому на кожному двигуні проводили три заміни деталей через кожні 20 годин по одному з шести найбільш впливових варіантів. Ці данні дозволяють встановити сумісний вплив періодичності та кількості ремонтів. Для того, щоб виділити вплив кожного з факторів, були проведені випробування двох дизелів із заміною деталей

після 40 та 60 годин прискорених випробувань відповідно. Ремонтні дії у кожному двигуні при вказаному напрацюванні проводили послі-

довно по перерахованих вище варіантах. Отримані коефіцієнти, які характеризують вплив кількості ремонтних дій на початкову величину параметрів після цих дій.

Рис. 4. Залежності початкової величини параметрів від змісту ремонтних дій та напрацю-вання після проведення першого ремонту, приведені до середньої величини параметра 2,3,4,5,6 – номер варіанту

заміни деталей

На рис. 3 як приклад показані результати впливу технічного стану поршневих кілець на величини та динаміку витрати оливи на угар. Данні приведені до середньої величини параметра при умові проведення одного ремонту до дизелів при різних напрацюваннях tp. Видно, що величини та інтенсивність погіршення параметрів при проведенні другої та третьої ремонтної дії збільшуються.

Апроксимуючи величини параметрів, які отримані після замін деталей при різних напрацюваннях після проведення одного ремонту, отримаємо рівняння впливу періодичності ремонтних дій:

Uo = Uн + b (tp - tc) , (14)

Uo = Uн [1 + a (tp - tc) ] , (15)

Uo = Uн – a/Uн (tp - tc) (16)

Отримані коефіцієнти функцій, які апроксимують зміну початкових величин параметрів у залежності від напрацювання до проведення першого ремонту, характер цих закономірностей показано на рис. 4.

За результатами виконаних досліджень отриманий баланс впливу кожного з розглянутих сполучень на параметри дизеля. Динаміка техніко-економічних параметрів під впливом технічного стану кожного з елементів (баланс параметрів) та сумарний вплив цих елементів у загальній величині зміни параметрів показано на рис. 5. Найбільша роль у балансі параметрів приходиться на поршневі кільця. Інші деталі впливають менше, однак вплив поршнів та гільз циліндрів також досягає значної величини. При цьому поршні більшу роль грають у балансі витрати оливи на угар, порівняно з іншими параметрами (внаслідок впливу зазору кільце – канавка поршня); гільзи циліндрів – у балансі потужності та питомої витрати палива (внаслідок впливу зазорів у замку кілець та гільза - поршень). Вплив корінних та шатунних підшипників у балансі витрати оливи на угар та питомої витрати палива менш істотно, а в балансі потужності його встановити не вдалося.

З урахуванням коефіцієнтів балансу параметрів та кількості ремонтних дій рівняння визначення міжремонтного напрацювання:

Uo = Uн [1 +(1 - Кб) Kna (tp - tc)] , (17)

Uo = Uн – (1 - Кб) Kna /Uн (tp - tc) (18)

Рис. 5. Вплив технічного стану з’єднань на динаміку ТЕП:

1 – поршневі кільця, 2 - поршнева група,

3 – циліндро-поршнева група,

4 – ЦПГ і шатунні вкладиші,

5 - ЦПГ шатунні та корінні вкладиші,

6 - вплив зносу всіх деталей та сполучень

Далі визначався вплив періодичності та кількості ремонтних дій на показники функції зміни параметра (tc та V). Залежність відносної зміни показників динаміки параметрів (tc та V) та початкової величини параметра (Uo) можна представити у вигляді:

(19)

де

m та n – коефіцієнти; та j – показники ступеня.

У результаті обробки експериментальних даних отримані залежності відносної зміни потужності ?Uo(Ne), відносної зміни питомої витрати палива ?U0(ge), відносної зміни оливи на угар ?U0(gм) та коефіцієнта, який характеризує швидкість його зміни та періоду стабілізації відповідних параметрів, які надано на рис. 6.

Коефіцієнти, які визначають вплив кількості ремонтних дій (для tc та V) визначали з формул:

(20)

де uпр , mu1р – відносна зміна показників після n-того та 1-го ремонтів.

Після обробки результатів досліджень по визначенню показників функції зміни параметрів дизелів (V та tc) з урахуванням коефіцієнтів, які враховують кількість проведених ремонтних дій, отримані функції зміни коефіцієнта, який

характеризує швидкість зміни параметра та періоду стабілізації в залежності від

періодичності та числа проведених ремонтних дій, які необхідні для оптимізації

ремонтного циклу:

(21)

Результати наведено на рис. 7.

Рис. 6. Залежність відносної зміни потужності ?Uo( Ne), відносної зміни питомої витрати палива ?U0(ge), відносної зміни оливи на угар ?U0(gм) та коефіцієнтів, які характеризують

швидкість їх зміни (?V(N), ?V(ge) ,?V(gм)) та періодів стабілізації цих параметрів ?tc(N), ?tc (ge),

?tc (gм); 2,3,4,5,6 – номер варіанту заміни деталей

Рис. 7. Залежність швидкості зміни параметрів (VNe, Vge ,Vgм)

та періоду стабілізації параметрів (tc) від змісту ремонтних

дій та напрацювання після проведення 1-го ремонту, приведені до початкових величин параметрів;

2,3,4,5,6, - номери варіантів замін деталей

Далі за загальноприйнятим критерієм tk. перевірялася значимість відмінності отриманих рівнянь, які описують динаміку техніко-економічних параметрів та показників функції зміни параметрів для різних варіантів заміни деталей і з’єднань.

Для перевірки правильності отриманих рівнянь були проведені прискорені випробування дизелів після однієї заміни поршневої групи через 40 годин на одному, та через 60 годин на другому дизелі. Випробування із заміною поршневої групи через 20 годин був проведений раніше.

Проведена перевірка істот-ності розходження коефі-цієнтів степеневої функції, яка описує динаміку техніко-економічних пара-метрів. Істотного розход-ження коефіцієнтів вста-новлено не було, що підтверджує вірогідність отриманих рівнянь. Також встановлено динаміку ви-трат, які пов’язані з усу-ненням наслідків відказів елементів дизелів і опи-суються степеневою фун-кцією:

=1,01510 -2+0,497 10 – 3 t1,2.

У п’ятому розділі представлено результати розрахункових досліджень по обґрунтуванню граничних значень техніко-економічних параметрів дизелів та змісту профілактичних поточних ремонтів, проведено розрахунок економічної ефективності.

Проведені розрахунки показали, що найбільш ефективним є проведення одного поточного ремонту з заміною комплекту поршневих кілець і шатунних вкладишів. Навіть при оптимальному варіанті заміни проведення двох ремонтів, питомі витрати на ремонт вище за витрати, які мають місце при експлуатації двигуна з одним поточним ремонтом. У розрахунку на один дизель річний економічний ефект складає: за затвердженою методикою - 177,82 грн.; за допомогою рівнянь оптимізації – 182,62 грн. Результати виконаних розрахунків для одного дизеля розрізняються на 2,6%, тобто ця різниця знаходиться у межах точності виконаних розрахунків збору та обробки вихідних даних. Отриманий результат підтверджує припущення про можливість оцінювання економічної ефективності за рівняннями ремонтного циклу для тих випадків, коли вирішуються задачі оптимізації.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і вирішення наукової проблеми, що полягає у підвищенні ефективності ремонту транспортних засобів сільськогосподарського призначення з урахуванням динаміки основних техніко-економічних параметрів дизелів за їх фактичним станом.

Наукове значення роботи – встановлені граничні значення основних техніко-економічних параметрів дизелів (потужності, питомої витрати палива та витрати оливи на угар), які визначають необхідність проведення поточних ремонтів дизелів за фактичним станом з урахуванням періоду стабілізації параметрів.

Прикладне значення роботи – сформульовано технічні рекомендації щодо

удосконалення системи поточних ремонтів дизелів з урахуванням технічного стану основних деталей і сполучень, який визначає граничні значення основних техніко-економічних параметрів. Розроблено методику та рекомендації, які дозволяють встановити оптимальний зміст і час проведення ремонтно-обслуговуючих дій двигунів, що забезпечує мінімум питомих витрат в експлуатації.

При виконанні дисертаційної роботи були отримані такі результати:

1. Аналіз світового та вітчизняного науково-практичного досвідів показав, що існуюча система відновлення працездатності двигунів транспортних засобів має багато недоліків і не дозволяє більш повно використовувати ресурси більшості вузлів і деталей, що призводить до невиправдано великих витрат. Потужним резервом підвищення ефективності ремонту транспортних засобів є метод заміни зношених елементів з урахуванням динаміки ТЕП.

2. Уточнено математичну модель, розроблено блок-схему та програму обчислення основних параметрів дизелів, які дозволяють визначати динаміку техніко-економічних параметрів двигунів у залежності від напрацювання.

3. Розроблено методику визначення граничних значень основних техніко-економічних параметрів (потужності, питомої витрати палива та витрати оливи на угар), які обумовлюють необхідність ремонтних дій до дизелів у процесі експлуатації. Методика дозволяє визначити зміст поточного ремонту за умови мінімуму питомих витрат, які викликані погіршенням цих параметрів, на його реалізацію.

4. Отримані емпіричні залежності зносів та середнє напрацювання основних деталей та з’єднань доремонтних та післяремонтних дизелів до граничного стану, з урахуванням впливу грунтово-кліматичних умов південного регіону України на закономірності зношування основних деталей;

5. За результатами експериментальних досліджень встановлені вплив технічного стану сполучень дизелів на динаміку ТЕП та частка впливу основних деталей і ресурсних з’єднань дизелів у загальній величині ТЕП. Найбільший вплив має заміна поршневих кілець, найменший – заміна вкладишів колінчастого валу.

6. Результатами розрахункових досліджень по визначенню оптимального змісту ремонтних впливів встановлено, що проведення одного поточного ремонту із заміною поршневих кілець і шатунних вкладишів в структурі ремонтного циклу забезпечує мінімум питомих витрат і дозволяє збільшити міжремонтний ресурс на 23-27%. Граничні значення параметрів для постановки дизелів Д-240 у поточний ремонт становлять: потужність – 56,5 кВт; питома витрата палива – 261 г/кВт год.; відносна витрата оливи на угар – 1,15%.

7. Розрахунок економічної ефективності від впровадження поточного ремонту дизелів заміною зношених елементів з урахуванням граничних значень техніко-економічних параметрів дизелів показав, що річний економічний ефект за затвердженою методикою складає 177,82 грн. у розрахунку на один двигун.

8. Перевірка можливості використання рівнянь оптимізації ремонтного циклу показала, що річний економічний ефект на один двигун складає 182,62 грн. (знаходиться у межах точності виконаних розрахунків збору та обробки вихідних даних). Тобто, при вирішуванні задач оптимізації можливе оцінювання економічної ефективності за розробленими рівняннями ремонтного циклу.

9. Результати наукових розробок передано для використання в філію "Дизельагросервіс" ПТП "Злат" Запорізької області та впроваджено в державному підприємстві "Дослідне господарство "Мелітопольське"" ІЗС ім. М.Ф.Сидоренко УААН, запропоновані до впровадження на підприємствах, у яких є парк машин з дизельними двигунами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Свинцова О.В. Надежность тракторов в условиях нормальной и рядовой эксплуатации // Сб. научн. трудов ВСХИЗО. – Москва, 1990.- C.94 – 97.

2. Свинцова О.В., Юдовинский В.Б. Профилактическая замена деталей как метод повышения уровня безотказности тракторных двигателей // Сб. трудов УСХА. – Киев, 1990. – С. 57 – 60.

3. Сушко О.В. Определение уравнений износов и средней наработки до предельного состояния основных сопряжений деталей дизелей Д-240 // Машиноведение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. – Вып.3 – т.2.- Мелитополь: ТГАТА, 1998.- С.3 – 5.

4. Сушко О.В. Основні передумови розробки цільової функції підвищення функціональної стабільності тракторних двигунів після ремонту // Праці / Таврійська державна агротехнічна академія. - Вип.12, - Мелітополь, ТДАТА, 2003.- С.102 – 105.

5. Лебедєв А.Т., Сушко О.В. Визначення динаміки основних техніко-економічних параметрів двигунів з метою підвищення їх функціональної стабільності // Вісник ХДТУСГ. - Вип.14, Харків, 2003.- С.232 – 235.

6. Голяк О.Л., Сушко О.В. Визначення граничних значень основних техніко-економічних параметрів дизелів з метою підвищення ефективності їх ремонту // Вісник національного транспортного університету – К.: НТУ, 2005.- Випуск 10.- С.46 – 50.

7. Сушко О.В. Особливості умов експлуатації дизелів транспортних засобів у південних регіонах України // Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія – Вип..35, - Мелітополь:ТДАТА,2006.- С.43 – 46.

8. Методика визначення граничних значень основних техніко-економічних параметрів двигунів з метою підвищення ефективності ремонту

транспортних засобів. Свідоцтво про авторське право, 15864, Україна. / О.В.Сушко. - Заявлено 10.01.06, зареєстровано 01.03.06, № 15927.

9. Сушко О.В. Оптимизация ремонтно-обслуживающего цикла тракторных дизелей с целью повышения эффективности их использования // Международная научно-практическая конференция "Моделирование процессов и технологического оборудования в сельском хозяйстве", г. Мелитополь, 17-19 августа. - Материалы докладов. – Мелитополь, 1994.- С. 161 – 163.

10. Голяк О.Л., Сушко О.В. Підвищення ефективності ремонту транспортних засобів шляхом визначення динаміки техніко-економічних параметрів дизелів // 61 наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів університету. - Тези доповідей. – К.: НТУ, 2005.- С.6.

11. Сушко О.В. Методика визначення граничних значень основних техніко-економічних параметрів дизелів транспортних засобів // 62 наукова конференція професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету. - Тези доповідей. – К.: НТУ, 2006.- С.13.

АНОТАЦІЯ

Сушко О.В. Підвищення ефективності ремонту дизелів транспортних засобів оптимізацією ремонтно-обслуговуючих дій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту. Національний транспортний університет, Київ, 2007.

У дисертації наведено новий підхід до вирішення проблеми, що виявляється в підвищенні ефективності ремонту транспортних засобів оптимізацією системи ремонтно-обслуговуючих дій (РОД), обґрунтуванні змісту й періодичності поточних ремонтів з урахуванням динаміки основних техніко-економічних параметрів дизелів. Комплексними параметрами, які характеризують технічний стан дизеля та його деталей, є потужність, питома витрата палива і витрата оливи на угар.

Уточнено математичну модель визначення динаміки основних техніко-економічних параметрів дизелів у процесі їх експлуатації з урахуванням періоду стабілізації параметрів. На підставі досліджень ремонтного фонду дизелів транспортних засобів, впливу грунтово-кліматичних умов регіону на характер зношування, визначені рівняння зносів основних деталей та середнє напрацювання до граничного стану для доремонтних та післяремонтних дизелів, які експлуатуються на півдні України. Розроблено та апробовано оригінальну методику визначення динаміки техніко-економічних параметрів дизелів та їх граничних значень, впливу на них технічного стану основних деталей та сполучень двигунів. Встановлено цільову функцію визначення оптимальної періодичності проведення профілактичних ремонтів дизелів, їх змісту та кількості з урахуванням динаміки техніко-економічних параметрів, а також функціональні залежності впливу періодичності, кількості і змісту проведених у процесі експлуатації ремонтних впливів на показники потужності, питомої витрати палива і витрати оливи на угар.

Ключові слова: дизель, експлуатація, ремонтно-обслуговуючі дії, знос, відказ, техніко-економічні параметри, поточний ремонт

АННОТАЦИЯ

Сушко О.В. Повышение эффективности ремонта дизелей транспортных средств оптимизацией ремонтно-обслуживающих воздействий. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. Национальный транспортный университет, Киев, 2007.

Работа посвящена повышению эффективности ремонта транспортных средств путем оптимизации ремонтно-обслуживающих действий (РОД), обоснованию содержания и периодичности текущих ремонтов с учетом динамики основных технико-экономических параметров дизелей. В качестве комплексных параметров, характеризующих техническое состояние дизеля и его деталей, приняты мощность, удельный расход топлива и расход масла на угар.

Обоснована математическая модель определения динамики основных технико-экономических параметров дизелей в процессе их эксплуатации с учетом периода стабилизации параметров. При разработке целевой функции в основу положен подход, при котором предельное состояние дизеля определяется из условия минимума удельных затрат в эксплуатации, вызванных ухудшением технического состояния ресурсных сопряжений. При этом необходимость применения ремонтного воздействия к тому или иному элементу наступает тогда, когда удельные затраты, вызванные ухудшением технического состояния этого элемента, становятся минимальными.

Проведены исследования эксплуатационной надежности дизелей транспортных средств в условиях реальной эксплуатации. Коррозия в южной зоне под влиянием Азово-Черноморского бассейна и повышенного содержания пыли, окиси углерода и соединений хлора распространяется с большей скоростью, чем на другой территории Украины. Это способствует значительному рассеиванию показателей долговечности деталей и сопряжений дизелей.

Дополнительная информация о техническом состоянии основных деталей и сопряжений дизелей получена в результате микрометрирования. Для описания зависимости износов деталей от наработки принята степенная функция, как наиболее полно отражающая суть физического явления накопления износа. На основании исследований ремонтного фонда дизелей транспортных средств, влияния почвенно-климатических условий региона на характер изнашивания, определены уравнения износов и средняя наработка до предельного состояния основных деталей для доремонтных и послеремонтных дизелей, эксплуатирующихся на юге Украины. Дополнительно исследовано техническое состояние масляных насосов, поступивших в ремонт, путем стендовых испытаний на падение производительности. Установлено, что только 3,4% насосов, поступивших в первый капитальный ремонт, не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к производительности насосов (Q=34 дм3/мин, при частоте вращения валика насоса n