автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка рациональной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ

На правах рукописи

БЕЛИКОВ АНДРЕИ ПАВЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-РЕМОНТНОГО ЦИКЛА РЕДУКТОРОВ ВЕДУЩИХ МОСТОВ АВТОМОБИЛЕЙ КАМАЗ

Специальность 05. 02.13 - Машины, агрегаты и процессы (в машиностроении и машиноведении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2005

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Денисов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Загородских Борис Павлович

кандидат технических наук, доцент Любимов Иван Иванович

Защита диссертации состоится 23 марта 2005 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета КР 212.242.29 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан февраля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Басков В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время себестоимость автомобильных перевозок довольно велика и в процессе эксплуатации возрастает в 2-3 раза, а производительность автомобилей снижается в 3-4 раза к пробегу 500 тыс. км. Основными причинами этого являются высокие затраты труда, времени и средств на обеспечение работоспособности автомобилей вследствие невысокого уровня технического обслуживания и ремонта автомобилей.

Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на агрегаты трансмиссии (от 20 до 25 %) и особенно на главную передачу: по автомобилям КамАЗ на них приходится до 31 % всех отказов трансмиссии. Одной из основных причин таких высоких затрат по трансмиссии является сложившаяся структура эксплуатационно-ремонтного цикла, при которой обеспечение работоспособности осуществляется по стратегии ожидания отказов, в результате чего работоспособность обеспечивается в основном за счет капитального ремонта и сложного текущего ремонта с большим расходом запасных частей и простоями в ремонте.

Данная работа выполнена в соответствии с планом НИР и программой по основным научным направлениям Саратовского государственного технического университета (СГТУ) 10 В 01 «Разработка научных основ эффективных технологий обеспечения надежности автотранспортных средств».

Целью работы является снижение затрат на обеспечение работоспособности редукторов ведущих мостов путем разработки структуры эксплуатационно-ремонтного цикла на основе анализа изменения технического состояния в процессе эксплуатации, и системы диагностирования.

Предметом исследования являются процессы диагностирования, ремонта и структуры эксплуатационно-ремонтного цикла.

Объектом исследования являются редукторы ведущих мостов автомобилей КамАЗ.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к достижению поставленной цели, учитывающем получение закономерности изменения технического состояния редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации и обоснованное взаимное влияние технического состояния и отказов их основных элементов.

Практическая ценность. Использование разработанной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов с использованием обоснованной технологии предупредительного ремонта снижает затраты на поддержание их в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации не менее, чем на 67 %, по сравнению со сложившейся в настоящее время.

Реализация результатов работы. Разработка структуры эксплуатационно-ремонтного цикла и технология предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ используется в ОАО "Саратовский автокомбинат №2", а также на других предприятиях Саратова.

Апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 1993-2003 годах. Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова в 1998, 1999 годах, на юбилейной конференции, посвященной 10-летию Поволжского регионального центра PAT в октябре 2001 г., на международной научно-практической конференции "Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин с использованием восстановительно-упрочняющих процессов" (Саратов, 2002).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Зависимости показателей технического состояния редукторов ведущих мостов от наработки.

2. Взаимное влияние технического состояния и отказов элементов редукторов ведущих мостов.

3. Обоснование системы диагностирования редукторов ведущих мостов.

4. Разработанная структура эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов.

5. Технология предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в семи печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 107 наименований, и приложений. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены основные направления исследований.

В первой главе «Анализ состояния систем обеспечения работоспособности агрегатов автомобилей. Задачи исследования» в качестве объекта исследования определены редукторы ведущих мостов автомобилей КамАЗ. В процессе эксплуатации основными причинами отказов редукторов являются изнашивание, усталостные разрушения. Большой вклад в изучение изменения технического состояния и надежности агрегатов автомобилей и других машин внесли такие ученые как: Ф.Н. Авдонькин, НА. Бухарин, Д.Н. Гаркунов, Б.В. Гольд, Н.Я. Го-ворущенко, В.Н. Казарцев, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Г.В. Крамаренко, Р.В. Кугель, Е.С. Кузнецов, B.C. Лукинский, Л.В. Мирошников, В.М. Михлин, А.И. Петрусевич, А.С. Проников, Р.В. Ротенберг, А.И. Селиванов, СВ. Серен-сен, А.В. Серов, A.M. Шейнин, B.C. Шупляков, С.Ф. Щетинин и другие.

При действии многих эксплуатационных, организационно-технических факторов изменения технического состояния агрегатов в процессе эксплуата-

ции характеризуются значительным рассеиванием, что свидетельствует о целесообразности использования диагностирования для определения межремонтных пробегов.

Дня эффективного использования диагностирования необходимы диагностические нормативы: начальное (номинальное), предельное, допустимое значение диагностического параметра, периодичность, трудоемкость, стоимость диагностирования. Для разработки системы диагностирования необходимы конкретные зависимости показателей технического состояния (структурных параметров) и диагностических параметров от наработки и их связь с возникающими в процессе эксплуатации отказами с учетом вероятностного характера отказов.

Сложившаяся в настоящее время структура эксплуатационно -ремонтного цикла (ЭРЦ) агрегатов за счет текущего и капитального ремонтов, а следовательно и затрат на обеспечение работоспособности, не является рациональной, так как не учитывает фактического изменения технического состояния в процессе эксплуатации и рациональных форм ремонта. Совершенствование структуры ЭРЦ целесообразно за счет обоснования рациональной периодичности ремонтных работ с учетом изменения и диагностирования технического состояния в процессе эксплуатации. Это позволит снизить общий уровень затрат на обеспечение работоспособности агрегатов, конкретизировать номенклатуру и расход основных запчастей.

Для достижения поставленной цели предусмотрено решить следующие задачи исследования:

1. Обосновать зависимости показателей технического состояния редукторов ведущих мостов от наработки.

2. Разработать методику определения наработки до ремонта редукторов ведущих мостов с учетом взаимного влияния технического состояния и отказов основных элементов.

3. Обосновать систему диагностирования технического состояния редукторов ведущих мостов.

4. Разработать структуру эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов и технологию их предупредительного ремонта.

5. Дать технико-экономическую оценку результатов исследования и практических рекомендаций.

Во второй главе «Аналитическое исследование изменения технического состояния и надежности редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации» выполнен анализ конструктивных особенностей и условий работы редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ. Сопряжения трансмиссии являются динамически нагруженными, в которых интенсивность изнашивания деталей возрастает, а величина износа деталей и зазоров между ними возрастает по экспоненциальной зависимости

где 5о - износ (зазор) в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации.

Вследствие экспоненциального возрастания окружного, радиального и

осевого износов деталей в процессе эксплуатации аналогично изменяются и многие диагностические параметры: суммарный угловой зазор фланца ведущего вала; осевой зазор фланца ведущего вала; радиальный зазор фланца ведущего вала и другие. В общем виде тенденцию их изменения в процессе эксплуатации можно записать в виде (1).

Одним из основных диагностических параметров главной передачи является предварительный натяг (преднатяг) конических подшипников, который обеспечивает длительную нормальную работу узла. Для определения вида зависимости этого параметра от наработки рассмотрим условия взаимодействия ролика с обоймами подшипника (рис. 1). Сила сопротивления качению ролика пропорциональна силе действия ролика на обойму то есть

(2)

где - коэффициент трения.

Сила действия ролика на обойму пропорциональна натягу (преднатягу) подшипника Я, поэтому

В процессе эксплуатации из-за появления зазоров в сопряжениях главной передачи величина преднатяга сокращается, то есть

где По - преднатяг в конце приработки.

С учетом экспоненциальной зависимости зазоров от наработки (1) получим

Величина преднатяга обычно оценивается по моменту сопротивления вращению фланца ведущего вала в конических подшипниках, который пропорционален силе трения и радиусу Я подшипника

где Мц0 - момент сопротивления в конце приработки (рис.2);

- снижение момента сопротивления в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации (рис. 2).

При полной потере преднатяга в подшипниках появляется зазор, который приводит к нарушению пятна контакта в конических шестернях и к повышению интенсивности изнашивания зубьев с повышением шумности работы редуктора.

При передаче переменного как по величине, так и по направлению крутящего момента через редукторы ведущих мостов наряду с изменением их

Рис. 1. Схема взаимодействия ролика с обоймой подшипника

?Т - ^К ' /тру

технического состояния в процессе эксплуатации происходит и взаимное влияние технического состояния элементов редукторов. При передаче крутящего момента от карданной передачи к редуктору происходит ослабление резьбового соединения гайки крепления фланца. В результате этого появляются осевые и угловые перемещения фланца, приводящие к росту углового зазора из-за износа шлицев вала и фланца.

Это, в свою очередь, приводит к увеличению торцового износа фланца, опорной шайбы, внутренней обоймы и роликового конического подшипника, а также конической шестерни. Возрастание торцового износа указанных деталей вызывает снижение преднатяга конических подшипников. Полная потеря преднатяга в подшипниках приводит к росту осевого зазора и изменению условий контактирования зубьев ведущей и ведомой конической шестерен с увеличением углового зазора и интенсивности изнашивания зубьев.

Сопряжения трансмиссии являются динамически нагруженными, и возрастание зазоров в них происходит по экспоненциальной зависимости. Поэтому и средняя интенсивность изнашивания деталей сопряжения после установки в изношенную систему (трансмиссию) будет возрастать по экспоненциальной зависимости (1), а их ресурс с каждой заменой будет сокращаться по экспоненциальной зависимости

где - пробег до первой замены детали (элемента), приведенный к началу эксплуатации (рис. 3); - предельный износ детали.

Вследствие сокращения ресурса элементов изнашивающихся агрегатов и систем в процессе эксплуатации соответственно возрастает число замен этих элементов за календарную наработку

Рис. 3. Экспоненциальное снижение ресурса детали в процессе эксплуатации

где п0 - число замен в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации.

Как показывает анализ изменения технического состояния главных передач, в процессе эксплуатации наблюдается определенная тенденция повышения вероятности отказов. Ослабление крепежных соединений из-за недостаточного уровня ТО приводит к износу шлицевых сопряжений, появлению радиального зазора, к торцовому износу ведущей шестерни, появлению осевого зазора, к потере преднатяга подшипников, повышению интенсивности возрастания углового зазора и динамических нагрузок на детали и вероятности их разрушения.

С учетом этого суммарные удельные затраты на обеспечение работоспособности элементов составляют

с с С"= —+ —+ аГ"1, / /

(9)

где С„ - затраты на ПР. Рациональная периодичность ПР элемента определяется дифференцированием уравнения (4.6) по методике профессора A.M. Шейнина:

При проведении ПР целесообразно группировать ремонтные воздействия для сокращения простоя в ремонте. Наиболее целесообразным методом группирования ремонтных воздействий является технико-экономический [44,81], используемый для группирования профилактических операций в виды ТО. Например, в двигателе целесообразно объединить замену вкладышей и поршневых колец при одной наработке. При этом рациональная наработка до ПР обоих сопряжений находится между рациональными значениями для каждого сопряжения (рис.4).

I, I; I, I

Рис.4. К определению рациональной наработки до одновременного ремонта двух элементов при различной рациональной наработке для каждого элемента 1\м1г

При объединении замен в один ремонт повышаются удельные затраты для обоих сопряжений как от недоиспользованного ресурса одного сопряжения, так и от повышения вероятности аварийных повреждений другого. Однако при одновременном ремонте обоих сопряжений сокращается простой в ремонте, а следовательно, и потери прибыли от простоя. Исходя из этого, условие целесообразности объединения ремонта двух сопряжений можно записать в виде

где минимум удельных затрат соответственно на первое,

второе сопряжение и оба вместе (рис.4); Р - прибыль автомобиля (машины) в

единицу времени; удельный простой в ремонте соответственно

только первого, второго сопряжений и обоих вместе.

Приведенная технико-экономическая методика позволяет сформировать рациональную структуру ЭРЦ редуктора.

В третьей главе «Методика проведения работы» описана общая методика исследования, сбора данных по надежности и техническому состоянию редукторов в опорном хозяйстве.

По редукторам подконтрольной партии регулярно, с периодичностью в 1012 тыс. км, ведутся измерения показателей технического состояния: суммарный угловой зазор в редукторе; радиальный зазор фланца ведущего вяла; осевой зазор фланца ведущего вала; преднатяг подшипников главной передачи.

Измерения производятся приборами КИ - 4832, КИ - 8902, прибором собственного изготовления автора, а также на основе индикаторов часового типа, а также на основе индикаторов часового типа, устанавливаемых в кронштейны с магнитным креплением. Момент силы (преднатяг) измеряли динамометрическим ключом при непрерывном вращении фланца в одну сторону после полного оборота вала.

Снятые с эксплуатации редуктора из подконтрольной партии на участке ремонта устанавливаются на стенд. Производится внешний осмотр редуктора, предремонтное диагностирование по следующим параметрам: суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенных полуосях и включенной блокировке межосевого дифференциала; суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенной ведомой цилиндрической шестерне и включенной блокировке межосевого дифференциала; суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенной ведущей конической шестерне и включенной блокировке межосевого дифференциала; осевой зазор в конических подшипниках узла ведущей конической шестерни; осевой зазор в конических подшипниках узла ведущей цилиндрической шестерни; осевой зазор в конических подшипниках опор межколесного дифференциала.

Указанные параметры заносятся в диагностические карты.

Затем производится разборка редукторов, микрометраж деталей, анализ состояния рабочих поверхностей деталей. Результаты заносятся в микро-

метраж'ные карты, по результатам обработки которых определяются значения износа и изменения геометрической формы деталей.

В ходе ремонта фиксируются заменяемые детали и причины их замены, стоимость деталей, трудоемкость ремонта. После ремонта сборки редукторов и производятся послеремонтное диагностирование. Результаты заносятся в карты замен деталей и диагностические карты.

На основе полученных зависимостей показателей технического состояния, затрат на обеспечение работоспособности, простоев в ремонте редукторов, работающих по существующему и предлагаемому эксплуатационно-ремонтному циклам, от пробега автомобилей определяются сроки и объемы проводимых ремонтов редукторов.

Эффективность вторичного (послеремонтного) цикла эксплуатации редукторов оценивается по двум группам редукторов: первая группа снимается принудительно для подробного анализа технического состояния деталей с разборкой редукторов при достижении определенной наработки (90-110 тыс. км) или предельных значений диагностических параметров; вторая группа эксплуатируется до наступления отказов, устраняемых только при капитальном ремонте.

По результатам эксплуатационных исследований всех групп редукторов определяются затраты на обеспечение их работоспособности с начала эксплуатации до капитального ремонта. Эксплуатационно-ремонтный цикл, при котором наблюдаются минимальные удельные затраты на обеспечение работоспособности редукторов с учетом простоев автомобилей, считается рациональным и рекомендуется для реализации в эксплуатации.

Для сбора экспериментальных данных разработано и изготовлено устройство для измерения окружных зазоров ведущих мостов автомобиля. Оно позволяет измерять угловой зазор с разрешающей способностью в 1 угловую минуту с относительной погрешностью 9,14%. Обоснована также технология диагностирования этим устройством.

В четвёртой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» получены параметры распределения показателей технического состояния редукторов ведущих мостов, снятых в ремонт. Результаты обработки экспериментальных статистических данных по износу и изменению геометрической формы деталей позволили определить параметры экспоненциальной зависимости от наработки, которые использовали в дальнейшем при определении их предельных значений.

Определены также параметры аналитически обоснованных зависимостей таких диагностических показателей, как угловой зазор в главной передаче, осевой зазор фланца ведущего вала, радиальный зазор фланца ведущего вала, пред-натяг конических подшипников, от наработки автомобиля (рис. 5, табл.1).

Судя по величине коэффициента корреляции экспериментальные данные с умеренной и высокой теснотой связи подтверждают полученные аналитические зависимости.

Таблица 1

Параметры зависимости показателей технического состояния редуктора среднего моста от пробега автомобиля

Показатели технического состояния Параметры

Уо Ь г

Угловой зазор главной передачи, мин. заднего моста среднего моста 211,5 246,9 0,00308 0,00316 0,969 0,891

Осевой зазор фланца ведущего вала редуктора среднего моста, мкм 23,51 0,00910 0,595

Радиальный зазор фланца ведущего вала редуктора, мкм среднего моста заднего моста 128,04 99,7 0,00127 0,00240 0,605 0,720

Снижение преднатяга от номинального (МПО=1,6 Нм), Нм среднего моста заднего моста 0,4677 0,6169 0,0025 0,0020 0,9508 0,9401

Примечание к табл 1т- коэффициент корреляции между 1я1пу

Разработана система диагностирования редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ. Обоснован комплекс диагностических параметров, проанализированы диагностические средства, оценена точность и эффективность диагностирования. Предложенные диагностические параметры соответствуют требованиям однозначности, чувствительности, стабильности и информативности, о чем можно судить по данным табл. 2 и рис. 6-9. Определены допустимые значения диагностических параметров: суммарный угловой зазор фланца ведущего вала 32 градуса; осевой зазор - 132 мкм; радиальный зазор - 407 мкм; преднатяг подшипников 4,ЗН (Мпд = 0,3 Нм).

Таблица 2

Параметры зависимости диагностических параметров от структурных

Диагностические и структурные параметры а Ь г

Зависимость суммарного углового зазора в редукторах мостов от суммарного износа конических и цилиндрических шестерен 0,8 10,1 0,99

Зависимость осевого зазора фланца ведущего вала от торцевого износа ведущей конической шестерни 14,0 0,93 0,96

Зависимость радиального зазора фланца ведущего вала от износа шлицев ведущего вала -45,0 1,7 0,94

Зависимость преднатяга подшипников хвостовика от торцового износа ведущей конической шестерни 38 -0,2 0,95

Примечание к табл. 2 а,Ь - параметры линейной зависимости диагностического параметра 8 от структурного X, 5 = а+Ьх, г - коэффициент корреляции

В пятой главе «Разработка структуры эксплуатационно - ремонтного цикла главных передач» обоснованы сроки и объём проведения предупредительного ремонта редукторов.

40 80 120 160 I, тыс. км

ЬаГ^

\

О 100 200 300 400

1,тыс. км

Рис 5 Зависимость показателей технического состояния редукторов ведущих мостов от наработки автомобилей КамАЗ угловой зазор главной передачи среднего (1) и заднего (2) моста, осевой зазор редуктора среднего моста (3), радиальный зазор редуктора среднего (4) и заднего (5) моста, преднатяг подшипников заднего (6) и среднего (7) мостов

Рис 6 Зависимость суммарного углового зазора в редукторах мостов от суммарного износа конических и цилиндрических шестерен

8 т,мкм

Рис 7 Зависимость осевого зазора фланца ведущего вала от торцового износа ведущей конической шестерни

5 т,мкм

Рис 8 Зависимость радиального

зазора фланца ведущего вала от износа шлицев ведущего вала

Рис 9 Зависимость преднатяга подшипников хвостовика от торцового износа ведущей конической шестерни

Наработка до проведения ремонтных воздействий, обоснованная анализом изменения технического состояния главных передач в процессе эксплуатации, является основной для разработки структуры их эксплуатационно-ремонтного цикла. Уточнить наработку до предупредительного ремонта (ПР) можно с использованием технико-экономической методики.

Зависимость абсолютных затрат на ремонт этих сопряжений от пробега до предупредительного ремонта, полученная с учетом вероятности отказа указанных сопряжений (рис. 10), приведена на рис. 11, а. Затраты даны в относительных к стоимости капитального ремонта единицах. На рис. 10, б приведены удельные затраты на ПР среднего и заднего мостов с учетом их стоимости и суммарные по обоим мостам. Из рис. 11,б видно, что для заднего моста рациональным пробегом до ПР будет 95 тыс. км, а для заднего моста -110 тыс. км.

При проведении ПР целесообразно рассмотреть вопрос о группировании ремонтов. Основная цель такого группирования - сокращение простоев автомобиля в ремонте. Наиболее целесообразным методом группирования ремонтных воздействий является технико-экономический, предложенный профессором Е.С.Кузнецовым. Например, возможно объединить ремонт среднего и заднего мостов при одной наработке. В этом случае рациональная наработка до ПР обоих узлов находится между рациональными значениями для каждого узла.

Расчеты по этой формуле и полученным значениям удельных затрат показывают, что = 97 тыс. км. Вследствие малого изменения удельных затрат в этой области наработки можно принять диапазон 95-105 тыс. км.

100 200 Ц тыс. км. 100 200 Ц тыс. км.

а б

Рис 10. Вероятность отказов главной передачи среднего (а) и заднего (б) мостов в процессе эксплуатации автомобилей КамАЗ: 1 - ослабление крепежных резьбовых

соединений; 2 - появление осевого, радиального зазоров и потеря преднатяга; 3 - аварийный рост углового зазора; 4 - разрушение подшипников и зубьев шестерен

а б

Рис. 11. Изменение абсолютных (а) и удельных (б) затрат на обеспечение работоспособности главных передач заднего (1) и среднего (2) мостов и суммарных (3) в процессе эксплуатации автомобилей КамАЗ

Для сокращения простоев ремонте, а следовательно и потерь прибыли, определена экономическая целесообразность одновременного ремонта среднего и заднего мостов при рациональном пробеге до ПР 95-105 тыс. км. Удельные затраты при этом на 11,9% ниже, чем при раздельном ремонте.

Как показал анализ изменения технического состояния редукторов в процессе эксплуатации, после ремонта интенсивность изменения технического состояния выше, чем до ремонта. Поэтому наработка до следующего ремонта будет ниже, чем до первого. Вторичный ресурс после ремонта редукторов в АТП находится в пределах 22-86% первичного, в среднем 39%. Вторичный ресурс значительно зависит от номера ремонта. Дифференциация по номеру ремонта показала на следующую динамику вторичного ресурса: после 1-го ремонта - 75%,2-50%,3-30%,4-25%. Это обусловлено взаимным влиянием агрегатов трансмиссии, ведущим к росту динамических нагрузок в трансмиссии в процессе эксплуатации.

Аналогично сокращается и ресурс редукторов после капитального ремонта, который поле первого КР составляет в среднем 70% первичного, а последующих - 50%. С учетом динамики изменения наработки до ремонта и стоимости главных передач и их ремонтов получены зависимости удельных затрат на обеспечение их работоспособности от наработки при различных структурах эксплуатационно-ремонтного цикла (рис. 12).

В настоящее время сложилась структура эксплуатационно-ремонтного цикла, состоящая из капитальных ремонтов и устранения случайных отказов

при текущих ремонтах (структура 1 на рис.12). При этой структуре удельные затраты сразу же растут после первого КР, то есть он не обеспечивает нормативного вторичного ресурса, и оптимальным с экономической точки зрения при этом следует считать ресурс главных передач 200 тыс. км.

Противоположной структурой эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) является структура, состоящая из одних ПР без КР (2, рис.12). При этом значительно снижается уровень внезапных отказов. Однако снижение ресурса после каждого ПР вызывает рост удельных затрат на ремонт и простоев в ремонте. Оптимальным экономическим ресурсом главных передач будет 225 тыс. км при двух ПР. Проведение при этой наработке КР (структура 3) приводит к снижению удельных затрат, минимум которых наступает при наработке 490 тыс. км. Этот оптимальный ресурс, при котором требуется списание (СП) главных передач, обеспечивается структурой ЭРЦ, состоящей из двух ПР до КР и двух ПР после КР. Поскольку удельные затраты при этой структуре ЭРЦ на 40% ниже, чем при 1-й, и на 33% ниже, чем при 2-й структурах ЭРЦ, то ее следует считать оптимальной. При изменении условий эксплуатации наработка до ремонта корректируется соответствующим коэффициентом.

Таким образом, общая структура эксплуатационно-ремонтного цикла главных передач автомобилей КамАЗ следующая: первый ПР - 100 тыс. км; второй ПР - 175 тыс. км; КР - 225 тыс. км; третий ПР - 300 тыс.км; четвертый ПР - 350 тыс. км; второй КР (или списание) - 385 тыс. км. По автомобилям КамАЗ к пробегу 385 тыс. км себестоимость перевозок повышается в 2,4 раза, а производительность (а следовательно, и доходность) сокращается в 2,5 раза. Следовательно, к этому периоду их рентабельность приближается к нулю. С учётом среднегодового пробега 50 тыс. км, рентабельный срок службы составит 7-7,5 лет, то есть предложенная структура ЭРЦ главных передач позволяет при двух ПР и одном КР достигнуть общего рентабельного срока службы автомобиля.

Как показал анализ затрат средств, труда и времени на обеспечение работоспособности главных передач в процессе эксплуатации, при рекомендуемой структуре ЭРЦ они значительно ниже, чем при существующей. Так, трудоёмкость ремонта ниже в 2,44 раза, простой в ремонте - в 1,54 раза, затраты средств-в 1,67 раза.

Доля затрат на ведущие мосты составляет в среднем 8,5 % всех затрат по автомобилю, а доля затрат на ТО и ТР в себестоимости перевозок составляет в среднем 18 %. С учётом этих значений снижение себестоимости перевозок при рекомендуемой структуре ЭРЦ главных передач составит 1,02 %.

Доля простоев автомобилей КамАЗ в текущем ремонте, приходящаяся на ведущие мосты, составляет в среднем 9,2 %, следовательно, простой автомобилей сократится на 5%. На столько же, при прочих равных условиях, увеличится и производительность автомобиля. Кроме того, при рекомендуемой структуре эксплуатационно-ремонтного цикла главных передач срок службы редукторов сравнивается со сроком службы автомобиля и сокращается число дорогое тощих капитальных ремонтов до одного с трёх при существующей

Рис.12. Изменение удельных затрат на обеспечение работоспособности главной передачи среднего и заднего мостов в процессе эксплуатации автомобилей КамАЗ

структуре ЭРЦ. Следовательно, затраты при рекомендуемой структуре ЭРЦ в среднем на 1,5 стоимости КР главных передач ниже, чем при существующей структуре ЭРЦ.

В настоящее время в условиях рыночных отношений и отсутствия единых тарифов на перевозки доходная ставка (или тариф) устанавливается на 1 км пробега и составляет в среднем по приволжскому региону 14 руб./км (данные на конец 2003 года). Себестоимость же перевозок автомобилями КамАЗ в этих условиях составляет в среднем 10 руб./км. Удельный простой в ТО и ремонте составляет в среднем 0,6 дней/тыс, км. Для определения годового экономического эффекта учитывали, что средний годовой пробег автомобилей КамАЗ по отчетным данным составляет 50 тыс. км. Результаты расчетов приведены в табл. 3.

С учетом того, что только в Саратовской области работает в настоящее время около 10 тыс. автомобилей КамАЗ, годовая экономия по ним составит около 83,8 млн. рублей.

Таблица 3 Результаты расчетов экономического эффекта

Показатели Единицаиз-мерения Численное значение

Доходная ставка руб./км 14

Себестоимость перевозок руб./км 10

Среднегодовой пробег тыс. км 50

Средний простой в ТО и ТР ДН/ТЫС. КМ 0,6

Доля затрат на ТО и Р в себестоимости перевозок % 18

Доля затрат на редукторы ведущих мостов % 8,5

Доля простоев на устранение отказов редукторов ведущих мостов % 7,2

Снижение затрат на обеспечение работоспособности редукторов по результатам исследования % 67

Снижение себестоимости перевозок % 1,02

Снижение простоев в ТО и Р % 3,9

Снижение простоев в ТО и Р дн./тыс. км 0,023

Годовое снижение затрат на ТО и Р руб./авт. 5100

Годовое снижение простоев на ТО и Р руб./авт. 1,17

Годовое увеличение доходов руб./авт. 3276

Всего годовой экономический эффект руб./авт. 8376

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа литературных источников определено, что в процессе эксплуатации себестоимость перевозок возрастает в 2-3 раза, а производительность снижается в 3-4 раза. Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на агрегаты трансмиссии (20-25%), из которых 31% приходится на редукторы ведущих мостов. В настоящее время обеспечение работоспособности

осуществляется преимущественно по стратегии устранения возникших отказов, хотя отказы носят в основном постепенный (закономерный) характер, свидетельствующий о целесообразности их предупреждения на основе диагностирования. Следовательно, снижение затрат туда, времени и средств на обеспечение работоспособности редукторов ведущих мостов является актуальной задачей.

2. Обобщены и обоснованны зависимости показателей технического состояния редукторов ведущих мостов, таких как суммарный угловой зазор, осевой зазор, радиальный зазор фланца ведущего вала, преднатяг подшипников ведущего вала, от наработки в виде экспоненциальных уравнений (1), (5), (6).

3. Разработана методика определения наработки до ремонта редукторов ведущих мостов с учетом взаимного влияния технического состояния и отказов основных элементов. Выявлена тенденция повышения вероятности отказов вследствие причинно-следственной связи: ослабление крепежных соединений из-за недостаточного уровня ТО приводит к износу шлицевых сопряжений, появлению радиального зазора, к торцовому износу ведущей конической шестерни, появлению осевого зазора, к потере преднатяга подшипников, повышению интенсивности возрастания углового зазора и динамических нагрузок на детали и вероятности их разрушения.

4. На основании исследования изменения технического состояния основных элементов редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации разработана система диагностирования, включающая диагностические средства, как традиционные, так и вновь предложенные, связь диагностических параметров со структурными, диагностические нормативы: предельные и допустимые значения, периодичность и эффективность диагностирования.

5. Разработана структура эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов на основе изменения их технического состояния и технико-экономической методики определения ресурсов основных элементов. Кроме традиционных видов технического обслуживания, структура ЭРЦ включает предупредительные (ПР) и капитальные (КР) ремонты. Рациональная структура ЭРЦ в условиях третьей категории условий эксплуатации автомобилей КамАЗ следующая: первый ПР -100 тыс. км; второй ПР - 175 тыс. км; КР - 225 тыс. км; третий ПР - 300 тыс.км; четвертый ПР - 350 тыс. км; второй КР (или списание) -385 тыс. км. Разработана технология предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов, определены предельные значения износов и отклонения геометрической формы основных деталей.

6. При рекомендуемой структуре ЭРЦ трудоемкость ремонта ниже в 2,44 раза", простой в ремонте в 1,54 раза, затраты средств - в 1,67 раза, чем при существующей. С учетом доли затрат на ТО и Р в себестоимости перевозок и доли затрат на редукторы ведущих мостов определено, что использование предложенной структуры ЭРЦ снижает себестоимость перевозок на 1,02%, простои в ремонте - на 3,9% (повышение производительности). В целом годовой экономический эффект составляет 8376 рублей на автомобиль, а по Саратовской области составляет 83,8 млн. рублей.

05: о/ - о5, аб

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Беликов А. П. Методика определения нормативов предупредительного ремонта агрегатов автомобиля / А. С. Денисов, А. П. Беликов // Технологическое формирование качества деталей при восстановлении и упрочнении: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 1997. С.52-58. (0,45/0,3 п.л.).

2. Беликов А. П. Эффективность предупредительного ремонта агрегатов автомобиля / А. С. Денисов, И. К. Данилов, А. П. Беликов // Технологическое формирование качества деталей при восстановлении и упрочнении: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 1997. С.62-68 (0,45/0,15 п.л.).

3. Беликов А. П. Предупредительный ремонт редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ / А. С. Денисов, А. П. Беликов // Работа автомобильного транспорта в условиях становления рыночных отношений: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2000. С. 24-28. (0,32/0,2 п.л.)

4. Беликов А. П. Обоснование наработки до предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ / А. С. Денисов, А. П. Беликов // Совершенствование технологии восстановления и упрочнения деталей машин: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2002. С. 29-31. (0,2/0,1 п.л.)

5. Беликов А. П. Формирование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ / А. С. Денисов, А. П. Беликов // Совершенствование технологии восстановления и упрочнения деталей машин: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2002. С. 29-31. (0,22/0,11 п.л.)

6. Беликов А. П. Анализ конструктивных особенностей и условий работы редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ / А. П. Беликов // Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин с использованием восстановительно-упрочняющих процессов: Матер, международной науч. - практ. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2003. С. 189-192. (0,25/0,25 п.л.).

7. Беликов А. П. Изменение преднатяга конических подшипников в процессе эксплуатации редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ / А. С. Денисов, А. П. Беликов // Проблемы транспорта и транспортного строительства: Межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2004. С. 45-48. (0,25/0,13 п.л.).

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 21.02.05 Бум. тип. Тираж 100 экз.

Формат ббх841/16 Уч.-изд.л 1,1

Усл. печ.л. 1,16 Заказ 66

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77