Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 8
1.1. Долговечность автомобильных шин. Показатели долговечности шин 8
1.2. Влияние основных факторов на долговечность автомобильных шин 10
1.3. Нормирование расхода материальных ресурсов 15
1.4. Нормативные документы, регламентирующие ресурс шин 20
1.5. Расчетный метод определения ресурса шин 24
1.6. Свойства резин и каучуков 30
1.7. Влияние окружающей среды 34
1.8. Выводы. Задачи исследований 42
2. Аналитические исследования 44
2.1. Постановка проблемы 44
2.2. Общая методика исследований 45
2.3. Система формирования ресурса шин 48
2.4. Предварительный отбор факторов, существенно влияющих на ресурс шин специальных автомобилей 51
2.5. Оценка тесноты связи между факторами условий эксплуатации с долговечностью шин 54
2.6. Разработка математических моделей влияния условий эксплуатации на ресурс шин специальных автомобилей 64
2.7. Выводы по главе 2 71
3. Экспериментальные исследования 73
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 73
3.2. Методика экспериментальных исследований 74
3.3. Результаты экспериментальных исследований 80
3.4. Выводы по главе 3 99
4. Практическое использование результатов исследования 101
4.1. Основные направления использования полученных результатов 101
4.2. Программная реализация модели 102
4.3. Использование результатов 109
4.4. Оценка эффективности результатов исследований 110
4.5. Выводы по главе 4 112
Основные результаты и выводы 113
Список использованной литературы
- Влияние основных факторов на долговечность автомобильных шин
- Предварительный отбор факторов, существенно влияющих на ресурс шин специальных автомобилей
- Методика экспериментальных исследований
- Оценка эффективности результатов исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Значительная доля автомобилей в условиях нефтегазового комплекса Западно-Сибирского региона занята обслуживанием месторождений. Являясь частью производственных систем, автомобильный транспорт оказывает значительное влияние, как на ритм производства, так и на себестоимость продукции. Соответственно бесперебойная работа автомобильного транспорта способствует снижению затрат основного производства.
Значительную долю в себестоимости транспортного и технологического обслуживания составляют затраты на шины. Уменьшение издержек на эксплуатацию шин ведет к снижению себестоимости использования специальных автомобилей. Разработка и внедрение в практику ресурсосберегающих методик является прогрессивным направлением повышения эффективности эксплуатации шин. Одним из вариантов совершенствования управления эксплуатацией шин является использование в практике работы АТП и УТТ методики расчета нормативов ресурса шин, учитывающей закономерности влияния на долговечность и безотказность шин условий эксплуатации.
Условия эксплуатации шин специальных автомобилей изменяются в широких пределах, значительно влияя на изменение срока их службы. В связи с этим используются коэффициенты корректирования норм пробега шин. Применяемые в настоящее время коэффициенты носят усредненный характер, имеют одинаковые значения и не учитывают, на каком виде автомобилей они используются. Не учитывается дифференцированное влияние условий внешней среды на шины различных специальных автомобилей. Для эффективного устранения указанных недостатков необходимы соответствующие научные основы. Задача снижения издержек при эксплуатации шин в АТП и УТТ особенна важна в настоящее время, когда экономическая ситуация в стране диктует требование минимизации расходов всех видов. Это свидетельствует об актуальности исследований по корректированию нормативов ресурса шин специальных автомобилей.
Целью данной работы является снижение затрат на шины специальных автомобилей на основе более полного использования их ресурса путем разработки и внедрения методики корректирования нормативов их ресурса.
Объект исследований - процесс формирования ресурса шин специальных автомобилей в конкретных условиях эксплуатации.
Предмет исследований - закономерности формирования ресурса шин специальных автомобилей на базе КамАЗ, Урал, КрАЗ.
Научная новизна:
• выявлены факторы, влияющие на долговечность шин специальных автомобилей;
• определены показатели, характеризующие режим работы шин специальных автомобилей в эксплуатации;
• установлены закономерности распределения ресурсов, сроков эксплуатации и интенсивности эксплуатации шин специальных автомобилей в различных условиях;
• получен вид математических моделей распределения ресурсов, сроков эксплуатации и интенсивности эксплуатации шин специальных автомобилей в различных условиях, моделей зависимости ресурса шин от интенсивности эксплуатации и экспериментально определены численные значения их параметров;
• разработаны методы корректирования нормативов ресурса шин специальных автомобилей.
Практическая ценность заключается в разработке методики корректирования нормативов ресурса шин специальных автомобилей, использование которой позволяет дифференцированно и более точно определять нормы, создает предпосылки для эффективного управления ресурсом шин. В результате повышается долговечность шин и снижаются затраты на эксплуатацию специальных автомобилей. На защиту выносится:
• факторы, влияющие на долговечность шин специальных автомобилей;
• показатели, характеризующие режим работы шин специальной автомобильной техники в эксплуатации;
• закономерности распределения ресурсов, сроков эксплуатации и интенсивности эксплуатации шин специальных автомобилей в различных условиях;
• математические модели распределения ресурсов, сроков эксплуатации и интенсивности эксплуатации шин специальных автомобилей в различных условиях;
• математические модели зависимости ресурса шин специальных автомобилей от интенсивности эксплуатации;
• методы корректирования нормативов ресурса шин специальных автомобилей.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-практическом семинаре международной выставки-ярмарки «Транспортный комплекс - 2002» (Тюмень, 2002), межвузовской научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2003), Четырнадцатом симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2003), межвузовской научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2005), Шестнадцатом симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2005).
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в двух УТТ севера Тюменской области. Экономический эффект составляет 2400...8600 руб. на один специальный автомобиль в год. Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ при с подготовке инженеров по эксплуатации автомобильного и технологического транспорта.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в девяти статьях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (129 наименований), 5 приложений (47 страниц). Объем диссертации составляет 175 страниц (в том числе 15 таблиц и 71 иллюстрация).
Влияние основных факторов на долговечность автомобильных шин
При эксплуатации шина подвергается воздействию различных нагрузок, кроме этого на шину действуют и климатические условия. Оценить влияния всего многообразия факторов практически очень сложно. Поэтому необходимо сгруппировать факторы и попытаться оценить их количественное и качественное влияние на ресурс автомобильных шин.
На сегодняшний день существует достаточно много классификаций факторов. Все их рассмотреть в рамках одной работы не представляется возможным, поэтому будут рассмотрены лишь основные.
Варченко В.Г. в своей работе [21] предлагает все факторы разбить на три группы (рис. 1.1): конструктивно - технологические, эксплуатационные, дорожно-климатические. При этом автор относит первую и вторую группы к управляемым факторам, а третью к учитываемым. Показатели, характеризующие факторы первой группы оказывают влияние на формирование свойств резины, обеспечивающих работоспособность, долговечность и сохраняемость шин в процессе эксплуатации, т.е. их надежность.
Авдонькин Ф.Н., Балабин В.И., Гудков В.А., Курбаков В.П., Тарновский В.Н., Третьяков О.Б., Higgins L.R. и другие [1, 2, 4, 9, 11, 29, 30, 41, 85, 111, 128] считают, что конструктивные и технологические параметры влияют на надежность шин в совокупности с эксплуатационными факторами.
Условия эксплуатации, при которых используется автомобиль, влияют на режимы работы агрегатов и деталей, ускоряя или замедляя интенсивность изменения параметров их технического состояния [99, 100, 101]. Авдонькин Ф.Н., Говорущенко Н.Я., Несвитский Я.И. [2, 38, 84] и некоторые другие авторы считают, что весь диапазон условий эксплуатации можно классифицировать на такие основные группы как, группу дорожных условий, группу природно-климатических условий и группу транспортных условий.
Алаэддин A.M.[7], анализируя результаты исследований, все факторы, влияющие на надежность шин, объединил в восемь групп: И группу эксплуатационных факторов (крутящий и тормозной моменты, боковая сила и схождение, вертикальная нагрузка на колесо, внутреннее давление воздуха в шинах, скорость движения, режим работы автомобиля, интенсивность движения); группу факторов технического состояния автомобиля; группу организационно-технологических факторов; группу факторов, характеризующих квалификацию водителя; группу факторов дорожно-климатических условий; группу факторов конструкции и технологии изготовления шин; группу факторов, характеризующих конструкцию автомобиля; группу прочих факторов.
Цукерберг СМ., Гордон Р.К., Нейенкирхен Ю.Н. [92] утверждают, что наибольшее влияние на ресурс шин оказывают дорожные и климатические условия, скорость движения автомобилей и превышение расчетной весовой нагрузки.
Авторы работы [18] считают, что наиболее значимыми факторами являются: передаваемая через шину касательная нагрузка, изменение этой нагрузки во времени, температура и качество дорожного покрытия.
Янчевский В.А. [125], а также Рахимов Р.Х. и Власов В.М. [28, 97] классифицируют факторы с учетом возможности управления факторами.
Рахимов Р.Х. и Власов В.М. указывают, что отрасль автомобильного транспорта может оказывать непосредственное влияние на техническое состояние автомобиля, организационно-технологические факторы, квалификацию водителя, а на качество шин - косвенное через планирующие и регулирующие органы, а также через реализацию требований отрасли к автомобильной и шинной промышленности. Янчевский В.А рассматривает факторы с позиций технической службы АТП. К неуправляемым факторам автор относит состояние дороги и климатические условия. К частично управляемым - скорость движения, качество вождения и нагрузку на автомобиль. К полностью управляемым - техническое состояние автомобиля (рис. 1.2). Захаровым Н.С. [51] разработана классификация (рис. 1.3), в соответствии с которой все факторы, влияющие на ресурс шин, разбиты на две группы. Факторы первой группы определяют номинал качества шин и включают конструкцию, материалы и технологию изготовления. Факторы, входящие во вторую группу, изменяют номинал качества шин в процессе эксплуатации.Основная задача нормирования состоит в обеспечении применения в управленческой и хозяйственной деятельности технически и экономически обоснованных норм расхода материальных ресурсов [39, 46].
Нормирование в общем случае представляет собой процесс установления норм.
Норма (от латинского norma - руководящее начало, правило, образец) как понятие, используемое в практике управления народного хозяйства, обозначает: 1) узаконенное установление, признанный обязательным порядок; 2) установленную меру, среднюю величину какого - либо показателя [105].
Признаками нормы согласно [121] являются: момент обязательности их выполнения, наличие каких-то объективных условий для ее существования, наличие стимулов для ее выполнения.
Норма является величиной изменяющейся во времени. Это обусловлено изменениями в той области деятельности, для которой эти нормы установлены.
Поэтому нормирование использования ресурсов включает следующие этапы [46]: разработка норм; корректировка и пересмотр действующих норм; утверждение и доведение до производственных подразделений.
Таким образом, под нормативом понимается количественный или качественный показатель, используемый для упорядочения процесса принятия и реализации решений [113]. К важнейшим нормативам технической эксплуатации относятся: - периодичность ТО; - трудоёмкость ТО и ремонта; - ресурс изделия до капитального ремонта; - расход запасных частей и агрегатов; - продолжительность простоя в ТО и ремонте.
Нормативы ТО и ремонта согласно [93] зависят от категории условий эксплуатации (типа дорожного покрытия, рельефа местности и интенсивности движения), модификации подвижного состава и организации его работы, природно-климатических условий, пробега с начала эксплуатации, размера автотранспортного предприятия и количества технологически совместимых групп подвижного состава. Правильное определение количественного значения нормативов ТО и ремонта для данных конкретных условий эксплуатации имеет первостепенное значение. Нормативы ТО должны быть оптимальными, т. е. такими, при которых требуемая безотказность и долговечность подвижного состава обеспечивались бы при минимальных трудовых и материальных затратах на ТО и ремонт, приходящихся на единицу пробега или транспортной работы.
Предварительный отбор факторов, существенно влияющих на ресурс шин специальных автомобилей
Для отбора перечня факторов воспользуемся анализом результатов исследований авторов [92, 18, 125, 106, 7, 21], проведенным в первой главе работы. Анализ выполненных ранее исследований, позволил классифицировать факторы, влияющие на ресурс шин.
Темп изнашивания протектора зависит от большого количества факторов, но выделяют обычно главные из них: пробег, режимы работы шин и температура окружающей среды. Причем считают, что температура воздуха и режим работы влияют на долговечность шин через температуру протектора в пятне контакта с дорогой.
П.Н. Горячев и В.Н. Задворнов [30] приводят следующие данные о участии различных факторов в изнашивании шин: температура протектора -2,25; скорость движения - 1,75; давление в шине - 1,5; углы установки управляемых колес - 1,37; нагрузка на колесо - 1,2.
Отбор факторов может быть проведен с помощью различных методик. Так в работе Бакеева Р.Б. [10] оценивалась степень влияния факторов на долговечность шин с использованием методики рангового анализа [48, с. 28-30]. За основу была принята классификация Захарова Н.С. [49]. В результате рангового анализа, проведенного в работе [10] наиболее значимыми факторами являются: дорожные условия; качество вождения; климатические условия; техническое состояние автомобиля; режим работы.
Основной задачей исследований является анализ и учет факторов, влиянием которых невозможно управлять. Качество вождения и техническое состояние автомобиля это полностью управляемые факторы, поэтому мы можем не учитывать их влияние на ресурс шин в рассматриваемой системе.
Таким образом далее рассматриваются дорожно — климатические условия и режим работы (рис. 2.3).
Дорожные условия характеризуются типом дорожного покрытия и рельефом местности.
Группа климатических факторов включает достаточно много показателей, а сами факторы изменяются как на межрегиональном уровне, так и для одного региона, но в различные периоды года. Поэтому долговечности одной и той же марки шин, работающих в одинаковых дорожных условиях с близкими показателями режима работы, но в различных климатических условиях будут весьма различны.
Захаров Н.С. в своей работе [53] исследовал влияние климатических условий на ресурс шин автомобилей - такси и маршрутных автобусов. У автомобилей - такси интенсивность эксплуатации достаточно высокая и средний срок службы шин составляет около полугода. Для автобусов среднегодовой пробег соизмерим с ресурсом шин. В результате исследований Захарова Н.С. установлено, что ресурс шин зависит от сезона начала эксплуатации в том случае, когда срок реализации ресурса существенно меньше года. Особенностью работы специальных автомобилей, в частности технологического транспорта являются низкие среднегодовые пробеги и как следствие достаточно продолжительные сроки эксплуатации шин.
Все это позволяет сделать вывод о том, что при нормировании ресурса шин климатические условия необходимо учитывать в случае разработки норм для обширных регионов с различными климатическими зонами, т.е. в масштабах России в целом.
Режим работы определяется вертикальной нагрузкой, зависящей от использования грузоподъемности, моментом, приложенным к колесу и режимом движения.
Методика, изложенная в [88] позволяет провести первоначальный отбор на основе исследований тесноты связи факторов и надежности шин, а также между факторами. В соответствии с методикой оценивается значимость коэффициентов корреляции. Корреляционная связь считалась значимой, если выполняется условие:
Методика экспериментальных исследований
Эксперимент проводился в два этапа. На первом собирались данные о наработках шин. На втором проводился расчетный эксперимент по оценке точности предлагаемых методов корректирования норм ресурса шин.
Методика экспериментальных исследований первого этапа включает: планирование эксперимента; сбор данных о ресурсах отказавших шин; сбор данных о сроках эксплуатации до списания шин; сбор данных об интенсивности эксплуатации шин; обработку результатов эксперимента; анализ результатов экспериментов.
Методика экспериментальных исследований второго этапа включает: планирование эксперимента; расчет прогнозных значений ресурса шин для разных специальных автомобилей и разных сроков эксплуатации; обработку результатов эксперимента; анализ результатов экспериментов.
Планирование включает составление матрицы плана эксперимента и определение необходимого числа измерений результирующего параметра в каждой строке матрицы плана [22, 78, 115].
При проведении экспериментов предварительно число измерений не рассчитывалось, так как в разных выборках отличались не только коэффициенты вариации, но и законы распределения. В процессе обработки рассчитывалась относительная ошибка. Формула для ее расчета получена из последнего уравнения:
Выборка считалась репрезентативной (представительной), если относительная ошибка не превышала 0,10 при вероятности 0,90. Если выборка не соответствовала нормальному закону, то относительная ошибка рассчитывалась с использованием программы «REGRESS 2.5» [55] после выбора соответствующего закона распределения. результатов экспериментальных исследований
Для решения задач 1 и 2 экспериментальных исследований необходимо произвести статистическую обработку выборок [5, 6, 25]. На основе полученных результатов нужно установить эмпирические законы распределения ресурсов шин и проверить гипотезы о виде законов распределения.
Функция (интегральная функция) распределения F(x) - математическая модель зависимости между значениями варьирующего признака и соответствующими им вероятностями. Служит для аппроксимации эмпирических распределений. Дифференциальная функция (закон) распределения/ - плотность функции распределения [55].
Для построения функции распределения необходимо: получить эмпирическое распределение путем группировки и первичной обработки статистической выборки; на основе априорной информации или по виду гистограммы выбрать закон распределения; рассчитать параметры закона распределения; проверить соответствие теоретического закона эмпирическому.
Для получения эмпирического распределения из статистической выборки находят минимальное и максимальное значения. Затем определяют число интервалов гистограммы распределения. Обычно их число составляет 5... 11 и определяется по формуле [55] W = int(l + 3,21gw). (3.3)
Далее определяют границы интервалов и число попаданий реализаций случайной величины в каждый интервал. Относительная частота попаданий рассчитывается как отношение числа попаданий в данный интервал к объему выборки. Для расчета эмпирической функции распределения относительную частоту необходимо разделить на длину интервала.
Для оценки соответствия эмпирического распределения выбранному теоретическому используется критерий Пирсона, который рассчитывается по следующей формуле [55]
Оценка эффективности результатов исследований
В соответствии с поставленной целью в данной работе проведены исследования, на основе которых разработаны методы оперативного определения и корректирования нормативов ресурса шин.
Под оперативным определением понимается установление нормативов ресурса с учетом модификации подвижного состава. Под оперативным корректированием понимается уточнение норматива ресурса в процессе эксплуатации с учетом интенсивности эксплуатации. Для упрощения системы учета шин и реализации результатов исследований разработан программный продукт. Любые мероприятия по управлению ресурсом должны начинаться с создания полнообъемной системы учета [63, 104 ,106]. Учет в стыковке с системой премирования создает действенные рычаги воздействия на производство для ликвидации выявляемых недостатков ( рис. 4.1)[124].
Учет должен сводиться к получению данных для управления процессом использования шин с целью его оптимизации. И основным итоговым показателем, в дополнение к реализуемому ресурсу (пробегу) шин, являются удельные затраты в руб/1000 км пробега. Бывают ситуации, когда шины оказывается целесообразным снять с эксплуатации раньше, чем наступит их предельное состояние по основному техническому критерию - износу протектора до предельной величины.
Предотвращение снятия шин при малых пробегах достигается ужесточением ответственности водителей, своевременным ремонтом повреждений, устранением причин неравномерного износа протектора (давление воздуха, углы установки колес, состояние шкворневого соединения и пр.), что позволяет увеличить средний реализуемый пробег шин по предприятию в целом. Так, по данным Янчевского В.А. [124] своевременное воздействие на 5 процентов самых «плохих» автомобилей (водителей) позволяет предотвратить потери среднего ресурса подконтрольной партии шин примерно на 4 тыс. км.
Любой программный продукт в рамках рассматриваемых задач должен начинаться с создания базы данных. Чем больше в ней информации о конкретной шине (автомобиле), тем разносторонней и оригинальней можно создавать следующие этапы: подведение итогов, анализ, выявление потерь, выбор путей действий (рекомендаций) для технической службы и прочее.
Начальный этап этого - создание базы данных по автомобилям и шинам, находящимся на этих автомобилях. Затем обновление базы данных (каждодневная работа) при снятии шин, исчерпавших ресурс, и установке новых. Далее один из вариантов анализа касательно характера износа протектора как показателя качества обслуживания автомобилей и шин в автопредприятии.
Безусловно, хорошо отлаженная система учета непроста в своем создании. Также будут сложности с организацией правильного сбора данных о снимаемых шинах. Но необходимость этих действий определяет экономика. В любом транспортном предприятии, в зависимости от типа подвижного состава, потери ресурса шин составляют 10-25 процентов [124].
Для реализации метода корректирования ресурса шин спецтехники с учетом модификации подвижного состава и интенсивности эксплуатации в ТюмГНГУ на кафедре «Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин» разработана программа «Автопарк».
При разработке программы использовалась система программирования «Microsoft Visual Basic 6.0».
