Прогнозирование и систематизация отказов прицепных звеньев магистральных автопоездов в горных условиях
На правах рукописи
Магомедов Варис Камалудинович ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ОТКАЗОВ ПРИЦЕПНЫХ ЗВЕНЬЕВ МАГИСТРАЛЬНЫХ АВТОПОЕЗДОВ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград – 2012
Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» Махачкалинского филиала Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Научный руководитель доктор технических наук, профессор Волков Владимир Сергеевич.
Официальные оппоненты: Тескер Ефим Иосифович доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры «Автомобиле- и тракторостроение»;
Жидков Георгий Иванович, кандидат технических наук, доцент, Волгоградская государственная аграрная сельскохозяйственная академия, доцент кафедры «Ремонт машин».
Ведущая организация Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
Защита состоится 27 апреля 2012 г. в 1000 часов на заседании диссертаци онного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект Ленина, 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского госу дарственного технического университета.
Автореферат разослан 23 марта 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин Виктор Александрович.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Эксплуатация подвижного состава автомобильного транспорта в горных условиях республики Дагестан характеризуется жестко стью дорожных условий, а также недостаточностью развития базы обслужива ния и ремонта, результатом чего можно наблюдать значительный поток мало предсказуемых отказов и случаев неработоспособного состояния техники, на много больший, чем при эксплуатации аналогичного автомобильного подвиж ного состава в условиях равнинной дорожной сети. Это вынуждает рассматри вать парк автопоездов, работающих в горных условиях в виде отдельной тех нической группы, осуществляющей транспортную работу в специфических экс плуатационных условиях, для которой вопросы повышения надёжности приоб ретают особый смысл. Жёсткость условий эксплуатации обостряет проблему поэлементной неравнонадежности, при которой поломки некоторых ослаблен ных составных частей увеличивают параметр потока отказов транспортного средства, что приводит к дополнительным потерям времени и средств на ре монтно-восстановительные работы и снижению производительности.
В настоящее время у перевозчиков, эксплуатирующих транспорт в горной местности, отсутствуют нормативные документы, ориентирующие технические службы в потребности в запасных частях на основе прогноза этой потребности в зависимости от пробега автопоездов и планировании работ по устранению возникающих отказов. Это вызывает необходимость разработки системы про гнозирования и систематизации отказов, при котором возможно назначение це ленаправленных действий для повышения эффекта от ремонтных работ и более чёткого планирования потребности в материалах и запасных частях.
Повышение надёжности автомобильного подвижного состава представ ляет собой значительную проблему, от решения которой зависят многие вопро сы, затрагивающие производительность и сроки службы транспортных единиц, затраты на поддержание их работоспособности, потребность в запасных частях.
Это в конечном итоге определяет уровень и стоимость транспортных услуг.
Наиболее эффективное решение данной проблемы может быть достигнуто в рамках системы управления надёжностью, обеспечивающей систематизацию показателей безотказности составных частей полуприцепов при их эксплуата ции.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка мето дики прогнозирования и систематизации отказов полуприцепов магистральных автопоездов в горных условиях, позволяющей на основе данных эксплуатации полуприцепов прогнозировать наступление конкретного вида отказа и, в зави симости от пробега, назначать целенаправленные действия по проведению профилактических и ремонтно-восстановительных работ.
Данная цель предопределила решение следующих задач:
– систематизация отказов и повреждений полуприцепов, работающих в горных условиях;
– определение математических закономерностей отказов деталей и узлов полуприцепов, воспринимающих конкретные виды нагружения (в горных усло виях);
– разработка вероятностных моделей отказов полуприцепов в зависимо сти от их пробега в конкретных условиях эксплуатации;
– прогнозирование потребности в запасных частях полуприцепов;
– разработка методики прогнозирования предельного состояния полупри цепа по экономическим показателям и условиям безопасности.
Научная новизна. При проведении настоящей работы были достигнуты следующие элементы научной новизны.
1. Составлен перечень критериев отказов и предельных состояний со ставных частей и полуприцепов в целом, характерный для рассматриваемых условий эксплуатации.
2. Разработан метод расчёта наработок до отказа и на отказ полуприце пов, позволяющий корректировать интервалы пробега для проведения сервис ных работ.
3. Определены законы изменения случайных величин отказов деталей и узлов полуприцепов, подвергающихся определенным видам нагрузок, необхо димые для разработки требуемой расчётной модели.
4. Определены зависимости средних наработок на отказ от пробега в конкретных условиях эксплуатации, позволяющие осуществлять прогнозирова ние потребности в запасных частях в эксплуатации.
5. Определены значения показателей долговечности полуприцепов, по зволяющие прогнозировать наступление их предельного состояния по эконо мическим условиям целесообразности эксплуатации.
Объекты и особенности исследования. В качестве объектов исследова ния рассматривались серийные изделия специализированных автопоездов на базе тяговых звеньев в виде автомобилей ЗиЛ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ и изделий прицепного подвижного состава типа ОдАЗ моделей 885 и 9357 и КЗАП моде лей 9370 и 9385 с оснащением элементами специализации для конкретных ви дов перевозок. Сведения о наработках подконтрольных единиц транспортной техники, а также показатели эффективности их эксплуатации принимались по путевым листам и отчетной документации предприятий.
Положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
1. Перечень критериев отказов и предельных состояний объектов иссле дования, характерный для эксплуатации в условиях горных дорог.
2. Метод расчёта наработок до отказа и на отказ, позволяющий осущест влять коррекцию интервалов пробега для проведения работ по восстановлению работоспособности полуприцепов.
3. Законы изменения случайных величин потока отказов деталей полу прицепа, воспринимающих конкретные виды нагрузок, вызывающие необхо димость использования конкретной расчётной модели.
4. Значения средних наработок до отказа и зависимости средних нарабо ток на отказ составных частей полуприцепа от пробега, позволяющие осущест влять прогноз потребности в запасных частях.
5. Система расчёта предельных наработок полуприцепов до капитально го ремонта или до списания по целесообразности продолжения эксплуатации в рассматриваемых условиях.
Обоснованность результатов исследований. Достоверность и обосно ванность результатов работы подтверждается применением научно обоснован ных методов построения расчётной схемы надёжности сложных механических систем, фундаментальных методов математической статистики, результатами экспериментальных исследований в условиях эксплуатации, а также положи тельным опытом внедрения результатов работы в практическую деятельность эксплуатационных предприятий.
Практическая ценность. Разработанная методика прогнозирования и систематизации отказов позволяет на основе данных эксплуатации полуприце пов прогнозировать наступление конкретного вида отказа и, в зависимости от пробега, назначать целенаправленные действия по своевременному приобрете нию запасных частей и планированию ремонтно-восстановительных работ.
Принятие таких мер обеспечит снижение затрат на ремонт и повышение эффек тивности транспортной работы автопоездов. Выполненные разработки позво ляют решать задачи по коррекции технических условий эксплуатации и плани рованию закупок запасных частей. Расчет прогнозных оценок долговечности полуприцепов позволяет определять чёткую границу их предельной наработки по условиям целесообразности эксплуатации. Предлагаемые методики могут быть использованы при дальнейших исследованиях для теоретических обобще ний и разработки новых методов расчётов в данной области, а также на этапах создания новой техники.
Практическая реализация работы. Основные результаты работы вне дрены в автоколоннах 1209 и 1736 г. Махачкалы, в автоколонне 1735 г. Дербен та, а также в учебный процесс на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» Махачкалинского филиала ГТУ МАДИ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и получили одобрение на международной научно-технической конференции «Наука и образование на службе лесного комплекса» (Воронеж, 2005), на международной научно-технической конференции «Актуальные про блемы современного строительства: Фундаментальные и прикладные исследо вания в области технических наук» (Пенза: ПГУАС, 2007 и 2011), на междуна родной научно-технической конференции «Автомобильный транспорт в 21 ве ке» (Нижний Новгород, 2008) а также на ежегодных конференциях профессор ско-преподавательского состава Махачкалинского филиала ГТУ МАДИ.
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано печатных работ, в том числе 2 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, основных выводов, списка использованных источников, приложения и изложена на 175 страницах, включая 166 страниц основного текста, 5 таблиц, 14 иллюстраций, 158 наименований библиографического списка, приложение, а также 4 акта и 3 справки о внедрении результатов работы.
Содержание работы Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована её ак туальность и научная новизна. Сформулированы направления исследований и основные положения предмета защиты.
В первой главе рассмотрено состояние проблемы обеспечения надёжно сти полуприцепов с возможностью её прогнозирования, дана оценка состояния вопроса применительно к горным условиям, обоснована необходимость систе матизации и прогнозирования отказов полуприцепов магистральных автопоез дов, работающих в условиях горных дорог.
Вопросы теории надежности механических транспортных систем широко освещены в работах многих отечественных и зарубежных авторов, среди кото рых наиболее известны труды А.Н. Островцева, Т. Андерсена, И.И. Базовского, А.М. Шейнина, Н. Дрейпера и многих других. В данных работах содержится много ценных сведений прикладного значения, однако вопросам систематиза ции и прогнозирования отказов полуприцепов магистральных автопоездов, ра ботающих в условиях горных дорог, не уделено внимание.
Специфика дорожных условий транспортной системы горных дорог рес публики Дагестан определяет проблему систематизации и прогнозирования от казов транспортных машин и, прежде всего, прицепных звеньев, которые более восприимчивы к повышению жёсткости условий эксплуатации, чем тягачи.
Особенность горных условий эксплуатации вызывает большую частоту отка зов, следствием чего являются большие потери времени и средств на ремонтно восстановительные работы. При этом обнаруживается, что величины наработок до отказа составных частей полуприцепов существенно отличаются, и между ними отсутствует какое-либо согласование, в то время как при эксплуатации аналогичных конструкций в условиях равнинной дорожной сети наблюдается некоторая повторяемость в величинах таких наработок. В результате возрастает рассогласование между потоками отказов и плановыми ремонтами, что увели чивает затраты на эксплуатацию и стоимость транспортных работ. Указанное обстоятельство свидетельствует о необходимости проведения комплексных ис следований основных показателей надёжности полуприцепов автопоездов, ра ботающих в условиях горных дорог, с целью упорядочения потока отказов и возможности прогнозирования наступления отказа.
В работах многих авторов расчёт наработок до отказа и на отказ прово дится для изделия в целом без учёта законов распределения случайных вели чин, характеризующих отказы отдельных элементов, либо, в некоторых случа ях, на уровнях узлов или агрегатов с использованием расчётной модели закона Гаусса. Такой подход к решению задачи приводит к снижению точности расчё тов и искажению достоверности получаемых результатов. Для устранения дан ного недостатка необходимо рассмотрение отказов отдельно на уровнях дета лей, узлов и агрегатов, на основе чего можно осуществлять расчет безотказно сти для изделия, в данном случае – для полуприцепа в целом. Такой подход рассматривается в качестве необходимого условия, поскольку каждая деталь полуприцепа воспринимает конкретные виды нагрузок, и ее наработка до отка за подчиняется определенному закону распределения случайной величины.
Во второй главе приведен анализ видов, последствий и критичности от казов полуприцепов, выполненный с целью дальнейшей выработки управляю щих решений, направленных на совершенствование правил эксплуатации, сис темы технического обслуживания и ремонта полуприцепов и обеспечивающих предупреждение возникновения их отказов, достижение требуемых характери стик безопасности, эффективности и надежности.
В процессе анализа видов, последствий и критичности отказов решены следующие задачи:
– выявлены возможные виды отказов составных частей и полуприцепа в целом, изучены их причины, механизмы и условия возникновения и развития;
– определены возможные неблагоприятные последствия возникновения выявленных отказов, проведены качественный анализ тяжести последствий от казов и оценка их критичности;
– составлен перечень критичных элементов;
– обоснована необходимость введения дополнительных средств и мето дов контроля и диагностирования технического состояния полуприцепов.
На основании проведенных исследований были выявлены наименее на дёжные составные части полуприцепов. Установлено, что для большинства ви дов отказов полуприцепов ОдАЗ, КЗАП и ГКБ характерно наступление предот казного состояния из-за постепенно развивающихся вследствие жёсткости гор ных условий эксплуатации усталостных трещин в балках несущих элементов и в зонах сварных швов, прежде всего крепления боковой обвязки рамы, а также в элементах поддержки и фиксации груза. На рис. 1 приведены значения сред ней наработки до отказа элементов полуприцепа ОдАЗ-9357 при эксплуатации в горных условиях, свидетельствующие о том, что наименее надежными эле ментами являются борта и элементы их фиксации, рама с настилом пола, опор ный лист со шкворнем в сборе, а также тормозные механизмы полуприцепа с пневмоприводом.
В качестве фактора, характеризующего различия в наработке на отказ уз лов, агрегатов и полуприцепа в целом, предложен коэффициент неравнонадеж ности изделия, представляющий собой отношение максимальной средней нара ботки до отказа составной части L0 max к минимальной средней наработке до от каза L0 min, соответствующей составной части полуприцепа, К нн = L0 max L0 min. (1) Для рассмотренного на рис. 1 случая Lо max = 345000 км, Lо min = 12700 км, следовательно, Кнн = 345000/12700 = 27,16, что свидетельствует о необходимо сти проведения работ по восстановлению работоспособности наименее надеж ного узла изделия в 27,16 раз чаще, чем наиболее надежного узла.
L0, 331, тыс.км.
241, 250 219, 203, 82,6 82, 61, 61, полуприцеп 12,7 в целом 6, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 элементы Рис. 1. Значения средней наработки до отказа элементов полуприцепа ОдАЗ-9357 на пробеге 350000 км: 1 – борта и элементы их фиксации;
2 – рама с настилом пола;
3 – подвеска;
4 – опорные устройства;
5 – опорный лист со шкворнем в сборе;
6 – балка оси;
7 – колеса с тормозными устройствами;
8 – пневмопривод тормозов;
9 – электро оборудование;
10 – держатель запасного колеса Для определения показателей безотказности полуприцепа необходимо за даться критериями отказов. В качестве примера в таблице 1 приведены пред ложенные критерии отказов для полуприцепов КЗАП-9370.
Для определения показателей долговечности полуприцепа необходимо задаться критериями предельного состояния. В таблице 2 приведены предло женные критерии предельного состояния полуприцепов КЗАП-9370.
Проведенный анализ возможных неблагоприятных последствий возник новения выявленных отказов показал, что к IV категории тяжести последствий относятся отказы элементов 7 и 8 (рис. 1), которые быстро и с высокой вероят ностью могут повлечь за собой значительный ущерб для самого объекта и ок ружающей среды, гибель или тяжелые травмы людей, срыв выполнения по ставленной задачи. К III категории тяжести последствий относятся отказы эле ментов 1 – 6, которые быстро и с высокой вероятностью могут повлечь за собой значительный ущерб для самого объекта и для окружающей среды, срыв вы полняемой задачи, но создают пренебрежимо малую угрозу жизни и здоровью людей. Ко II категории тяжести последствий относятся отказы элементов 9 и 10, которые могут повлечь задержку выполнения задачи, снижение готовности и эффективности объекта, но не представляют опасности для окружающей сре ды, самого объекта и здоровья людей.
Анализ матрицы "Вероятность отказа – тяжесть последствий" позволил отнести отказы элементов 1, 2, 5, 7 и 8 к рангу А – частые отказы категорий IV и III, для которых обязателен углубленный количественный анализ критично сти. Отказы элементов 3 и 4 относятся к рангу В – возможные отказы категории III, отказ элемента 6 относится также к рангу В как редкий отказ категории III, а отказ элементов 9 и 10 – к рангу С – редкие отказы категории II.
Таблица Критерии отказов полуприцепа КЗАП- № Наименование Критерии (отличительные признаки) отказов составной части 1 Борта и элементы - разрушение двух петель;
их фиксации - разрушение запорного устройства;
- усталостные трещины шириной более 2 мм в обвязке борта 2 Рама с настилом - трещины шириной более 1 мм в лонжеронах;
пола - трещины шириной более 1 мм в 25 % сварных соединений центральных поперечин с лонжеронами;
- трещины шириной более 1 мм в 35 % сварных соединений крайних поперечин с лонжеронами 3 Опорный лист - прогиб опорного листа более 10 мм;
со шкворнем - трещины шириной более 2,0 мм в опорном листе;
- износ шейки шкворня по диаметру более 2,5 мм 4 Опорные - срез направляющего болта;
устройства - обрыв опорной площадки;
- затрудненное вращение рукоятки подъемного механизма 5 Подвеска - поломка листа основной или дополнительной рессоры 6 Балка оси - трещины более 0,5 мм в балке оси;
- смятие резьбы элементов крепления подшипников ступицы 7 Тормозные - трещины шириной более 1 мм в тормозном барабане;
устройства - износ тормозного барабана по диаметру более 7 мм.
- эллипс рабочей поверхности тормозного барабана более 4 мм 8 Пневмопривод - падение давления воздуха в системе более 0,05 МПа за 15 ми тормозов нут;
- разрыв мембраны тормозной камеры 9 Держатель - трещины шириной более 1 мм в кронштейне держателя запас запасного колеса ного колеса;
- отрыв шпильки от опорной плиты держателя 10 Электрооборудо- - замыкание центрального пучка проводов на массу;
вание - замыкание периферийных проводов на массу;
- обрыв проводов Таблица Критерии предельного состояния полуприцепов КЗАП- № Наименование Критерий (отличительный признак) предельного состояния составной части 1 Рама с настилом 1.1. Наличие трех и более заваренных поперечных трещин разме пола ром более 40 % высоты лонжерона.
1.2. Невосстанавливаемые деформации и разрушения (коробление, прогиб, изломы, усталостные трещины), требующие замены более пяти центральных поперечин.
2 Полуприцеп 2.1. Предельное состояние рамы по двум и более признакам.
в сборе 2.2. Вторичное достижение предельного состояния для капиталь ного ремонта.
В третьей главе рассмотрена задача определения законов распределения наработок до отказа, на отказ и ресурса составных частей системы: деталей, уз лов, агрегатов, полуприцепа в целом.
Установлено, что распределение отказов полуприцепов, связанных с раз рушениями сварных соединений и деформациями элементов, происходит по закону Вейбулла, а связанных с износом рабочих поверхностей – по нормаль ному закону.
В результате статистической обработки выборок данных по каждому ви ду отказа или предельного состояния определены: средняя наработка до отказа или средний ресурс, вид распределения и его параметры.
Схема надежности полуприцепа была представлена в виде цепи с после довательным соединением составных частей (отказ каждого элемента приводит к отказу системы в целом). Вероятность его безотказной работы Ри(l) определя ется в виде функции наработки l, рассчитываемой по теореме умножения веро ятностей n Р и (l ) = P j (l ), (1) j = где Pj(l) – вероятность безотказной наработки j-го узла в функции наработки.
Поскольку отказы узлов в составе изделия взаимно независимы и случай ны по времени, то аналогично вероятность безотказной работы j-го узла m P j ( l ) = Pi ( l ), (2) i = где Pi(l) – вероятность безотказной работы i-ой детали j-го узла в функции на работки l.
Использовался рекомендуемый ГОСТ 20237-85 метод определения пока зателей безотказности (средних наработок до отказа и на отказ, вероятности безотказной работы, параметров закона распределения и т.д.), который уста навливает последовательность расчета для отказа каждого элемента, затем каж дого узла и объекта в целом.
При статистической обработке данных использовалась методика РТМ 37.031.006-74, предусматривающая возможность расчёта как по данным об из делиях, достигших предельных состояний (отказавших), так и по данным об изделиях, испытания которых приостановлены по причине окончания установ ленного срока испытаний (приостановленных изделиях). Для изделий, совер шающих транспортную работу, согласно рекомендациям методики, принима лась величина интервала вариационного ряда l = 10000 км.
Накопленная частота отказов mni, отнесенная к верхней границе интерва ла наработки, определялась по выражению mn i = mn ( i 1) + i ni, (3) где mn(i-1) – накопленная частота, отнесенная к верхней границе предшествую щего интервала;
ni – число отказавших изделий в интервале;
i – вес отказа.
Если в данном интервале наработки не было приостановленных изделий, n mn i = ni.
то (4) i = Для негруппированного в интервалы вариационного ряда накопленная частота mi определялась соответственно каждому значению наработки li:
mi = mi-1 + i. (5) При этом вес отказа в интервале N + 1 mn ( i 1) i = ;
(6) N + 1 Ki i где K i = (n j + q j );
qj – число приостановленных изделий в интервале.
j = Как видно из формулы, изменение веса отказа i происходит в тех интер валах, которым предшествуют интервалы с приостановленными изделиями.
При этом если вариационный ряд начинается с отказавшего изделия, то вес от каза i будет равен единице до момента приостановки наблюдений.
Вероятности отказов Fi (накопленные частости), соответствующие вели чинам наработки li, определялись по формуле m Fi = ni. (7) N + По полученным значениям Fi и ti на вероятностной бумаге были построе ны линии распределения отказов, посредством которых были подтверждены принятые законы распределения Гаусса (нормальный) и Вейбулла, которые в дальнейшем были использованы для планирования работ по проведению тех нического обслуживания и ремонтных воздействий.
Расчет законов распределения наработок до отказа проводился путем по строения вариационного ряда, определяемого следующими показателями: lmax – максимальная наработка (до отказа или приостановленная), км;
lmin – мини мальная наработка (до отказа или приостановленная), км;
l – величина интер вала вариационного ряда, км;
k – число интервалов;
Xi – верхняя граница i-го интервала, i – порядковый номер интервала;
ni – количество изделий с данным отказом, вошедшим в i-ый интервал;
qj – количество изделий с приостановлен ной наработкой, вошедших в i-ый интервал.
По указанным данным определялась функция распределения F(x) по при веденной выше методике. Полученные пары значений (Xi;
Fi) позволяют по строить статистическую функцию распределения отказов и определить закон распределения.
Точечные оценки параметров закона распределения определяются на ос нове параметров прямой, построенной на вероятностной бумаге с использова нием метода наименьших квадратов. Параметры уравнения прямой, аппрокси мирующей данное распределение на вероятностной бумаге, определяются из зависимости Y = a0 ( x a ), (8) где Y( j ) ni Yoi ni n ni a1 = ni X i a0 = ;
;
ni a X oi n i ni 1 E( j ) ni ;
Y0i = Y( j ) Y( j ) ni, X 0 i = E( j ) (9) ni ni E(j) – логарифм экспериментальной вероятности наработки изделия;
Y(j) – координата экспериментальной точки, равная квантилю нормиро ванного распределения, определяемая по формуле Y( j ) = ln ln. (10) 1 Fi В результате анализа результатов расчета безотказности полуприцепов установлено, что все отказы рассматриваемого перечня являются независимы ми. Поэтому отказ одного элемента приводит к отказу полуприцепа в целом. В связи с этим поток отказов полуприцепа является суммой потоков отказов его элементов, и расчетная схема его безотказности может быть представлена в ви де n последовательно соединенных составных частей.
Исходным статистическим материалом служат наработки подконтроль ных объектов на отказ, которые после первичной обработки эксплуатационных данных – приведения наработок к требуемой категории эксплуатации – заноси лись в накопительную ведомость раздельно по каждому виду отказа. Оценка средней наработки до отказа N no 1 n li + Lср = lп (11) n o i =1 no где no – число отказавших элементов из подконтрольной партии N элементов;
li и lп – соответственно наработки элементов на отказ и приостановок.
При незавершенных испытаниях при появлении приостановленного изде лия определялась величина приращения частоты отказа k в k-ом интервале ва риационного ряда по выражению k (no N +1 + nk ) k =, (12) k (no N +1 + nп ) где no – число отказавших изделий;
nп – число приостановленных изделий;
k ( n o + n k ) – накопленная частота от nk – частота отказов в k-ом интервале;
казов до рассматриваемого k-го интервала.
Наработка на отказ L0 определялась не в зависимости от случайной вели чины наработки до первого отказа, а на фиксированном интервале наработки, кратном интервалу l = 50 тыс. км. В рассматриваемом случае целесообразно принять l = 100;
150;
200;
250;
300;
350 тыс. км. Тогда средняя наработка на отказ отдельного элемента конструктивной схемы полуприцепа (детали, узла, агрегата и изделия в целом) будет равна l L0 =, (13) H (l ) где l – наработка восстанавливаемого изделия, в течение которой определяется средняя наработка на отказ, км;
H(l) – математическое ожидание числа отказов за рассматриваемую нара ботку.
l H (l ) = Fi (l ) + H (l x ) dFi ( x) или H (l ) = Fl (l ), (14) t = где Fl(l) – функция распределения наработки до t-го отказа, определяемая из соотношения t Ft (l ) = Ft 1 (l x )dF ( x ), (15) в котором F(l) = Ft(l) есть функция распределения до первого отказа, при этом t изменяется от 2 до ;
f(x) – дифференциальная функция распределения, dF(x) = f(x)dx. (16) Общая формула приближенного определения Ft(l) для любого l может быть представлена в виде Ft(l) = x·[0.5Ft-1(l – x0)·f(x0) + Ft-1(l – xn)·f(xn) + Ft-1(l – x1)·f(x1) + + Ft-1(l – x2)·f(x2) + … + Ft-1(l – xn-1)·f(xn-1)], (17) где n – число интервалов, на которые разбивается весь диапазон интегрирова ния от x0 до xn;
x – фиксированная величина одного интервала, принятая в данных расчетах равной 10000 км;
x0 и xn – соответственно начальная и конеч ная точки диапазона интегрирования, l x0 = 0;
xn = xn;
n =. (18) x Установлено, что с увеличением пробега l у всех видов подконтрольных полуприцепов происходит снижение средней наработки на отказ. При этом наи большая величина этой наработки на всех интервалах пробега характерна для полуприцепа ГКБ-9383, а наименьшая величина этого показателя наблюдается у полуприцепа ОдАЗ-9357, что может рассматриваться как слабая его приспо собленность для эксплуатации в горных условиях.
В четвертой главе произведен анализ проблемы повышения надежности полуприцепов автопоездов, работающих в горных условиях. Рассмотрено ре шение задачи по исследованию сроков службы полуприцепов и их составных частей в зависимости от эксплуатационных расходов. Установлено, что при ис следовании срока службы полуприцепа целесообразно вести расчёт среднего срока службы в зависимости от основного входного фактора – затрат на запас ные части. Предложена методика расчёта расходов запасных частей, необходи мых для поддержания полуприцепа в работоспособном состоянии при эксплуа тации в зависимости от наработки.
На основе анализа причин отказов разработаны мероприятия по внесению изменений в детали и узлы полуприцепов: усиление стоек бортов приваркой косынок жёсткости, напыление на рабочую поверхность шейки шкворня нит рида титана, приварка усилителей крепления крайних поперечин рамы. Вне дрение разработанных мероприятий позволило обеспечить повышение нара ботки на отказ по узлам на величину 15…35 %. В частности, общая наработка на отказ по полуприцепу ОдАЗ-9357 увеличилась с 6,45 до 31,5 тысяч км, а по полуприцепу КЗАП-9370 – с 45 до 58 тысяч км.
Также обоснована необходимость периодического проведения дополни тельных профилактических операций, направленных на предупреждение отка зов полуприцепов в эксплуатации, выработаны предложения по корректировке методов и периодичности технического обслуживания.
Общие выводы и рекомендации 1. В диссертационной работе решена новая научно-практическая задача, состоящая в разработке методики прогнозирования и систематизации отказов полуприцепов магистральных автопоездов в горных условиях, позволяющая на основе данных эксплуатации полуприцепов прогнозировать наступление кон кретного вида отказа и, в зависимости от пробега, назначать целенаправленные действия по проведению профилактических и ремонтно-восстановительных работ.
2. Установлено, что транспортная работа полуприцепов, являющихся объектами наблюдений, в горных условиях в сравнении с работой их однотип ных аналогов в равнинной местности, приводит к снижению их наработки на отказ по некоторым узлам на 10…45 % и по полуприцепу в целом на 25…33 %.
Наименее надёжными узлами полуприцепов в условиях горных дорог являются сцепное устройство, пневмопривод тормозов, сварные соединения элементов рамы, бортов и элементы их фиксации.
3. Разработанные методы оценки безотказности и долговечности позво ляют в эксплуатации осуществлять оценку эффективности сервисных работ и действий по модернизации некоторых узлов полуприцепов после учёта второго и последующего отказов конкретного узла в пределах так называемых «усечён ных выборок», а не с назначения начальных условий наблюдений после после дующего отказа, что обеспечивает большую точность в расчётах.
4. Разработанная методика выравнивания надежности по составным час тям позволяет достигать упрощение планирования потока отказов полуприце пов в эксплуатации и создавать предпосылки для некоторого снижения затрат за счёт уменьшения вероятности незапланированных видов ремонта.
5. Разработанная и внедрённая в производство система расчёта показате лей безотказности полуприцепов позволяет на стадии сервисных и ремонтных работ принимать решения по планированию закупок запасных частей, а также определять нормативные значения наработок узлов полуприцепов и сроков их эксплуатации.
6. На основании полученных результатов предложены мероприятия по конструктивному совершенствованию некоторых узлов полуприцепов с боль шой частотой отказов при работе в условиях горных дорог. Внедрение данных мероприятий обеспечило повышение наработки на отказ по узлам на величину 15…35 %. В частности, общая наработка на отказ по полуприцепу ОдАЗ- увеличилась с 6,45 до 31,5 тысяч км, а по полуприцепу КЗАП-9370 – с 45 до тысяч км.
7. Установлено, что использование полуприцепов в условиях горных до рог при годовом пробеге в пределах 40…50 тыс. км, их предельное состояние по условиям целесообразности продолжения эксплуатации наступает при про беге 360…480 тыс. км, что эквивалентно временной продолжительности их эксплуатации в пределах 8…10 лет. В сравнении с условиями их равнинной эксплуатации эта величина является меньшей на 12…22 %.
Основные положения и результаты диссертации опубликованы:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Волков, В.С. Расчёт прогнозных оценок безотказности транспортных машин на основе критериев подобия [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Вестник Воро нежского государственного технического университета ISSN 1729-6501. Том 5, № 12, 2009 – С. 167 … 169.
2. Волков, В.С. Оценка безотказности полуприцепов КЗАП-9370 при эксплуа тации в горных условиях [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Вестник Воронеж ского государственного технического университета ISSN 1729-6501. Том 6, № 1, – С. 27 … 29.
Прочие статьи:
3. Волков, В.С. К расчету безотказности полуприцепов КЗАП-9370 [Текст] /В.С. Волков, В.К. Магомедов // Актуальные проблемы управления качеством произ водства и эксплуатации автотранспортных средств: материалы ХI международной научно-практической конференции. Владимирский государственный университет – Владимир, 2006. С. 50 – 52.
4. Волков, В.С. Применимость методов подобия в прогнозировании надежно сти транспортных машин [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: Материалы IV международной научно технической конференции. Ч. 1. – Пенза: ПГУАС, 2006. С. 175 – 180.
5. Волков, В.С. Расчет прогнозных оценок безотказности транспортных машин на основе критериев подобия [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Актуальные проблемы современного строительства. Ч. 1. Фундаментальные и прикладные иссле дования в области технических наук: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. / Под общ. ред. Т.И. Барановой. – Пенза: ПГУАС, 2007. – С. 86 – 90.
6. Волков В.С. Расчёт токсичности компонентов отработавших газов двигате лей магистральных автопоездов [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Проблемы управления качеством в машиностроении: Материалы научной конференции / Даге станский гос. техн. ун-т. – Махачкала: Изд-во ДГТУ, 2007. – С. 181 – 187.
7. Волков В.С. Расчёт затрат сохраняемости транспортных машин [Текст] / В.С.
Волков, В.К. Магомедов // Проблемы управления качеством в машиностроении: Ма териалы научной конференции / Дагестанский гос. техн. ун-т. – Махачкала: Изд-во ДГТУ, 2007. – С. 187 – 192.
8. Волков, В.С. Расчёт средней наработки до отказа магистральных автопоездов [Текст] / В.С. Волков, В.К. Магомедов // Проблемы качества и эксплуатации авто транспортных средств: Материалы VI международной научно-технической конфе ренции. Ч. 1. – Пенза: ПГУАС, 2010. С. 9 – 13.
Степень личного участия автора в опубликованных работах. В работах [1 – 8] автор принимал непосредственное участие в сборе статистических данных для определения показателей надежности полуприцепов, работающих в горных условиях, разработке моделей и алгоритмов оценки показателей надёжности, разработке основ ных средств управления ими, мероприятий по повышению надежности и внедрении результатов работы.
Подписано в печать 2012 г.
Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № Типография Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).
367026 г. Махачкала, пр. Акушинского, 13.