Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние дробиш 17 ,
1.1. Роль и место проблемы в классификации задач повышения качества и эффективности автомобилей I? .
1.2. Учет факторов внешней среды при расчетной оценке показателей свойств автомобилей 22
1.3. Учет внешних факторов при экспериментальной оценке реализации свойств автомобилей 41
1.4. Оценка условий при нормировании эксплуатационных качеств автомобилей 63 ,
1.5. Выводы по состоянию проблемы и задачи исследования 80
2. Методология разработки комплексных показателей сложности факторов внешней среды
2.1. Теоретические основы разработки комплексной количественной оценки внешних факторов 84 -
2.2. Разработка количественного интегрального показателей дорожных условий *Ї2
2.3. Разработка количественного интегрального показателя транспортных условий 141
2.4. Разработка количественного интегрального показателя климатических условий 158
2.5. Выводы по главе *'*
3. Методические основы применения количественных интегральных показателей для учета внешних факторов 173
3.1. Обеспечение применения автоматизированных систем для комплексной количественной оценки внешних факторов 173
3.2. Методика учета и оценки эксплуатационных факторов при исследовании функциональных свойств автомобилей... 179
3.3. Особенности учета и оценки внешних факторов при длительных эксплуатационных испытаниях 184
3.4. Формирование компактного банка данных на основе идентификации априорной информации 196
3.5. Выводы по главе 2Ц
4. Экспериментальная оденка реализации свойств автомобилей и создание компактного банка данных 214
4.1. Методические вопросы исследования 214
4.2. Формирование компактного банка экспериментальных данных и анализ результатов 222
4.3. Оценка режимов нагружения агрегатов на примере двигателя автомобиля 232
4.4. Выводы по главе 238
5. Решение задач классификации факторов внешней среды 240
5.1. Теоретические основы разработки классификации условий эксплуатации автомобилей 240
5.2. Разработка классификации дорожных транспортных я климатических условий 251.
5.3. Выводы по главе 261
6. Обеспечение качества и комплектности нормативов технической эксплуатации автомобилей 262
6.1. Прогнозирование ресурса деталей агрегатов АТС 262,
6.2. Установление структуры я объема плановых ремонтов АТС 277
6.3. Обеспечение качества нормативов технической эксплуатации автомобилей 286
6.4. Разработка программы комплексных испытаний АТС 294
Общие выводы 304
Литература
- Роль и место проблемы в классификации задач повышения качества и эффективности автомобилей
- Теоретические основы разработки комплексной количественной оценки внешних факторов
- Обеспечение применения автоматизированных систем для комплексной количественной оценки внешних факторов
- Формирование компактного банка экспериментальных данных и анализ результатов
Введение к работе
Качество эксплуатационных нормативов (т.е. соответствие их конкретным моделям автомобилей и условиям эксплуатации), а также комплектность нормативов определяют уровень затрат на содержание автотранспортных средств (АТС) и существенно влияют на эффективность их использования.
Вместе с тем традиционно действующие нормативы технической эксплуатации автомобилей (ТЭА) нельзя назвать качественными практически до самого списания АТС. Причем затруднительно назвать уровень качества.
Это происходит потому, что к началу серийного производства АТС отсутствует необходимый банк данных, т.е. реализация показателей нормируемых свойств автомобилей во всем диапазоне изменения внешних воздействующих факторов (ВВФ) и поправочные коэффициенты к базовым нормативам берутся одинаковыми для всех моделей АТС, чего в действительности не может быть. Кроме того приведение результатов испытаний опытных образцов АТС к первой категории условий эксплуатации (КУЭ) т.е. установление базового норматива осуществляется путем деления показателя реализации нормируемого свойства, отнесенного к какой - либо КУЭ на коэффициент для этойже КУЭ, который заведомо неточен, и наконец, отнесение результатов испытаний опытных образцов АТС по ездовому циклу к какой - либо КУЭ (не имеющих количественных показателей) приводит к образованию ошибки т.к. отнесение производят через сопоставление режимов.
Качество нормативов ТЭА не удается повысить и по мере накопления результатов исследований после начала серийного производства АТС, поскольку для учета ВВФ при исследованиях приме-
няют общепринятые классификации условий (дорожных, транспортных, климатических). Эти классификации разработаны по разным принципам не имеют количественной оценки, исключают возможность планирования экспериментов и не учитывают ряд значимых факто-ров. В связи с этим эксперименты проводят при одном сочетании ВВФ, а результаты используют при уточнении нормативов для другого сочетания ВВФ, учтенного соответствующей классификацией. Сложность подбора соответствующих условий испытаний АТС не позволяет уточнить заведомо неточный - базовый норматив.
Недостатки классификаций приводят к ошибкам не только при разработке нормативов, но и при их выборе для конкретных условий, поскольку неучтенные факторы предопределяют пересечение классов.
Применение некачественных нормативов для управления техническим состоянием АТС приносит автотранспортным предприятиям (АТП) ущерб, как с необоснованным повышением затрат при преждевременном техническом обслуживании (ТО) и ремонте, так и в связи с повышением интенсивности износов сопряжений, при запоздалом ТО и ремонте.
В системе управления надежностью АТС все ремонты за исключением капитальных ремонтов (КР) отнесены к текущим (ТР) -случайным, поэтому такие нормативы как структура* объем и периодичность ТР отсутствуют т.е. неизвестно какие детали агрегатов АТС и при какой наработке нужно заменять в различных условиях. Это обстоятельство не позволяет обеспечить безотказную работу автомобилей, а это главная задача системы управления надежностью. Между тем, основной объем ТР может быть предсказан, регламентирован и выполняться в плановом порядке.
. 7 -
Отсутствие же нормативов по структуре, объему и периодичности плановых ремонтов (ГЕР), а также рекомендации по ремкомплектам запасных частей (ЗПЧ) для каждого ПР и экономическим срокам службы агрегатов АТС вызывает существенное повышение затрат на содержание АТС в связи с сопутствующими отказам , дополнительными ремонтами, простоями на линии и в ожидании ремонтов, йс_ ключением возможности целенаправленного диагностирования технического состояния автомобилей и преждевременным направлением агрегатов в КР.
Нормы расхода топлива (РТ) также нельзя назвать качественными, что вносит свой вклад в неоправданные затраты на функционирование АТС. Базовая норма РТ (линейная) устанавливается неконкретной по отношению к ВВФ, что снижает уровень качества. Система корректирования РТ не обеспечивает соответствие итоговой нормы фактической потребности в топливе, что не гарантирует его рациональное использование.
Рост затрат на содержание АТС, связанных с применением некачественных норм и отсутствие ряда норм ТЭА безусловно снижает эффективность использования автомобилей и их конкуренно-способность.
Своевременное создание исчерпывающего банка данных, сдерживающего разработку полного комплекта качественных нормативов ТЭА зависит от ряда обстоятельств. Основным из них является многомерность факторного пространства, требующая при планировании такого объема экспериментов, который реально не может быть реализован. К тому же количество опытных образцов АТС ограничено. По этой основной причине возникла и господствует концеп-
- a -
ііия случайности изменения технического состояния АТС, которая освобождает исследователя от необходимости учета ВВФ и предопределяет многократность повторений исследований в каждом АТП, поскольку результаты экспериментов, полученные в одних условиях нельзя без ошибки отнести к другим условиям. Предопределено и применение математического аппарата теории вероятностей, который hr вскрывает причинно-следственных связей, а полученная таким путем информация может иметь ограниченное применение особенно при управлении надежностью АТС на всех этапах их создания и использования, поскольку реализацию свойств автомобилей и нормативы нужно сопоставлять с конкретными сочетаниями ВВФ. Вероятностные методы применимы только в тех случаях, когда действительно невозможно учесть факторы, что к автомобилю практически не относится.
В связи с упомянутой концепцией нормативные документы не регламентируют методы учета ВВФ. Поэтому при исследованиях ВВФ не учитываются совсем, либо применяются произвольные методы, которые неидентичны, не позволяют снизить размерность факторного пространства или обеспечить системность учета и сопоставимость результатов. Это затрудняет совершенствование методов долгосрочного прогноза и объединение расчетшх и экспериментальных данных в общем банке. В этом суть рабочей гипотезы, объясняющей причины сложившихся обстоятельств с уровнем качества и некомплектностью нормативов ТЭА.
Все сказанное выдвинуло проблему повышения эффективности
использования АТС путем регламентирования текущих ремонтов, Поскольку отсутствие регламента текущих ремонтов является главной причиной неоправданных затрат средств на содержание АТС.
Узловым вопросом проблемы является необходимость разработки такой системы описания многомерного факторного пространства, которая позволила бы устранить все причины, установленные рабочей гипотезой и решить все задачи проблемы. В качестве единой методологической основы идентификации методов учета, оценки и классификации ЕВФ предложено использовать комплексные показатели сложности характерных групп факторов (дорожных, транспортных, климатических).
Такое направление решения проблемы актуально, поскольку позволяет разрабатывать полный комплект качественных нормативов ТЭА к началу серийного производства АТС, базируясь только на более широком использовании результатов штатных испытаний опытных образцов автомобилей, что в конечном счете приводит к существенному росту эффективности использования и конкурентноспособности АТС.
Научные исследования и разработки, приведенные в диссертации связаны с НИР ЯрПИ - ЯГТУ по теме: "Научные основы нормативного обеспечения АТС" $ 3.12.004, выполняемой в соответствии с Комплексными программами Госстандарта СССР: "Стандартизация методов эксплуатационных испытаний машин на период I98I-I985 г.г. $ 450-1.09.82, "Стандартизация в области надежности, прочности, износостойкости, эксплуатации и ремонта техники на 1986-1990 годы" і 0027.4501.09.85.
Научные исследования и разработки, выполненные в диссертационной работе, совпадают с разделами программы АН СССР "Научные проблемы повышения надежности и долговечности конструкций и механизмов на 1976-1990 годы".
Цель работы - повышение эффективности использования АТС путем регламентирования текущих ремонтов, совершенствовашем методов нормирования на основе оценки ВВФ комгшоксшми показателями сложности и прогнозной информации.
Объект исследования. Закономерности влияния ВВФ на реализацию показателей свойств (функциональных, надежности и техни-ко - экономических) отечественных грузовых. АТС, необходимые для оценки приемлемости решений узлового вопроса и частных задач проблемы.
Методы исследования. Теоретические исследования при разработке комплексных показателей сложности характерных групп фактшров, как и всей системы комплексной количественной оценки (ККО) ВВФ, осуществлялись на основе метода системного анализа, теорий потенциальных свойств, типологического анализа, метрического многомерного Функционального шкалирования, нумерационного кодирования и теории классифицирования. Решения частных задач проблемы базируются на систему ККО ВВФ в сочетании с соответствующими теоретическими аспектами.
Использованы методы математического планирования экспериментов и статистической обработки результатов, включая дисперсионный и регрессионный анализы.
На защиту выносятся:
т Методология разработки и применения комплексных показателей сложности ВВФ для решения узлового вопроса проблемы;
- Методология разработки и применения классификаций условий эксплуатации для установления качественных нормативов ТЭА;
- II -
Комплекс методик по формированию компактного банка данных о реализация показателей эксплуатационных свойств АТС (включая и методы прогноза) с информационной базой для ее анализа на основе использования ЭВМ;
Комплекс методик, направленных на разработку полного комплекта качественных нормативов ТЭА;
Результаты выполненных экспериментальных исследований, представленных в виде компактного банка данных.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые на основе сформулированных требований к межотраслевой системе учета и оценки ВВФ созданы теоретические основы разработки комплексных показателей сложности характерных групп факторов, состоящие из ряда логических и математических операций и позволяющие количественно оценивать и ранжировать потенциальные свойства любого сочетания факторов, предопределяющих изменение нагрузочных скоростных и частотных режимов работы АТС через соответствующие коэффициенты приведения. Для определения коэффициентов приведения получены расчетные модели, что важно для достижения нужной точности оценки факторов.
Определены значения комплексных показателей сложности или количественных интегральных показателей (КИП) дорожных транспортных и климатических факторов, позволяющие адекватно представить исходное многомерное пространство ВВФ тремя шкалами КИП.
Разработаны методические основы применения ККО ВВФ с комплектом информационных материалов и методик, обеспечивающих распознавание типов и установление значений КИП по кодам сие-
темных звеньев для любых условий испытаний и эксплуатации АТС с применением ЭВМ.
Предложен алгоритм классификации условий, предусматривающий использование шкалы КШ, формирование классифицирующего критерия, имеющего функциональный смысл и определенную обобщающую зависимость реализации относительно заданных свойств АТС и их агрегатов.
Даны принципы идентификации априорной информации, полученной на основе различных форм учета условий, заключающейся в преобразовании измерителей факторов или сочетаний их типов в КИП через обобщающие коды системных звеньев ККО ВВФ.
Предложен метод прогнозирования ресурса элементов АТС, который базируется на ККО ВВФ и синтезе результатов испытаний автомобилей и их агрегатов (стендовых, режимометрических, усеченных эксплуатационных).
Сформирован компактный банк экспериментально-расчетных данных о реализации свойств АТС в различных условиях эксплуатации, обеспечивающий полноту учета ВВФ на основе применения КШ.
Разработаны рекомендации по установлению полного комплекта качественных нормативов ТЭА, содержащие новые метедологичес-кие принципы использования результатов исследований.
Практическая ценность. Внедрение результатов исследований обеспечивает повышение эффективности использования и конкурентноспособности АТС путем своевременной разработки полного комплекта качественных нормативов ТЭА. При этом, повышение затрат на разработку нормативов не требуется, поскольку применение КИП для оценки ВВФ снижает размерность факторного пространства, обеспечивает системность учета факторов и сопоставимость ре-
- ІЗ -
зультатов исследований. Все это, соответственно, снижает объем экспериментов, обеспечивает прогнозирование реализации нормируемых свойств в различных условиях, базируясь только на более широкое использование результатов штатных испытаний опытных образцов АТС и позволяет на основе идентификации информация создать исчерпывающий банк данных для своевременной разработки качественных нормативов, используя оптимизированные классификации условий»
Применение полного комплекта качественных нормативов ТЭА позволяет существенно снизить затраты на содержание АТС. Внедрение в эксплуатацию только структуры плановых ремонтов по основным агрегатам автомобилей КамАЗ позволило снизить трудозатраты на ремонты на 46,8 % по сравнению с нормативными.
Результаты работы могут быть использованы для решения оптимизационных задач при проектировании, испытаниях и доводе АТС до и после начала их серийного производства, а также при использовании автомобилей. Например, для оперативного анализа эффективности принятых конструкторско-технологическях решений; для выбора показателей расчетных режимов; для прогнозирования уровня реализации показателей свойств АТС; для привязки результатов прогноза к конкретным условиям; для совершенствования расчетных моделей на базе КИП; для оперативного уточнения нормативов ТЭА после каждой существенной модернизации АТС и др.
Реализация результатов работы осуществлялась путем передачи информации предприятиям ряда производственных объединений, на-учно-исследовательскимьорганизациям и вузам соответствующего профиля.
Результаты исследований использованы ВНИИШАШ Госстандарта
СССР при разработке РД-50-204-87. Надежность в технике. Сбор и обработка информации и надежности изделий. Основные положения; при разработке МР-226-86. Надежность в технике. Методы определения оптимальной периодичности, объемов технического обслуживания и плановых ремонтов изделий: при составлении MP. Система государственных испытаний продукции. Классификация условий эксплуатации изделий машиностроения. Система нормативного обеспечения АТС использована НИИАТ и ИКТП при составлении проекта Комплексной программы научно-технического прогресса на автомобильном транспорте СССР на 1991-2010 годы. Система комплексной количественной оценки ВВФ внедрена ВНЖАТй, а с применением методики прогнозирования и в ЭРО ЯМЗ для планирования и организации испытаний продукции (с эффектом снижения объема испытаний и затрат по ЯМЗ в среднем 2,5 раза, а продолжительности испытаний на 30-40 %). В ЭРО и УГК ЯМЗ внедрена методика нормирования долговечности деталей агрегатов, позволяющая устанавливать объем и структуру плановых ремонтов и обеспечивающая поиск эффективных решений по повышению ремонтопригодности двигателей (экономический эффект составляет 178-196 руб. - по двигателю ЯМЗ-240Б). На предприятиях объединения "Ярославльавтотранс" внедрена структура плановых ремонтов автомобилей КамАЗ, разработанная с использованием методики установления структуры объема и периодичности ПР (фактически годовой экономический эффект по объединению составляет 201 тыс. руб.). Методика нормирования расхода топлива использована для определения маршрутных норм для предприятий объединения "Ярославльстройтранс" (годовой экономический эффект по дизельному парку объединения составляет 22,72 тыс. руб.). Методы оптимизации нормативов ТЭА внедрены:
на предприятии Ц/Я А 7449 для определения эквивалентного пробега АТС при работе двигателя в стационарном режиме; в ІЖ-І8 объединения "Ярославльмелиорация" и автоколонне & 1817 г.Куйбышева для уточнения периодичности ТО, в ПМК с учетом условий и стационарной работы агрегатов, в автоколонне с учетом условий на международных перевозках (годовой экономический эффект по ШК-І8 составляет 47,33 руб. на один автомобиль); во ВНШАТН для расчета коэффициентов корректирования ресурса фрикционных накладок тормозов и сцеплений.
Материалы диссертации вошш в методические и учебные посо- . бия в лабораторный практикум по теоретическим основам ТЭА и используются в лекционных курсах, дипломном и курсовом проектирований студентами ЯГТУ, ЯГСХА, ТюмИИ, ИркПИ и др.
Информация по системе комплексной количественной оценке ВВФ и методах ее применения передана НАМИ, ЦНИАП НАМИ, НИИАТу, УГК, ЧТЗ, УГК ЯЗДА для реализации полученного эффекта и решения множества оптимизащонных задач в процессе проектирования, испытаний и доводки АТС и их использования.
Апробация работы. Материалы выполненой работы докладывались на научно-исследовательских конференциях МАДИ (Москва, 1973-1976, 1980 г.г.), ТИИ (Тюмень, 1974 г.), МйМСХ (Мелитополь, 1985 г.), ЛИСИ (Ленинград, 1985 г.), ЯПИ-ЯГТУ (Ярославль, 1972-1979, 1981, 1983, 1985, 1989, 1995, 1997 г.г.), ВІШ (Волгоград, 1985 г.) ЯГСХА (Ярославль, 1994, 1996, 1997, 1993 г.г.) на ИТС филиала ІШЛИ (Москва, 1985 г.); совещаниях НТО: "Пути повышения экономии топливно-энергетических ресурсов на автомобильном транспорте" (Ярославль, 1985 г.), "огшт эксплуатации, технического обслуживания и ремонта автомобилей КамАЗ" (Ярославль, 1985 г.);
на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Пути повышения надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания" (Москва, МВТУ, І973 г.) "Повышение эффективности использования автомобильного транспорта в условиях жаркого климата и высокогорных районов" (Ташкент, ЧАЩ, 1982 г.); "Основные направления повышения технического уровня надежности и совершенствования технического уровня фрикционных муфт сцепления" (Чебоксары, 1985 г.); "Повышение топливной экономичности автомобилей и тракторов" (Челябинск, 1977 г.); не секции научного совета Государственного Комитета Совета Министров СССР по науке и технике по проблеме "Машины и материалы, отвечающие требованиям эксплуатации в различных климатических зонах страны" (Москва, 1981 г.). На семинаре деканов факультетов и заведующих кафедрами ремонта машин (Москва, МТАУ им. Горячкина, 1997 г.).
В полном объеме диссертация обсуждена на заседаниях: кафедры технической эксплуатации автомобилей БПЙ,ХАДИ, кафедры тракторов и автомобилей 1СХИ, кафедры автомобильного транспорта ЯрПИ - ЯГТУ , НТО ЦНИАП НАМИ и секции надежности динамики и прочности автомобилей НТС НАМИ.
Публикации. Материалы и основные результаты исследований по теме диссертаций опубликованы в 8 книгах, 52 научных статьях, 14 научно-технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 288 стр. машинописного текста, рис. 31, табл. 34 и состоит из введения, оіести глав, основных выводов, списка литературы, включающего 350 наименований, а также 12 приложений.
I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И КОМПЛЕКТНОСТИ НОВ0АТИВОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.
Роль и место проблемы в классификации задач повышения качества и эффективности автомобилей
Обеспечение научно-технического прогресса на автомобильном транспорте страны неразрывно связано с необходимостью повышения уровня эксплуатационных качеств АТС и эффективности их эксплуатации. Таким образом, постоянно существует общая фундаментальная проблема повышения качества и эффективности АТС,включающая в себя две основные группы вопросов.
Одна из них направлена на повышение эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ при создании конструкций АТС, которые по своим техническим параметрам и эксплуатационным качествам отвечали бы действующим и перспективным требованиям в заданных условиях эксплуатации.
Другая группа задач связана с разработкой научных основ и практических методов повышения эффективности технической эксплуатации АТС.
Различные стороны проблемы в той или иной форме разрабатывай научно-исследовательские организации (Автомобильная лаборатория АН СССР, ЦЭМИ АН СССР, ЙНДШШІ АН БССР, НАМИ, НАТИ, НИИАТ, ИКТП, ГосавтотрансНИИпроект, БелНИТИАТ, Поволжский филиал НИИАТ, ЦШІТА, ВНИИНМАШ и др.), высшие учебные заведения (МАДИ, МАМИ, ЮТУ им. Баумана, ХАДИ, КАДИ, БПИ, СПИ, ЛИСИ, ЛСХИ, Волг. ПИ, Вл.Пй, ТИИ, Ирк.ПИ, ТАДИ, ЧПИ, КМИ, ЯрПИ и др.), предприятия автомобильной промышленности С ЗИЛ,МАЗ, ГАЗ, КамАЗ, КрАЗ, ЯМЗ, ЗДЗ, АЗЛК и др.), предприятия автомобильного транспорта, а также зарубежные авторы.
В результате проведенных исследований решен ряд фундаментальных вопросов проблемы. Разработаны теоретические основы проектирования АТС. Создаш принципы построения теории качества автомобилей, базирующейся на реализации их потенциальных свойств. Отработана система выбора, нормирования и оценки показателей свойств АТС. Накоплен, систематизирован и обработан большой фактический материал о реализации свойств АТС. Обобщенные данные о достигнутом уровне свойств АТС используются при разработке конструкторско-тех-нологических мероприятий, направленных на повышение уровня показателей свойств.
С позиции программно-целевого подхода определены основные элементы, цели и место технической эксплуатации АТС в транспортно-коммуникационной программе страны. Разработаны основные методологические принципы управления технический эксплуатации АТС. Определено, что одной из основных задач технической эксплуатации является обеспечение работоспособности автомобильного парка на основе изучения закономерностей изменения технического состояния АТС. Установлено, что важнейшим инструментом управления техническим состоянием АТС являются рациональные нормативы ТЭА. Разработаны теоретические основы технико-экономической оценки АТС и установлена системная связьs определяющая их эффективность.
Вместе с тем, до настоящего времени не решена проблема повышения эффективности использования АТС путем регламентирования текущих ремонтов, входящая в состав общей фундаментальной проблемы повышения качества и эффективности автомобилем.
Данная проблема является научно-технической и комплексной, поэтому ее решение нельзя рассматривать как однократный акт. В связи с чем необходимо выделить сначала центральный вопрос проблемы, а затем сформулировать дополнительные вопросы, которые группируются вокруг него т.е. развернуть проблему.
При разработке методов решения задач общей фундаментальной проблемы сложился ряд обстоятельств, которые привели к противоречию меаду потребностью в оперативном совершенствовании АТС с одной стороны и возможностью своевременного создания компактного банка расчетных и экспериментальных данных, необходимого для решения оптимизационных задач при создании и использовании АТС - с другой. В решаемой проблеме, противоречие возникает меаду необходимостью своевременной разработки полного комплекта качественных нормативов ТЭА и возможностью оперативного получения реализаций показателей нормируемых свойств АТС во всем диапазоне условий их использования. Ключевым обстоятельством, вызвавшим данные противоречия в обеих проблемах, явилось отсутствие единой методологической основы идентификации методов учета и оценки ВВФ и их классификаций, используемых при расчетах, испытаниях и эксплуатации АТС, поскольку именно это обстоятельство привело, в частности, к ряду нежелательных последствий (НИ) и проблемных ситуаций (ПС), требующих решения. Нежелательные последствия по данному важному обстоятельству проявились в том, что методики расчетов АТС и планомерных исследований не обеспечивают сопоставимость получаемых результатов и их обобщение, в связи с чем не обеспечивается своевременное создание банка расчетных и экспериментальных данных. Указанные НП создали вд проблемных ситуаций. При решении оптимизационных задач, например, не охватывается весь диапазон ВВФ предопределяемый назначением АТС, не обеспечивается оценка их эффективности во всем диапазоне условий эксплуатации.
Обстоятельства применения различных методов учета, оценки ВВФ и их классификаций при решении множества частных оптимизационных задач в процессе создания и использования АТС приводят к возникновению большого количества проблемных аспектов, что превращает этот вопрос в центральную (узловую) задачу обеих проблем.
Поэтому при анализе состояния проблемы обзор литературных"источников необходимо осуществлять по следующим трем направлениям: - работы, отражающие особенности учета и оценки ВВФ при теоретическом анализе эксплуатационных свойств АТС; - нормативно-технические материалы и исследования, содержащие методы моделирования ВВФ при испытаниях АТС и их агрегатов; - работы по типизации, систематизации и классификации условий эксплуатации АТС.
Характерной чертой современной науки является системный подход к изучению объектов исследования. Это означает, что исследователь выявляет не только свойства исследуемого объекта, но и старается понять способ связи его частей и подсистем, понять функции выполняемые каждым элементом /86/.
Изучение неразрывной связи всех сторон объекта или явления одно из основных требований диалектической логики. Чем больше сторон, особенностей объекта мы исследуем, тем глубже мы его познаем. Следовательно, для решения проблемы на основе системного подхода она должна быть детально развернута. Паспорт проблемы должен содержать все нежелательные последствия и проблемные ситуации, вызванные сложившимися обстоятельствами. Для выдвижения рабочей гипотезы и формулирования задач исследований необходимо установить полный набор задач проблемы.
Теоретические основы разработки комплексной количественной оценки внешних факторов
Выводы сделанные по обзору работ и задачи решаемой проблемы, приведенные в разделе 1.5, дают полный набор ограничений и формируют требования к межотраслевой системе учета и оценки ВВФ, что важно как для фундаментальной проблемы "Повышения качества и эффективности АТС, так и для решаемой проблемы, поскольку информационная база для решения оптимизационных задач в процессе создания и использования автомобилей имеет единые корни;
На основе упомянутых требований, важнейшими из которых являются: количественная оценка ВВФ, учет всех значимых факторов, снижение размерности факторного пространства, однозначность оценки условий и др., должна быть разработана система комплексной количественной оценки факторов (ККО ВВФ), содержащая методологию комплексных количественных показателей сложности характерных групп факто- і ров дорожных, транспортных, климатических.
Использование таких показателей резонно, ибо только таким путем ; можно учесть все многообразие ограничений, предопределяемых рабочей гипотезой и требованиями к межотраслевой системе учета оценки ВВФ.
Факторы внешней среды многообразны. По возможности управления их воздействием на автомобильные конструкции можно выделить три основные вида факторов: управляемые (уровень технической эксплуатации), частично управляемые (свойства водителя, запыленность воздуха) и учитываемые (дорожные, транспортные, климатические). Вопросы количественной оценки управляемых и частично управляемых факторов в настоящей работе не рассматриваются, поскольку это должно явиться темой отдельных исследований. Первоочередной задачей является разработка методов количественной оценки факторов, влиянием которых на реализацию эксплуатационных свойств невозможно управлять. Таким образом, дорожные, транспортные и климатические факторы составляют рассматриваемое пространство описаний внешних факторов - множества г — vj A t .
К дорожным факторам (подмножество Aj) относятся: число полос движения, ширина полосы движения проезжей части, обочин, земляного полотна, радиусы кривых в плане и вертикальных кривых, сложность в плане и вертикального профиля дороги, ровность и изношенность дорожного покрытия, перекосонагружающие свойства дороги (геометрические факторы); тип, прочность и шероховатость покрытия, сцепные свойства в продольной и поперечной плоскостях, загрязненность и наличие атмосферных осадков на покрытии (физические факторы); пропускная способность полосы движения, интенсивность движения, сложность дорожной обстановки, дорожные ограничения, видимость и освещенность дороги, место расположения дороги относительно городов и над уровнем моря ( условия движения).
К группе транспортных факторов (подмножество А2) относятся: использование грузоподъемности, пробега и прицепов, длина плеча перевозки, вид перевозимого груза, время в наряде, особенности погрузочно-разгрузочных работ и т.д.
Климатические факторы (подмножество А3) включают в себя температуру и влажность воздуха, атмосферное давление, колебания температуры и давления, скорость и направление ветра, интенсивность солнечной радиации и др.
Перечисленные признаки указывают на многомерность факторного пространства.
Воздействие факторов внешней среды на реализацию эксплуатационных свойств различных динамических систем АТС специфично.. Поэтому система их учета и оценки должна разрабатываться с учетом агрегатно-системного принципа /176/ и удовлетворять требованиям к решению оптимизационных задач или интерполяционных путем факторного эксперимента /2/,
Существуют два различных направления исследования влияния внешних факторов на реализацию эксплуатационных свойств динамических систем (агрегатов) АТС. Можно всесторонне исследовать механизм процесса и разработать его теорию, которая обеспечит решение всех оптимизационных и интерполяционных задач. Такой подход практически недоступен при достижении цели настоящей работы, так как сложность процесса не позволяет теоретически изучить его в какие-либо разумные сроки. Это предопределяет необходимость использования кибернетического принципа "черного ящика" (рис.2.1).
Обеспечение применения автоматизированных систем для комплексной количественной оценки внешних факторов
Приведенная в предыдущей главе систематизация эксплуатационных факторов дорожных, транспортных и климатических условий (табл.2.4-2.6; 2.18; 2.22) основывается на описательных характеристиках системных звеньев характерных групп факторов. Поэтому пользоваться значениями КИП, приведенными в упомянутых таблицах и источнике /31/ для оценки эксплуатационных факторов с применением автоматизированных информационно-вычислительных систем не совсем удобно.
В связи с этим целесообразно для облегчения применения ЭВМ при планировании экспериментальных исследований и обработке их результатов перейти от описательных характеристик системных звеньев к их буквенно-цифровому обозначению - кодированию - П. значними символами (кодами).
Буквенная часть кода служит для обозначения характерной группы факторов внешних условий:
ДОС - эксплуатационных факторов дорог общей сети и внутрипроизводственных дорог; ДКП - Эксплуатационных факторов карьерных дорог на подъемах; ДКС - эксплуатационных факторов карьерных дорог на спусках; ДТП - эксплуатационных факторов характерных участков горных дорог и специальных участков автополигонов на подъемах; ДТС - эксплуатационных факторов характерных участков перевальных горных дорог и специальных участков автополигонов на спусках; T - транспортных факторов; К - климатических факторов.
Цифровая часть кода отражает принятую типизацию групп значимых факторов условий испытаний и эксплуатации АТС. Каждая группа значимых факторов внешних условий (техническая категория дороги, рельеф местности, состояние дорожного покрытия по степени ровности и по погодному признаку - в характерной группе дорожных факторов; весовое состояние и длина плеча перевозки груза -в характерной группе транспортных факторов; температура воздуха атмосферное давление и относительная влажность - в характерной группе климатических факторов) обозначается числом, соответсвую-щим номеру типа рассматриваемой группы значимых дорожных, транспортных или климатических факторов.
Цифровая часть кода системного звена дороги общей сети состоит из последовательно расположенных пяти пар цифр: - первая пара цифр соответствует номеру технической категории дорог общей сети и приравненных к ним внутрипроизводственных дорог (01-05, табдд#2.1)или обозначает тип грунта естественных грунтовых дорог Ш—с категории (06- супесь, 07 - суглинок, 08 - песок); - вторая пара цифр обозначает тип рельефа местности (равнинный -01, слабохолмистый - 02, холмистый - 03, гористый - 04, горный - 05); - третья пара цифр обозначает тип состояния покрытия дороги по погодному признаку (сухое - 01, мокрое - 02, покрытое снегом - 03); - четвертая пара цифр обозначает тип состояния покрытия дороги по степени ровности (ровное - 01, малоухабистое - 02, средне ухабистое - 03, ухабистое - 04); 175 - пятая пара цифр соответствует номеру типа условий движения АТС по уровню помехонасыщенности (01-06, табл. 2.14).
Цифровая часть кодов системных звеньев характерных участков горных перевальных дорог и специальных участков автополигонов также состоит из последовательно расположенных пяти пар цифр: - первая пара цифр соотвеакзтвует номеру технической категории дорог общей сети (01-05, табл.П.2.1); - вторая пара цифр обозначает тип состояния покрытия дороги по степени ровности (01 - ровное покрытие, 02 - малоухабистое покрытие); - третья пара цифр обозначает тип состояния покрытия дороги по погодному признаку (01 - сухое, 02 - мокрое, 03 - покрытое снегом); - четвертая пара цифр соответствует предельному продольному уклону маршрута движения АТС (предельный продольный уклон 0,04 -01; 0,06 - 02; 0,08 - 03; 0,10 - 04); - пятая пара цифр соответствует среднему продольному уклону на маршруте движения АТС (средний продольный уклон 0,01 - 01; 0,02 - 02; 0,03 - 03; 0,04 - 04; 0,05 - 05; 0,06 - 06).
Принципы цифрового кодирования системных звеньев карьерных дорог аналогичны описанным выше. Последовательно расположенные пять пар цифр отражают сочетания значимых факторов карьерных дорог: - первая пара цифр обозначает вид покрытия дороги (01 - черное шоссе, 02 - булыжник, 03 - гравий, 04 - грунт улучшенный); - вторая пара цифр обозначает тип состояния покрытия дороги по степени ровности (01 - ровное покрытие, 02 - малоухабистое покрытие);
Формирование компактного банка экспериментальных данных и анализ результатов
Приведенные в предыдущих разделах теоретические основы и методики позволяют решить задачу создания компактного банка экспериментальных данных, представленного как в виде частных зависимостей, так и в виде многофакторных моделей, отражающих совокупное влияние всех внешних факторов на реализацию исследуемых свойств.
Кроме того, принятые для экспериментальных исследований характеристики (раздел 4.1), позволили расчитать ряд показателей эксплуатационных свойств АТС, необходимых для решения задач проблемы.
Обобщающей характеристикой режима нагруженжя двигателя, например, является работа, совершаемая им на единицу пути АТС/106/ (удельная работа). Величина удельной работы, совершаемой двигателем автомобиля для заданных сочетаний ВВФ определена: н \000Hd = Г" (4 3) где Сі ці- средняя удельная работа, совершаемая двигателем АТС при -м сочетании ВВФ, Дж/м; L - средняя мощность, развиваемая двигателем АТС при і -м сочетании ВВФ, кВт; у і - средняя техническая скорость АТС при I -м сочетании ВВФ, м/с. Используя выражения 2.42 и 4.3 можно определить средние значения крутящего момента двигателей АТС для различных сочетаний ВВФ и получить соответствующие одно- и многофакторные зависимости. где М - средний крутящий момент двигателя АТС при I -м сочетаний ВВФ, Н.м; И , - среднее удельное число оборотов коленчатого вала Li двигателя при I -м сочетании ВБФ, об/м; Єі і - те же, что и выражении 4.3. Удельная производительность АТС по расходу топлива/262/опре деляется: W=( uVcp)/Qs , (4,5) где W - удельная производительность АТС, 100 тн кыг/лч; уу\а - полная масса автомобиля, т; ус - средняя скорость чистого движения, км/ч; Qs " средний расход топлива, л/км.
Экпериментальные и расчетные данные, обработанные методом дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа, представлены в приложении 6. В табл. П.6.1, П.6.2 ж П.6.4 приведены частные зависимости показателей эксплуатационных свойств АТС соответственно от значеній комплексных измерителей характерных групп внешних факторов (Кд, Ктр, Ккл). Интервалы варьирования и соответствующие им фиксированные значения КИП, принятые в процессе исследований, обозначены в примечании к табл. П.6.І, П.6.3 и П.6.5. Частные зависимости аппроксимированы выражениями вида: у= а0+ ctiX + CM2) (4.6) где V - значение измерителя исследуемого свойства АТС; у - значение интегрального показателя характерных групп внешних факторов; & Ді. - коэффициенты аппроксимирующей зависимости. Абсолютные величины коэффициентов парной корреляции моделей реализации различных свойств АТС достаточно велики и находятся в пределах: 0,93 - 0,99 для дорожных условий (табл. П.6.1); 0,69 -0,94 для транспортных ВВФ (табл. 1.6.2) и 0,71 - 0,94 для климатических факторов (табл. П.6.4). Это свидетельствует о сильной, а в ряде слзгчаев и приближающейся к полной корреляционной связж показателей эксплуатационные свойств АТС с величинами показателей сложности характерных групп ВВФ (Кд, Ктр, Ккл).
Сравнение фактических и табличный значений критериев достоверности (существенности) коэффициентов корреляции позволило установить, что для показателей функциональных и технико-экономических свойств по всем шкалам КИП корреляционная еавязь достоверна на уровне значимости 0,05, а по свойствам надежности на уровне значимости 0,1.
Комплексная оценка ВВФ позволила представить результаты исследований в виде функций от соответствующих шкал КИП. На рис. 4.3-4,5 в качестве примеров приведены частные зависимости реализации свойств АТС всех трех групп от значений Кд, KTD, Ккл.
Ранее автором опубликованы результаты экспериментальных исследований/28/ по расходу топлива, скорости движения, времени использования передач КПП и ресурса двигателей автопоезда ЗИІ-І57+ 2Р8, а также экономическим срокам службы автомобилей КрАЗ-256Б, которые представлены функциями от Кд. В работе/30/аналогичным образом дана реализация топливно-скоростных свойств автосамосвалов БелАЗ-548А. Результаты исследований ресурса деталей агрегатов автомобилей КамАЗ приведены в отчете по НИР/102/, выполненной под руководством и при участии автора.
