СПОСОБ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ АТТРАКЦИОНОВ
METHOD FOR EXTENDING THE OPERATING LIFE OF AMUSEMENT RIDES

1. Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к способу продления срока эксплуатации аттракционов, основанному на сочетании методов экспертных оценок, статистического метода анализа данных и физических методов неразрушающего контроля. Предлагаемое изобретение можно отнести к области техники машиностроение.
2. Уровень техники
Разработанные способы продления срока эксплуатации технических систем, не могут быть однозначно применены к объектам аттракционной техники. По результатам патентного поиска, способов продления срока эксплуатации аттракционов не найдено. Наиболее близкие решения приведены ниже.
В Техническом регламенте Евразийского экономического союза "О безопасности аттракционов" (TP ЕАЭС 038/2016), всего 33 листа, N144, дата публикации 23.12.2016, представлены требования к безопасности при эксплуатации аттракционов (раздел VIII), в котором имеются указания о выдаче заключения, содержащее условия и возможный срок продления эксплуатации аттракциона, на основании результатов обследования (п. 89) и указание о необходимом объеме проверок в рамках такого обследования (п. 85-87). Таким образом, TP ЕАЭС 038/2016 является документом указывающим на выполнение необходимых требований для обеспечения безопасности аттракционов и не является документом раскрывающим (описывающим) способ продления срока эксплуатации аттракциона.
В стандарте ГОСТ Р 56065-2014 «Безопасность аттракционов. Оценка технического состояния. Продление срока службы» изложены методы продления только срока службы аттракциона. Способа продления срока эксплуатации аттракционов, включающего оценку остаточного ресурса не представлено.
Имеется способ оценки остаточного ресурса конструкции аттракциона в условиях эксплуатации (патент №2681320), что является лишь составляющей частью при проведении процедуры продления срока эксплуатации технического изделия.
3. Сущность изобретения
Сущность способа продления срока эксплуатации аттракционов состоит в оценке наработки аттракциона, по данным ее учета эксплуатирующей организацией, а в случае отсутствия полных данных о наработке, с применением метода статистического анализа наработки за предыдущие временные интервалы, оценке срока службы, оценке технического состояния и остаточного ресурса, с применением неразрушающих методов контроля и принятия решения о продлении эксплуатации аттракциона методом экспертных оценок.
Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является возможность обоснованного продления эксплуатации аттракционов и повышение безопасности эксплуатации аттракционов, в том числе аттракционов с неучтенной ранее наработкой, за счет того, что при предлагаемом способе продления срока эксплуатации аттракционов применяются ключевые элементы процедуры продления эксплуатации технических изделий с учетом особенностей характерных для аттракционов, таких как: элемент «Оценка наработки», элемент «Оценка срока службы», элемент «Оценка технического состояния», элемент «Оценка остаточного ресурса».
Указанный результат достигается за счет того, что в способе продления эксплуатации аттракционов применяются статистические методы анализа для учета наработки аттракционов, физические методы неразрушающего контроля при оценке технического состояния, анализ усталостной прочности для оценки остаточного ресурса, методы экспертных оценок при выдаче заключения на продление эксплуатации.
4. Краткое описание чертежей
На фигуре изображена блок-схема продления срока эксплуатации аттракциона, применяемая при реализации изобретения. Каждый элемент блок-схемы имеет номер, который используется при обращении к блок-схеме в разделе осуществление изобретения.
5. Осуществление изобретения
Для осуществления изобретения потребуется последовательное выполнение совокупности следующих действий над аттракционом:
фактическая нара6отка
- Оценка наработки аттракциона Т [часов, циклов, др.];
срок службы
- Оценка срока службы аттракциона N [лет];
- Оценка технического состояния аттракциона;
остаточный ресурс
- Оценка остаточного ресурса аттракциона Г [часов, циклов, др.];
- Продление эксплуатации аттракциона.
5.1. Оценка наработки аттракциона
Оценка наработки аттракциона на момент проведения продления его эксплуатации проводится одним из следующих способов:
5.1.1. Прямой способ
Заключается в оценке фактической наработки аттракциона
фактическая наработка
Т [часов, циклов, др.], которая проводится по результатам учета
ежедневной наработки, проводимой эксплуатирующей организацией в соответствии с требованиями эксплуатационной документации.
5.1.2. Расчетный способ
В случае неполных данных о наработке аттракциона применяется расчетный способ определения недостающих данных о наработке, основанный на статистическом анализе имеющихся данных о годовых наработках за ограниченный период эксплуатации аттракциона с учетом предположения о нормальном распределении годовой наработки, который заключается в следующем:
фактическая наработка (имеющиеся данные за N лет)
расчетная наработка
ВАРИАНТ 1. В случае наличия данных о годовых наработках за ограниченный период эксплуатации аттракциона (N лет) проводится статистический анализ объема данных Т, на основании которого определяется расчетная наработка аттракциона за годы, по которым не велся учет наработки Т. Общая фактическая наработка определяется по формуле:
расчетная наработка
min
Для определения Т оценивается минимальный объем выборки n, необходимый для обеспечения надежной статистической оценки средней годовой наработки, который определяется по формуле:
где γ - коэффициент вариации определяемой характеристики (наработка);
а
Δ - максимальная относительная ошибка при оценке среднего значения, в долях среднего значения определяемой характеристики;
1-α/2.
2
α
z - квантиль уровня Р=1 - / нормированной нормально распределенной случайной величины;
α
2
а
р=1 - /. статистическая надежность, представляющая собой вероятность не превышения фактической ошибки при оценке среднего значения характеристики максимальной ошибки Δ; α - уровень значимости.
Значения характеристик, входящих в формулу (2), влияющих на надежность статистической оценки, выбираются в соответствии с исходными данными об учете наработки аттракциона.
min
После определения значения минимального объема выборки n проверяется условие на достаточность исходных данных, используя следующее неравенство:
В случае выполнения условия (3) проводится определение статистических оценок наработки аттракциона. При этом объем выборки n для определения статистических оценок наработки аттракциона может находиться в интервале
min
То есть быть больше или равен n и может быть принят равным N.
2
Значения статистических оценок наработки аттракциона - выборочные средние значения  (средняя годовая наработка) и выборочная дисперсия s вычисляются по формулам:
i
где T - значение годовой наработки за i-ый год; 1=1…n; n - объем выборки (например, количество лет (N) с имеющимися данными о годовой наработке аттракциона).
Выборочное среднеквадратическое отклонение s вычисляется в соответствии с соотношением:
Доверительные интервалы определяются в виде:
α,κ
где t - значение квантили статистики t (распределения Стьюдента) уровня р=1-α/2 для числа степеней свободы κ=n-1.
α - это оцениваемая средняя годовая наработка. Коэффициент вариации определялся по формуле:
В таблице учета наработки аттракциона по всем годам с отсутствующим учетом наработки вносятся полученное значение верхней границы доверительного интервала  для выбранного уровня значимости α. То есть
j
0
0
где T - годовая наработка аттракциона принятая по результатам статистической обработки; j=1…N; N - количество лет, за которые отсутствуют данные о наработке. Тогда расчетная наработка за отсутствующие годы
Оценка наработки аттракциона за весь период эксплуатации проводится по формуле (1).
ВАРИНТ 2. В случае полного отсутствия данных о годовых наработках аттракциона анализируются данные о наработках аттракциона аналогичного вида в том же месте эксплуатации (парк, населенный пункт, область, регион). Наиболее предпочтительная выборка - данные о наработках аттракциона аналогичного вида в том же парке. Тогда наработка аттракциона за весь период эксплуатации определяется как
расчетная наработка
где Т определяется по схеме, представленной в варианте 1, но со статистической обработкой данных о наработках аттракциона аналогичного вида.
5.2. Оценка срока службы аттракциона
Оценка срока службы аттракциона проводится путем проверки выполнения следующего условия:
срок службы
где N - отработанный срок службы аттракциона;
назначенный срок службы
N - назначенный срок службы аттракциона (устанавливается разработчиком)
При выполнении условия (13) делается вывод о том, что у аттракциона не истек срок службы.
5.3. Оценка технического состояния
Заключается в составлении матрицы технического состояния аттракциона на основании результатов оценки технического состояния конструкции в соответствии с действующими нормативными документами с применением неразрушающих методов контроля. Проводится определение следующих характеристик (показателей) аттракциона:
- Геометрические размеры конструкции;
- Трещины и деформации, износ, ослабление креплений, отсутствие деталей, коррозия металлоконструкций, гниение древесины, расслоение или разрыв армирующих волокон композитных материалов, ухудшение свойств тканевых мембран;
- Устройства фиксации пассажиров: возможность регулировки, наличие крепления, функционирование крепления;
- Разъемные соединения (болты, штифты): повреждения, износ;
- Сварные соединения: трещины;
- Тормозная система: величина замедления;
- Повреждения аттракциона при нагрузке [не более (75±5) кг на одно посадочное место];
- Трещины, остаточные деформации, отслаивания краски, повреждения, ослабления или повреждения соединений, влияющие на работу и безопасность аттракциона, выполнение своих функций узлами;
- Высота подъема;
- Скорость (время) подъема-опускания модулей;
- Скорость вращения;
- Скорость передвижения;
- Функционирование ограничительных, блокирующих, фиксирующих устройств;
- Дефекты сварных соединений;
- Линейные и угловые размеры объекта и отдельных элементов, отклонения формы и взаимного положения поверхностей деталей, изделий, конструкций;
- Величины ускорения и перегрузки.
i,j
Матрица технического состояния аттракциона M составляется следующим образом:
5.3.1. На основании нормативной документации составляется и нумеруется список элементов (зон, узлов, устройств и др.) аттракциона, подлежащих контролю при проведении оценки технического состояния. Это строки матрицы М (i=1…m, где m - количество контролируемых элементов (зон, узлов, устройств и др.) аттракциона).
5.3.2. Составляется и нумеруется перечень определяемых характеристик (показателей). Это столбцы матрицы М (j=1…k, где k - количество определяемых характеристик (показателей)).
5.3.3. С помощью неразрушающих методов контроля (визуально-измерительных, ультразвуковых, вихретоковых, капилярных средств измерений) определяются характеристики (показатели) для контролируемых элементов (зон, узлов, устройств и др.) аттракциона и проверяется их соответствие/несоответствие требованиям нормативной документации.
5.3.4. При соответствии определяемой характеристики (показателя) на контролируемом элементе (зоне, узле, устройстве и др.) аттракциона требованиям нормативной документации элементу матрицы присваивается значение «1». При несоответствии определяемой характеристики (показателя) на контролируемом элементе (зоне, узле, устройстве и др.) аттракциона требованиям нормативной документации элементу матрицы присваивается значение «0».
По результатам проведения оценки технического состояния элементы матрицы М принимают значения «1» или «0». Таким образом, техническое состояние аттракциона удовлетворяет требованиям нормативной документации при выполнении условия, что все элементы принимают значения «1», то есть:
где i=1…m, m - количество контролируемых элементов (зон, узлов, устройств и др.) аттракциона;
j=1…k, k - количество определяемых характеристик (показателей).
При оценке технического состояния дополнительно проводятся измерения размеров дефектов, на элементах конструкции определяющих ресурс аттракциона с применением неразрушающих методов контроля, составлении перечня поврежденных элементов конструкции аттракциона и фиксации сведений о повреждениях в таблице измерений повреждений.
5.4. Оценка остаточного ресурса аттракциона
i,j
Заключается в составлении матрицы остаточного ресурса аттракциона 0 на основании оценки ресурсного состояния конструкции аттракциона, по результатам анализа учета фактической наработки с учетом технического состояния аттракциона.
Остаточный ресурс аттракциона это характеристика, для определения которой требуется выполнение следующих процедур (с применением расчетов) в следующей последовательности:
5.4.1. Анализ конструкции аттракциона на воздействие переменных нагрузок и составление перечня элементов, определяющих ресурс аттракциона (критичных по условию усталости). Это строки матрицы  (i=1…m, где m - количество контролируемых элементов, критичных по условию усталости).
5.4.2. По результатам оценки технического состояния анализ элементов конструкции, определяющих ресурс аттракциона, на наличие повреждений. Это столбцы матрицы  (j=1…k, где k - количество рассматриваемых видов повреждения). При этом в качестве примера могут рассматриваться следующие виды повреждения:
j=1 - Коррозионное повреждение (Коррозия);
j=2 - Износ;
j=3 - Механическое повреждение;
j=4 - Усталостное повреждение (трещина);
j=5 - Другое повреждение, не относящееся к типовым;
соответственно при выбранных видах повреждения k=5.
5.4.3. Установление допустимости изменения усталостной прочности элементов конструкции, определяющих ресурс аттракциона (критичных по условию усталости), с повреждением и заполнение элементов матрицы остаточного ресурса аттракциона
Заключается в вычислении усталостной прочности конструкции на основании результатов измерений для каждого элемента конструкции аттракциона с обнаруженным повреждением, с определением максимальных напряжений, возникающих от воздействия расчетных эксплуатационных нагрузок с учетом влияния повреждения по следующей схеме:
max
а) определение максимальных напряжений σ от воздействия расчетных эксплуатационных нагрузок;
б) оценка полученного значения максимальных напряжений по условию
0
где R - расчетный предел выносливости для материала, из которого изготовлен конструктивный элемент.
Выполнение условия (15) является критерием допустимости повреждения.
в) оценка выполнения/невыполнения критерия допустимости выявленного повреждения (условие (15)).
При выполнении критерия допустимости выявленного повреждения на контролируемом элементе аттракциона элементу матрицы  присваивается значение «0». Элемент с повреждением соответствует требованиям нормативной документации. При не выполнении критерия допустимости выявленного повреждения на контролируемом элементе аттракциона элементу матрицы  присваивается значение «1». Элемент с повреждением не соответствует требованиям нормативной документации.
г) вывод о допустимости повреждения.
По результатам проведения оценки ресурсного состояния конструкции аттракциона элементы матрицы  принимают значения «1» или «0». Таким образом, ресурсное состояние конструкции аттракциона удовлетворяет требованиям нормативной документации при выполнении условия, что все элементы принимают значения «0», то есть:
где i=1…m, где m - количество контролируемых элементов, критичных по условию усталости;
j=1…k, где k - количество рассматриваемых видов повреждения.
Если повреждения допустимы, проводится определение остаточного ресурса аттракциона (пункт 5.4.4).
5.4.4. Определение остаточного ресурса аттракциона
остаточный ресурс
Остаточный ресурс конструкции аттракциона (Т) определяется по формуле:
фактическая наработка
где Т - фактическая наработка аттракциона, определенная согласно действию 5.1 (Оценка наработки аттракциона);
назначенный ресурс
Т - назначенный ресурс, установленный в эксплуатационной документации на аттракцион.
В случае отсутствия в эксплуатационной документации на аттракцион данных о назначенном ресурсе проводится его расчетная оценка по формуле:
срок службы
где h - количество часов работы аттракциона в день (принимается равным h=7 часов); d - количество дней работы аттракциона в год (принимается равным d=365 дней); N - срок службы аттракциона.
При выполнении условия:
остаточный ресурс
Делается вывод о том, что с учетом воздействия эксплуатационных факторов, на основании результатов действия 5.3 (оценка технического состояния) конструкция аттракциона имеет остаточный ресурс равный Т.
5.5. Продление эксплуатации
Продление эксплуатации проводится специалистом в области оценки прочности технических систем методом экспертной оценки по блок-схеме, представленной на фигуре, на основании выполнения следующих трех критериев:
1) Критерий срока службы заключается в выполнении одного из условий:
- срок службы аттракциона не истек (13);
- срок службы продлен.
2) Критерий технического состояния заключается в выполнении условия:
- техническое состояние аттракциона соответствует требованиям нормативной документации (14).
3) Критерий остаточного ресурса требует выполнение следующих двух условий:
- конструкция не имеет недопустимых повреждений элементов критических по условию усталости (15), (16);
- имеется остаток ресурса (19).
В соответствии с блок-схемой проводятся следующие действия над аттракционом:
i,j
i,j
i,j
Продление срока эксплуатации аттракциона (позиция 1) начинается с оценки наработки аттракциона (позиция 2), заключающаяся в экспертной проверке условия «Имеется ли полный учет наработки?» (позиция 3). Если имеется полный учет наработки, то определяется фактическая наработка аттракциона и проводится оценка срока службы аттракциона (позиция 5). Если «полный учет наработки» отсутствует, то проводится расчетная оценка фактической наработки аттракциона (позиция 4) в соответствии с пунктом (5.1.2) с переходом к позиции 5. Оценка срока службы аттракциона (позиция 5) заключается в экспертной проверке условия «Окончен ли назначенный срок службы аттракциона?» (позиция 6). Если назначенный срок службы аттракциона не окончен, проводится оценка технического состояния (позиция 8). Если срок службы окончен, то дополнительно проводится продление срока службы (позиция 7), заключающееся в проведении оценки технического состояния (позиция 8), с дополнительной проверкой возможности продления срока службы. Оценка технического состояния заключается в экспертной проверке выполнения условия M=1 «Соответствует ли техническое состояние аттракциона требованиям нормативной документации?» (позиция 9). Если условие выполняется, то проводится оценка остаточного ресурса (позиция 12). Если условие не выполняется, то проводится процесс восстановления технического состояния аттракциона требованиям нормативной документации (позиция 10), заключающийся в выполнении ремонтных работ и повторной проверке условия M=1 (позиция 11). Если техническое состояние аттракциона восстановлено, то проводится оценка остаточного ресурса (позиция 12). Если техническое состояние аттракциона не восстановлено, то выдается отказ в продлении эксплуатации аттракциона (позиция 21). Оценка остаточного ресурса заключается в экспертной проверке выполнения условия 0=0 «Элемент с повреждением удовлетворяет критерию допустимости по условию усталостной прочности (условие (15))?» (позиция 13). Если условие (позиция 13) выполняется, то проверяется условие наличия остаточного ресурса (позиция 16).
i,j
Если условие (позиция 13) не выполняется, то проводится процесс восстановления технического состояния аттракциона требованиям нормативной документации (позиция 14), заключающийся в выполнении ремонтных работ и повторной проверке условия 0=0 (позиция 15). Если техническое состояние аттракциона восстановлено, то проверяется условие наличия остаточного ресурса (позиция 16). Если техническое состояние аттракциона не восстановлено, то выдается отказ в продлении эксплуатации аттракциона (позиция 21). Если условие наличия остаточного ресурса (позиция 16) выполняется, то проводится продление эксплуатации аттракциона (позиция 19), заключающееся в выдаче положительного заключения о продлении эксплуатации аттракциона (позиция 20) в пределах назначенного срока службы, либо продленного срока службы и в пределах остаточного ресурса. Если условие наличия остаточного ресурса (позиция 16) не выполняется, то проводится процесс увеличения наработки сверх назначенного ресурса аттракциона (позиция 17) и повторная проверка условия наличия остаточного ресурса (позиция 18). Если увеличение наработки сверх назначенного ресурса для аттракциона невозможно, то выдается отказ в продлении эксплуатации аттракциона (позиция 21). Если увеличение наработки сверх назначенного ресурса для аттракциона возможно, то проводится продление эксплуатации аттракциона (позиция 19), заключающееся в выдаче положительного заключения о продлении срока эксплуатации аттракциона (позиция 20) в пределах назначенного срока службы, либо продленного срока службы и в пределах остаточного ресурса.