Закономерность формирования межремонтных ресурсов мусоровозов с учетом режимов эксплуатации

ТРАНСПОРТ

УДК 625. 08

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЖРЕМОНТНЫХ РЕСУРСОВ МУСОРОВОЗОВ С УЧЕТОМ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ

© 2010 г. А.С. Носенко, Р.В. Каргин, ЕА. Шемшура, М.С. Алтунина

Шахтинский институт

Южно-Российского государственного of South-Russian State

технического университета Technical University

Проведен анализ организации и определения периодичности ТОиР для строительных, коммунальных и дорожных машин и автомобилей. Выполнена оценка надежности мусоровоза как сложной системы. Произведена оценка взаимного влияния работы навесного оборудования и базового шасси мусоровоза по показателю интенсивности эксплуатации. Разработан алгоритм оптимизации периодичности ТОиР по минимуму затрат на поддержание и восстановление работоспособного состояния.

Ключевые слова: машина для сбора и вывоза ТБО (мусоровоз); сложная техническая система; интенсивность эксплуатации; оптимизация периодичности ТОиР.

The analysis of organization and definition of periodicity of TS and R for BCCM and automobiles has been carried out. The evaluation of reliability of a garbage-carrier as a complicated system has been fulfilled. The evaluation of the mutual influence of work of the hung up equipment and the base chassis of a garbage-carrier according to the index of exploitation intensiveness has been carried out. The algorithm of TS and R periodicity optimization with the minimum of expense for maintaining and restoration of the work capacity has been worked out.

Keywords: a machine for garbage collection and carrying out (garbagecarrier); complicated technical system; intensiveness of exploitation; technical service and repairmant periodicity optimization.

Проблема корректирования и оптимизации периодичности технического обслуживания и ремонта (ТОиР) является актуальной для всех строительных, дорожных, коммунальных машин и автомобилей [1].

Для мусоровозов периодичность воздействий профилактического характера регламентируется двумя документами: для навесного оборудования - руководствами по технической эксплуатации на мусоровозы; для базового шасси - руководствами по технической эксплуатации на автомобили.

Анализ данных о периодичности профилактических операций и технических характеристиках кузовных мусоровозов с боковой механизированной загрузкой кузова [2], которые получили широкое распространение в нашей стране, позволяет сделать следующие выводы:

- для всех мусоровозов установлено два вида периодичности ТОиР: одна - для навесного оборудования; вторая - для базового шасси, что приводит к увеличению количества ремонтов и соответственно простоев мусоровозов в ремонте;

- для мусоровозов одного типа периодичность технического обслуживания для специального оборудования отличается;

- для мусоровозов с разными техническими характеристиками (грузоподъемность шасси, масса навесного оборудования, вместимость кузова) перио-

дичность технического обслуживания как специального оборудования, так и базового шасси почти не отличается.

Так же следует отметить, что для мусоровозов периодичность ТОиР как для базового шасси, так и для навесного оборудования выражены в одинаковых единицах измерения - километрах пробега.

На современном этапе ведется много исследований по установлению, корректированию и оптимизации периодичности ТОиР машин.

Заводы-изготовители строительной техники устанавливают периодичность ТО по методике профессора Г.В. Веденяпина, который предложил срок работы узла до ТО определять как разность между средним значением срока работы в отдельном интервале tср и среднеквадратичным отклонением о:

¡¡0 = ¡ср

Эта методика основана на том, что отказы носят случайный характер и подчиняются нормальному закону распределения [3].

Для специальных машин нефтегазодобывающего комплекса разработана методика соотношения расходования ресурса работы двигателя в двух режимах: при транспортной работе и при работе на привод навесного оборудования [4]. Эта методика основана на

том, что закономерность влияния интенсивности использования ресурсов описывается экспоненциальной моделью и приведение в соответствие к единым единицам измерения осуществляется с помощью переводного коэффициента, определяющего соотношение километров и мото-часов (^ММл ).

В настоящее время существует несколько методик и методов оптимизации и управления периодичностью технических воздействий автомобилей [5]. Среди широкого спектра методов наиболее распространенными являются методы по допустимому уровню безотказности; по закономерности изменения параметра технического состояния и его допустимому значению; технико-экономический метод и экономико-вероятностный метод.

В результате исследований надежности кузовных мусоровозов [6] установлены характерные отказы кузовных мусоровозов в зависимости от марки мусоровоза и типа базового шасси; установлено соответствие распределения наработок на отказ кузовных мусоровозов экспоненциальному закону распределения; разработана методика корректировки периодичности ТОиР на основании логистических детерминированных моделей при заданном минимально допустимом уровне вероятности безотказной работы мусоровоза в целом.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Методика определения периодичности ТОиР для строительно-дорожных машин основана на том, что отказы носят случайный характер и подчиняются нормальному закону распределения, в то время как для мусоровозов ведущая функция потока отказов подчиняются экспоненциальному закону распределения.

2. Экспоненциальная модель используется в методике соотношения расходования ресурса работы двигателя в двух режимах при описании закономерности влияния интенсивности использования ресурсов для специальных машин. При этом методика не предполагает корректирования периодичности ТОиР, а направлена на приведение к единым единицам измерения ресурса двигателя, выражаемого в километрах транспортной работы и наработки в мото-часах на привод навесного оборудования.

3. В значительной степени разработаны методы управления периодичностью ТОиР для автомобильного транспорта, наиболее эффективным из них является экономико-вероятностный метод, который может быть применим к мусоровозам, но с учетом особенностей их конструкции и режимов эксплуатации требуется его адаптация.

4. С точки зрения надежности, мусоровоз рассмотрен как единая система без учета взаимного влияния отдельных узлов и интенсивности эксплуатации. Методика корректирования периодичности ТОиР разработана с применением детерминированных моделей, не учитывающих риски пропуска линейных отказов и перерасхода средств на предупреждение отказов.

Анализ состояния вопроса показал, что для повышения эффективности эксплуатации кузовных мусоровозов необходима оптимизация периодичности системы ТОиР на основе исследований рабочих процессов, фактических показателей надежности, технико-экономических параметров.

Мусоровоз представляет собой сложную систему, выполняющую заданные функции, которая может быть разделена на подсистемы. В общем случае структура мусоровоза состоит из двух подсистем (базовое шасси и навесное оборудование), каждая из которых имеет различное число элементов. Структурная схема безотказности мусоровоза в технологическом режиме (рис. 1), состоит из следующих элементов: 1 - двигатель, 2 - коробка перемены передач, 3 -коробка отбора мощности, 4 - гидросистема, 5 - металлоконструкция. Отказ одного из этих элементов приведет к отказу системы, а это значит, что элементы включены последовательно. Для пяти последовательно включенных элементов мусоровоза на основании данных о надежности установлено, что наработки на отказ для всех пяти элементов подчиняются экспоненциальному закону распределения, определен и вид функции закона распределения случайной величины

[7].

3 4 5

Рис. 1. Структурная схема безотказности мусоровоза

Для оценки взаимного влияния работы навесного оборудования и базового шасси используется показатель интенсивности эксплуатации С [4]. Для мусоровозов показатель С устанавливает соотношение времени работы навесного оборудования к времени пробега:

Т Т V

С _ н.о _ н° ср Тпр £

где Тно - время работы навесного оборудования, ч; Тдр - время пробега мусоровоза, ч; - средняя скорость движения, км/ч; £ - дальность пути следования от участка до полигона, км.

Для нормативных условий работы мусоровоза при одноэтапной системе сбора и вывоза твердых бытовых отходов (ТБО): средняя скорость движения 30 км/ч, дальность пути следования от участка до полигона не более 20 км, типовые нормы времени на погрузку ТБО - установлена зависимость изменения интенсивности работы навесного оборудования от режимов эксплуатации мусоровоза (рис. 2).

Ресурс мусоровоза как сложной системы ^МУС, состоящей из двух элементов: базовое шасси и навесное оборудование, формируется с учетом показателя интенсивности

Амус _ Аб.ш + Ан.о _ Аб.ш + Аб.ш С _ Аб.ш (1 + С) ,

где Ьбш - наработка на отказ базового шасси мусоровоза, км; Ьн о - наработка на отказ навесного оборудования мусоровоза, км.

1

2

С

13,5

9,5

5,5 -

1,5

4

Рис. 2 навесного 2 -

Зависимость изменения интенсивности работы оборудования от пробега: 1 - при Тно = 1,12 ч.; при Тно = 1,39 ч.; 3 - при Тно = 1,71 ч

При рассмотрении сложных технических систем, которой в конкретном случае является машина для сбора и вывоза ТБО, необходимо использовать методы моделирования [8]. Целью моделирования процесса эксплуатации мусоровоза является исследование влияния режимов (интенсивности работы) эксплуатации на критерий эффективности, по которому оценивают варианты стратегий технических воздействий, с учетом вероятностного характера функционирования системы и внешних воздействий.

Для возможности принятия оптимальной стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов разработан алгоритм (рис. 3), построенный на общих закономерностях процесса функционирования сложной технической системы.

БЛОК ВВОДА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ:

1 т-б.Ш т-б.Ш гН.О гН.О С рДОП <л Н.О ^ б.Ш ^ТО-2, LKP , LKP , LTO-2, ' rmm , к , л

t

2 БЛОК СЧЕТА ЦИКЛОВ: i = 1

3 ГЕНЕРИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ: Ь]

4 ВЫБОР МИНИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ т] БЕЗОТКАЗНОГО ПРОБЕГА: тт г

t

5 РАСЧЕТ ВЕРОЯТНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ ОТКАЗА:   »JLJ PS (L mini) = 1-e

^ТО-2 := L

L — L

10 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ЛИКВИДАЦИЮ АВАРИЙНОГО РЕМОНТА: &.

11 РАСЧЕТ СУММАРНЫХ ЗАТРАТ: X S1i = X S1i—1 +S1i

Переход к блоку 18

12 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ПЛАНОВОЕ ТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ:

i

13 РАСЧЕТ СУММАРНЫХ ЗАТРАТ: X S2i = X S2i—1 +S2i

i

14 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТО-2 : П ТО-2

Переход к блоку 16

Переход к блоку 29

Рис. 3. Блок-схема алгоритма принятия стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов

7

от блока 15

ГЕНЕРИРОВАНИЕ НОВОГО ПРОБЕГА: Lt+1

26 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ПЛАНОВОЕ ТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ: £4

27 РАСЧЕТ СУММАРНЫХ ЗАТРАТ: SS4i -SS4i-1 +S4i

28 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТО-2 : П ТО-2

РАСЧЕТ СУММАРНОГО 20 ПРОБЕГА:

25

БЛОК СЧЕТА ЦИКЛОВ: I:_ I +1_

Возврат к блоку 4

29

Переход к блоку 31

РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ЛИКВИДАЦИЮ

АВАРИЙНОГО РЕМОНТА: £

3i

Г 30

23 L mini

л

РАСЧЕТ СУММАРНЫХ ЗАТРАТ: 2S3i -2S3i-1 +S3i

Переход к блоку 18

БЛОК СЧЕТА ЦИКЛОВ:

Переход к блоку 18

34

БЛОК ВЫБОРА СТРАТЕГИИ ТОиР ПО МИНИМУМУ ЗАТРАТ

ПЕЧАТЬ LTO-2;Р/;S

КР

32 РАСЧЕТ ЗАТРАТ ПО СТРАТЕГИИ I: £1 _ £2 + £3

РАСЧЕТ ЗАТРАТ ПО СТРАТЕГИИ II:

33

SII -S1 + S3;

S'jj - S 2+S4;

SII - S1 + S4;

Рис. 3. Окончание

Рассматриваются две стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов: I - проведение ТОиР мусоровоза как единой системы; II - проведение ТОиР для отдельных элементов, базового шасси и навесного оборудования мусоровоза.

Исходными данными являются фактические показатели надежности, показатель интенсивности эксплуатации, нормативы периодичности ТОиР, минимально допустимый уровень вероятности наступления отказа.

Моделирование процесса эксплуатации мусоровозов базируется на основных законах теории вероятности и теории надежности.

Сложная техническая система - мусоровоз - рассматривается в трех состояниях: работоспособном, отказа (неработоспособном) и плановом техническом обслуживании. Переход из одного состояния в другое определяется параметрами надежности элементов системы и нормативами периодичности технических воздействий.

Если в начальный момент эксплуатации все элементы работоспособны, то момент перехода в состояние отказа определяется минимальной наработкой одного из элементов. При этом существует возможность проведения в данный момент планового технического обслуживания. Восстановление работоспособного состояния мусоровоза осуществляется путем проведения текущего ремонта, потребность в котором устанавливается при выполнении очередного ТО-2 и, при необходимости, одновременно с ним устраняется. То есть минимальная наработка сравнивается с нормативами ТО-2 по отказавшей части.

При дальнейшем моделировании и достижении определенного суммарного пробега возможны следующие состояния:

- одновременное проведение плановых технических обслуживаний по элементам системы;

- аварийный отказ всех элементов системы;

- аварийный отказ одного элемента и плановое ТО другого.

Расчет затрат на восстановление работоспособного состояния ведется по двум вариантам [9]:

- затраты при аварийном отказе с учетом риска перерасхода средств на плановое техническое обслуживание

S1,3 - Sp + Sn Rn

где - суммарные затраты на аварийный ремонт;

- суммарные затраты на предупредительный ремонт; Rп - риск перерасхода средств на предупреждение отказа,

Rп = 0 /(Т)Ж = Р(Тр),

тр

здесь /(Т) - плотность распределения наработок до

отказа с математическим ожиданием Тотк ; Тр -

наработка, на которой выполняется предупредительный ремонт; Р - вероятность безотказной работы мусоровоза;

- затраты на проведение планового технического обслуживания с учетом риска пропуска аварийного ремонта.

&2,4 = &п + &рRр ,

где Rp - риск пропуска линейного отказа,

RP = I / (Т = F ( ТР ) =1" Р (ТР ).

о

Далее для отказавшего элемента системы генери-

руется новое значение безотказного пробега. При этом, учитывая и суммарный пробег, производится сравнение с моментом наступления отказа другого элемента (т.е. сравнение с ранее сгенерированным безотказным пробегом).

Определяем элемент со следующим минимальным безотказным пробегом, и цикл повторяется.

Моделирование процесса продолжается до тех, пор пока суммарный пробег не достигнет нормативного ресурса до капитального ремонта по одному из элементов системы.

Выбор оптимальной стратегии ТОиР производится по минимуму затрат на поддержание и восстановление работоспособного состояния по одной из возможных стратегий.

Литература

1. Носенко А.С., Каргин Р.В., Косинова М.С. Исследования методов управления технической готовностью строительных, дорожных и коммунальных машин // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 2. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск, 2008. С. 298 - 302.

2. Каргин Р.В., Косинова М.С. Проблемы организации технического обслуживания и ремонта машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов // Исследования в области конструирования, рабочих процессов и эксплуатации технологических машин: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск, 2006. С. 99 - 104.

3. Рогожкин В.М., Гребенникова Н.Н. Эксплуатация машин в строительстве: учеб. пособие. М., 2005. 152 с.

4. Немков М.В. Корректирование нормативов ресурса двигателей специальных автомобилей в зависимости от режимов эксплуатации : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Тюмень, 2005.

5. Хасанов Р.Х. Основы технической эксплуатации автомобилей : учеб. пособие. Оренбург, 2003. 193 с.

6. Эксплуатация машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов: монография / А.С. Носенко [и др.]; под общ. ред. А.С. Носенко; ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». Шахты, 2009. 81 с.

7. Носенко А.С., Каргин Р.В., Косинова М.С. Структура надежности мусоровоза как сложной системы // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 2 / Шахтинский ин-т (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск, 2009. С. 335 - 341.

8. Надежность и эффективность в технике : справочник: в 10 т./ ред. совет: В.С. Авдуевский (пред.) [и др.] Т. 3: Эффективность технических систем / под общ. ред. В.Ф. Уткина, Ю.В. Крючкова. М., 1988. 328 с.

9. Логистика автомобильного транспорта: концепция, методы, модели / В.С. Лукинский [и др.]. М., 2000. 280 с.

Поступила в редакцию

23 июня 2010 г.

Носенко Алексей Станиславович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Каргин Роман Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Шемшура Елена Анатольевна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Алтунина Мария Сергеевна - аспирант, ассистент, кафедра «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Nosenko Aleksey Stanislavovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Service of transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Kargin Roman Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Service of Transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Shemshura Elena Anatolievna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Service of Transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru

Altunina Mariya Sergeevna - post-graduate student, assistant, department «Service of Transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: set@itsinpi.ru_