Расчет показателей надежности аварийно-спасательной машины

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

В.Ф. Кушляев, доцент, к.т.н., О.А. Буровенцева, студентка, Академия гражданской защиты МЧС России, г. Химки О.В. Кушляева, старший научный сотрудник,

АО «Машлес», г. Москва

1. Общие положения. Конструирование машины, обоснование технологии ее изготовления, разработка и оптимизация эксплуатационно-технологические свойств должны обеспечить максимально эффективную работоспособность и качество машины. Надежность является одним из основных свойств, которое определяет качество машины. Исключительную важность работоспособность и надежность приобретают в машинах, предназначенных для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, особенно в районах Арктики.

Для определения норм надежности следует пользоваться определенной номенклатурой показателей надежности характеризующих безотказность, ремонтопригодность, долговечность. Для транспортно-технологических машин рекомендуются показатели: гамма-процентный; средний ресурс; срок службы; коэффициент готовности; наработка на отказ; коэффициент технического использования и оперативной готовности.

Расчет норм надежности рекомендуется вести по обеспечению работоспособности машины, как правило, на период до первого капитального ремонта. Для машин, у которых отсутствует деление ремонтов по видам, нормы надежности следует рассчитывать до первого планового ремонта или на весь срок службы до списания. При оценке показателей работоспособности и надежности машин пользуются системой критериев, позволяющих получить характеристику, отражающую основные свойства машин, проявляющиеся при эксплуатации и определить влияние этих свойств на время и качество выполнения функций, возлагаемых на машину.

2. Машина и исходные данные для обоснования норм надежности

Рис. Транспортно-технологическая машина ТСК-6400-Ф75 на шасси транспортера-снегоболотохода ТСК с манипулятором и грейферным захватом

Машина (рис.) предназначена для зачистки морского побережья, погрузки и перевозки различных сыпучих грузов, продуктов питания, строительных и

промышленных грузов в упаковке, в контейнерах по всем видам дорог и в отсутствии дорог, в том числе в условиях Крайнего Севера. Кузов машины может опрокидываться в заднюю сторону и в боковую. На грузовой платформе могут устанавливаться модули аварийно-спасательный, грузовой, технический, медицинский, пассажирский, штабной. При этом назначение машин и их функциональные возможности будут соответственно изменятся.

Техническая характеристика

Базовое шасси

Двигатель/Тип/ Мощность, кВт/л.с. Максимальная скорость до, км/ч. Грузоподъемность, т Масса машины с грузом, т

Л

Среднее удельное давление на грунт, кПа (кг/см ) Максимальный преодолеваемый подъем, град. Глубина преодолеваемого брода, м Габаритные размеры, Ь х В х Н, м

ТСК

ЯМЗ-238М2/диз. 176/240 30 10

16410 21,2 (0,22) 30 1,8

10300х2900х3900

3. Исходные данные для расчета норм надежности машины:

Срок службы до списания 4,5 года

Сменность работы 2 смены

Количество капитальных ремонтов один

Число межремонтных циклов К = 2

Коэффициент сокращения межремонтных циклов С = 0,8

4. Средний ресурс машины до капитального ремонта

Тел 365 24 Киг Кнд Кем

Тр1к =-ЁоГЛ-

где Киг - средний коэффициент использования машин в течение года

219

Киг = — =0,60

Кнд - средний коэффициент использованы машины в течение суток

14 2

Кнд = = °'59

Ксм - средний коэффициент использования машины в течение смены

Ксм = 0,73

(Для примера коэффициенты использования машины КАМАЗ 5320: год киг = 0,55; сутки кид = 0,6; смена ксм = 0,6).

т 4,5 365 24 0,60,59 0,73 ггпп

Тр I к =- = 5 5 00 маш.-ч.

^ 1 + 0,8

5500 • 0,8 = 4400 мото-ч.

5. Гамма-процентный ресурс машины до первого капитального ремонта определяется из выражения

гр т ТР1к

Т р у I к = —— час

к 1 Ку

где Ку - соотношение между средним и гамма - процентным ресурсом машины.

5.1. Согласно РТМ 1311-4-73 ЦНИИМЭ общая регламентированная вероятность работы гусеничной машины с манипулятором в условиях бездорожья в целом: Рм(Тр!к) > 0,80.

Для СГМП принимаем у = 80 %.

5.2. В соответствии с таблицами 6 и 7 РТМ1311-4-73 ЦНИИМЭ находим шифр машины по факторам, определяющим параметры распределения величины ресурсов: 1212, закон распределения и коэффициент вариации ресурса: V = 0,45 при распределении Вейбулла.

5.3. По номограмме (РТМ 1311-4-73, рис.) находим соотношение среднего и гамма-процентных ресурсов при у = Рм (ТрТк) = 0,8 и коэффициенте вариации ресурса V = 0,45 при распределении Вейбулла Ку = 1,6

Тогда 80% - ресурс машины будет равен

гр гр 5500

Т р Т к =-маш. часов

1,6

Основными функциональными узлами и агрегатами машины являются:

1). База - 4-х гусеничное шасси повышенной проходимости.

2). Гидроманипулятор с грузовым моментом 75 кНм

3). Рабочий орган (грейфер или клещевой захват).

4). Самосвальная платформа (кузов).

5). Гидросистема.

6). Система управления.

6. Оценка времени капитального ремонта машины и ее функциональных узлов

1). На основе анализа конструктивных особенностей машины оцениваем затраты времени на переборку основных узлов и агрегатов относительно суммарного времени, которое потребно для демонтажа и монтажа всей машины в целом. Это время принимаем за единицу (^ = 1). Полученные данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п Наименование узлов, агрегатов Время, затрачиваемое на переборку узлов

1 База - 4-х гусеничное шасси повышенной проходимости. 1,00

2 Гидроманипулятор с грузовым моментом 50-75 кНм. 0,25

3 Рабочий орган (грейфер или клещевой захват). 0,15

4 Самосвальная платформа (кузов). 0,15

5 Гидросистема 0,15

6 Система управления OЛ5

2) Капитальный ремонт машины определяется необходимостью в капитальном ремонте узлов, агрегатов и систем, представленными в таблице 1.

3) Для описания предельного состояния машины разработана структурная схема машины.

7. Обеспечение вероятности безремонтной работы машины до установленного значения Р(Ту0) = 0,8.

7.1. В соответствии со структурной схемой и обозначениями отдельных узлов условные обеспечения вероятности работы машины без капитального ремонта на протяжении установленного 80-процентного гамма-ресурса имеет вид:

Р(Тк)=Р1[1 - (1-Р2)(1-Р3)(1 - Р4)(1 - Р5)] >0,8.

7.2. Средний ресурс /-го узла машины до первого капитального ремонта в единицах собственной наработки определяется по формуле:

Тр/ = Тр/К/

где Тр/ - наработка узла до замены или переборки в единицах наработки машины,

К / - коэффициент использования /-го узла в рабочих и вспомогательных операциях машины.

Коэффициент использования узла в рабочих и вспомогательных операциях машины определяется по выражению

К/ = КвКн

где Кв - коэффициент использования /- го узла в рабочем цикле машины по времени;

Кн - коэффициент использования /- го узла в рабочем цикле по нагрузке.

Значения коэффициентов использования для основных узлов машины сводим в таблице 2.

Таблица 2

№ Наименование узлов, Коэффициенты использования

п/п агрегатов по времени по нагрузке общий

1 База - 4-х гусеничное шасси повышенной проходимости 1 1 1

2 Гидроманипулятор с грузовым моментом 50-75 кНм 0,7 1 0,7

3 Рабочий орган (грейфер или клещевой захват) 0,6 1 0,6

4 Самосвальная платформа (кузов) 0.6 1 0,6

5 Гидросистема 0,8 1 0,8

6 Система управления 0,6 1 0,6

7.3. Гамма-процентный ресурс /-го узла в единицах наработки машины должен быть равен гамма-процентному ресурсу машины, т.е.

Тру/ = Тр/1к = 4000 маш.-ч.

7.4. Гамма-процентный ресурс /-го узла в единицах собственной наработки определяем по выражению

Тру/= Тру/К/

7.5. В соответствии с рекомендациями таблиц 6 и 7 ЦНИИМЭ устанавливаем коэффициент вариаций и закон величины ресурсов каждого узла.

7.6. Находим значения Kyi из выражения

Tpi

РТМ1311-4-73 распределения

Kyi =

Tpyi

где Kyi - соотношение между средним и гамма - процентным ресурсом /-го узла машины, зависящее от закона распределения ресурса, коэффициента

вариации (у) и уровня регламентируемой вероятности (у).

8. Значения вероятности выполнения узлами гамма-процентных ресурсов.

По номограммам (рис. 1.2, РТМ 1311- 4 -73) находим значения вероятности выполнения узлами своих гамма - процентных ресурсов (Р/), соблюдая при этом равенство или кратность их средних ресурсов в единицах наработки машины.

9. Итоговые расчеты показателей надежности узлов и систем ТТМ

(табл. 3).

Таблица 3

№ Наименование узлов Тр Тр/ Шифр Закон V Тру/ Тру/ Куг Р/

пп определяющ их факторов распред еления

1 База - 4-х гусеничное шасси повышенной проходимости 5500 1,0 2700 1212 В 0,40 3500 3500 1, 6 0,82

2 Гидроманипулятор с грузовым моментом 60-75 кНм 5500 0,7 2700 2212 В 0,45 3500 2400 1.6 0,82

3 Рабочий орган (грейфер или клещевой захват). 5500 0,3 3600 1212 В 0,45 3500 2100 1,6 0,82

4 Самосвальная платформа (кузов). 5500 0,6 2700 2212 В 0,45 3500 2100 1,6 0,82

5 Гидросистема 5500 0,8 3600 - В 0,45 3500 2800 1,6 0,82

6 Система управления 5500 0,6 2700 - В 0,45 3500 2700 1,3 0,80

10. Общая вероятность выполнения ТТМ назначаемого ресурса на

основании данных таблицы 7 будет следующая:

Рм = (ТрТк) = Р[1 - (1-Р2)(1 -Рз)(1 - Р4)(1 - Рз)(1 - Рб) = 0,80 (1 - 0,8)(1 - 0,80)(1 -0,80) (1 - 0,80)] =0,8(3 №20,25) = 0,8 0,99968 = 0,8.

11. Расчет элементов технического обслуживания машины

11.1. В соответствии с «Положением о техническом обслуживании основных видов лесозаготовительного оборудования» (ЦНИИМЭ, 1970 г.), а также учитывая особенности машины и данные по техническому обслуживаниюТСК-6400-Ф75, назначаем систему технического обслуживания, представленную в таблице 4.

Таблица 4

Вид технического обслуживания Периодичность проведения, мото-час/маш.-час Количество видов в межремонтном цикле Средняя продолжительность выполнения, час. Трудоемкость выполнения, чел.- час.

Время одного вида Суммарное время Одного вида Суммар ная

Е О Ежесменно (5) 640 0,5 320 0,6 384

Т О - I 100 22 70 154 8 176

320 300 6 14 84 18 108

Т О - III 900 4 14 56 36 144

СО Два раза в год 5 7 85 10 50

T P По потребности 11 ч на 100 мото-час. 429 33 чел.- ч на 100 мото-час. 1290

К Р 3500 - — - - -

При соблюдении данной системы технического обслуживания ТТМ будет иметь следующие показатели ремонтопригодности (Тто, Ттр) и комплексные показатели (Кг, Кти):

- коэффициент готовности:

5500

КГ = 5500 + 429 = °'9

- коэффициент технического использования:

_ 5500 _

КГ ~ 5500 +429 + 916 ~ °'8

- удельная трудоемкость текущих ремонтов:

1290

Кг =-= 0,35 чел.ч/мото ч

3900

- удельная трудоемкость технического обслуживания:

Кг = ^^ = 0,27 чел.ч/мото ч

3900

- наработка на отказ Т = 130 мото-ч.

Заключение

1. Разработаны методы обоснования норм надежности специальных машин повышенной проходимости, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях Арктики.

2. Предложенные методы расчета и обоснования нормативных показателей надежности специальных транспортно-технологических машин, применяемых в условиях Арктики позволяют выполнить многопараметрическую оптимизацию тактико-технических параметров (ТТП) машины, способствуют достижению экономической эффективности проектируемой модели с ранних этапов разработки. Формирование технического задания на новую модель с рациональными ТТП способствует обеспечению ее конкурентоспособности с минимальными материальными и временными затратами.

Список использованной литературы

1. Надежность подъемно-транспортных машин. Метод оптимизации показателей. ОСТ 24.190.04. Москва. Издание официальное.

2. Методика расчета надежности машин при проектировании. ЦНИИТЭстроймаш, М., 1975.

3. Степанов А.П. Сочлененные гусеничные и колесные машины высокой проходимости. Журнал «Техника и вооружение» № 5, 8-12. 2003 г.

4. Кушляев В.Ф. Обоснование норм надежности гусеничной машины

повышенной проходимости. Сб. матер. V Всерос. науч.-практ. конф. «Надежность и долговечность машин и механизмов». Ивановский институт ГПС МЧС России. Иваново. 2014. - С. 126-131.

5. Буровенцева О.А. Кушляев В.Ф. Основные требования к оценке надежности аварийно-спасательных машин, применяемых в условиях Арктики. «Актуальные научно-технические проблемы развития и эксплуатации транспортно-технологических машин МЧС России». Сб. матер. XXV юбилейной Междунар. науч.-практ. конф. «Предупреждение. Спасение. Помощь». Химки: ФГБОУ ВПО «АГЗ МЧС России». - 2015. - С. 63-75.

6. Васьков В.А., Михайлин О.Н., Аграновский А.А. Спасательная техника и базовые машины. Учеб. пособие. АГЗ МЧС России, Химки. 2010, - Ч 1. - 122 с., Ч. 2. - 129 с.

7. Бочаров В.С., Волков Д.П. Основы качества и надежности строительных машин. М.: Машиностроение-1, 2003. - 254 с.

8. РТМ 1311-4-73. Лесозаготовительные машины и оборудование. Расчет и назначение норм надежности на стадии проектирования. ЦНИИМЭ, ОНТИ, Химки, 1974.

9. РТМ 22-14-75. Методика расчета надежности машин при проектировании. ЦНИИТЭстроймаш, М., 1975.

ВЗАИМОСВЯЗЬ НОРМАТИВНОЙ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЖАРНОГО СТВОЛА И ВЫСОТЫ ПОДЪЕМА ВЫХОДЯЩЕЙ

ИЗ НЕГО СТРУИ

И.В. Мищенко, доцент, к.т.н., А.Н. Кондратенко, доцент, к.т.н., Национальный университет гражданской защиты Украины,

г. Харьков

Постановка проблемы. Из основных положений гидравлики известно, что геометрические параметры траектории струи воды из конического сходящегося насадка, коим и является ручной пожарный ствол (РПС), зависят от диаметра выходного отверстия ствола [1-3]. При приближенных расчетах этих параметров используют номинальное значение диаметра выходного отверстия РПС [2]. Однако этот параметр является условным и характеризуется определенным значением точности [4, 5]. Анализ и оценка точности изготовления элементов пожарной техники, как и любого технического объекта, является предметом исследования метрологии [1]. Поскольку РПС продукт массового производства, то основные требования к нему отражены в ГОСТ 9923-80 [4], где установлены, в том числе, и требования к точности его изготовления. Из основных положений гидравлики также известны и другие факторы, влияющие на геометрические характеристики струи воды с РПС [3]. Поэтому исследование влияния нормативной точности изготовления РПС на геометрические параметры струи