Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ I. Основы построения технологических процессов эксплуатационного контроля в системе технического обслуживания (то) сельскохозяйственных машин 14
Глава I. Эксплуатационный контроль в системе технического обслуживания (состояние проблемы, цель и задачи исследования) 14
1.1. Состояние техники и показатели качества механизированных процессов * 14
1.2. Пути повышения качества механизированного процесса 33
1.3. Требования к системе технического обслуживания сельскохозяйственной техники (состояние
и пути совершенствования системы ТО) 37
1.4. Анализ методов построения эксплуатационного контроля в системе технического обслуживания машин 45
1.4.I. Направления развития перспективных вариантов системы ТО 45
.1.4.2. Издержки регламентного обслуживания 47
1.4.3. Непрерывный и дискретный контроль опреде-ляющего параметра технического состояния .
1.4.4. Анализ методов и технических средств контроля 61
1.4.5. Основные задачи и программа исследований ?0
ГЛАВА II Методические основы проектирования технических средств 74
2.1. Задача оптимального проектирования технических средств контроля в системе ТО 74
2.2. Методы определения функциональных ограничений и критериев качества технических
средств контроля 81
2.2.1. Применение вероятностных моделей измене ния технического состояния элементов машин 81
2.2.2. Алгоритмы определения издержек регламентного обслуживания без контроля 86
2.2.3. Алгоритмы определения издержек регламентного. и непрерывного контроля 91
2.2.4. Алгоритмы определения издержек обслуживания при плановом контроле с прогнозированием сроков проведения последующих операций 96
2.3. Результаты экспериментальных исследований по определению характеристик технических средств контроля -05
2.3.1. Получение опытных данных по динамике параметров состояния в условиях эксплуатации машин . Ю5
2.3.2. Определение стоимостных показателей процессов обслуживания элементов машин .ИЗ
РАЗДЕЛ II. Обоснование и разработка методов и технических средств эксплуатационного контроля технического состояния машин .124
ГЛАВА 3. Теоретическое обоснование динамического метода контрольно-диагностических ' испытаний
3.1. Теоретические предпосылки для обоснования способов контроля энергетических и топливных показателей МТА д А 124
3.1.1. Обоснование способов и алгоритмов контроля энергетических показателей МТА .124
3.1.2. Обоснование способов контроля топливных показателей 132
3.1.3. Обоснование оперативных способов диагностирования с целью поиска дефектов 141
3.1.4. Способы практической реализации динамического метода, энергетических и топливных показателей МТА .
3.2. Исследования по обоснованию диагностических моделей объектов контроля J67 '
3.2.1. Разработка моделей диагностических сигналов .
3.2.2. Обоснование методов обработки диагностических сигналов Ї85
3.2.3. Применение динамической модели ДВС и МТА для диагностических целей -Рб
3.3. Исследования по обоснованию точности оценки энергетических показателей
3.3.1. Влияние изменяющихся факторов на диагностические сигналы 300
3.3.2. Влияние времени усреднения сигнала на погрешность измерения ускорения 319
3.3.3. Потенциальная точность и разрешающая способность динамического метода 233
ГЛАВА 4. Экспержштальные исследования динамического метода контроля 239
4.1. Некоторые методические особенности исследования ДВС и МТА в неустановившихся режимах диагностических испытаний 239
4.2. Проверка адекватности модели 249
4.3. Исследования способов оценки мощностных и топливных показателей двигателей машин ?56
4.4. Исследование способов оценки мощности и герметичности отдельных цилиндров ?5
4.5. Влияние параметров технического состояния на динамические характеристики ДВС 291
4.6. Исследование способа определения сопротив ления машин 297
ГЛАВА 5. Практйческая реализация разработок и эксперменталъная проверка эфсжктивности их использования в системе то машин 303
5.1. Технические средства для контроля энергетических и топливных показателей 303
5#2. Технические средства для контроля потребности в проведении простейших операций ТО 323
5.3. Совершенствование организационно-технологической структуры системы ТО, производственная проверка и экономическая эффективность разработок 329
Заключение и основные выводы 344
Список использованных источников
- Состояние техники и показатели качества механизированных процессов
- Задача оптимального проектирования технических средств контроля в системе ТО
- Теоретические предпосылки для обоснования способов контроля энергетических и топливных показателей МТА д А
- Некоторые методические особенности исследования ДВС и МТА в неустановившихся режимах диагностических испытаний
Введение к работе
Повышение благосостояния советского народа - основное направление внутренней политики КПСС и успешное претворение этой политики в жизнь во многом определяется уровнем развития сельскохозяйственного производства. Еще на мартовском (1965 года) Пленуме ЦК КПСС определился курс партии и правительства на увеличение капиталовложений в сельское хозяйство, на укрепление его материально-технической базы и совершенствование механизма планирования и экономического стимулирования. Установки мартовского Пленума ЦК КПСС, развитые рядом последующих Пленумов и ХНУ...ХХУІ съездами КПСС, составили основу современной аграрной политики партии. В результате этого обеспечено существенное наращивание производства продуктов питания. Вместе с тем, непрерывно возрастающие потребности населения приводят к необходимости дальнейшего увеличения темпов роста производства сельскохозяйственной продукции и особенно продуктов питания. Продовольственная проблема все еще стоит на повестке дня, и пути решения этой проблемы определены в программных документах партии, утвержденных майским (1982 года) Пленумом ЦК КПСС |_I, 2J. В этих документах сформулировано требование дальнейшего повышения эффективности работы как сельского хозяйства, так и связанных с ним отраслей промышленности, решительного перехода на преимущественно интенсивные факторы роста. С целью успешного выполнения поставленных задач значительно увеличиваются направляемые в сельское хозяйство капиталовложения. В двенадцатой пятилетке оно получает около трети от общего ^объема капиталовложений во все народное хозяйство. Основные производственные фонды в сельском хозяйстве увеличиваются в 1,5 раза, энергетические мощности в 1,6 раза. В текущем десятилетии селу будет поставлено 3740-3780 тыс. тракторов, 1170 тыс. зерновых комбай-
7 нов на сумму 67-70 миллиардов рублей различных сельскохозяйственных машин.
Для того, чтобы получить нужную отдачу от указанных мероприятий, необходимо правильно использовать все, что получает сельское хозяйство. Это особо отмечается в материалах майского (1982 года) Пленума ЦК КПСС, где указывается, что "колхозы и совхозы недодают много продукции вследствие еще недостаточного уровня комплексной механизации сельскохозяйственного производства, плохой эксплуатации и низкого качества многих видов сельскохозяйственной техники", и необходимо "гораздо лучше, чем сейчас, использовать машины и удобрения, все, чем располагает и будет располагать сельское хозяйство" [2].
В соответствии с разработанной Коммунистической партией программой дальнейшего развития технической базы сельского хозяйства, являющейся одной из важнейших составных частей комплексной продовольственной программы страны, колхозы и совхозы перевооружаются на основе энергонасыщенных, высокопроизводительных, но в то же время, сложных и дорогостоящих машин.
Бесперебойная и эффективная работа новых машин в производстве невозможна без четко отлаженной и правильно.функционирующей системы обеспечения их работоспособности. А поскольку темпы технического перевооружения хозяйств значительно опережают темпы совершенствования этой системы как в научном, так и производственных аспектах, она не может в условиях современного производства качественно выполнять возложенные на нее функции. Поэтому на практике в условиях хозяйств потенциальные возможности новой техники используются не полностью и показатели, характеризующие качество ее работы, значительно ниже значений, предусмотренных нормативной документацией. Машинно-тракторные агрегаты (МТА) имеют низкую производительность, из-за чего затягиваются сроки
выполнения операций и теряется производимый продукт, перерасходуют горючесмазочные материалы, нерационально расходуют ресурс, требуют больших затрат труда и денежных средств на восстановление работоспособности.
Возникла проблема эффективного использования сельскохозяйственной техники, которая в настоящее время является одной из важнейших государственных проблем. Для ее решения необходимо научно обосновать, разработать и внедрить в производство принципиально новые методы и технологии обеспечения работоспособности машин, поэтому исследования по затронутым вопросам актуальны.
Так как показатели качества механизированных процессов ухудшаются вследствие изменения во времени тех основных параметров технического состояния МТА, с которыми эти показатели функционально связаны, следует своевременно, т.е. тогда., когда последние, изменяясь, достигнут предельного уровня, привести их в нормальное состояние. То есть, в процессе эксплуатации машин их состоянием необходимо управлять, и это управление осуществляется с помощью системы технического обслуживания и ремонта, в которой подсистема технического обслуживания для поставленных целей имеет главенствующее значение.
Действующая в настоящее время планово-предупредительная система технического обслуживания предусматривает контроль значений параметров технического состояния и восстановление этих значений до нормального уровня в случае, если в процессе контроля обнаружится, что параметр вышел за пределы допуска. Общепризнано, что и в дальнейшем система ТО должна совершенствоваться и развиваться на той же основе путем включения в нее новых, не предусмотренных ранее операций контроля. С этой целью создаются новые и постоянно совершенствзгются существующие технические контрольно-измерительные
средства.
Однако, пока еще нет единого наз^чно-обоснованного подхода
к проектированию процессов эксплуатационного контроля и отработанных методов расчета основных характеристик системы ТО с их применением. Отсутствуют также совершенные методы определения рациональных технических требований к устройствам контроля. Поэтому зачастую новые средства создаются без должного обоснования на интуитивной основе и включаются в систему ТО в неоптимальных режимах функционирования.
Возникает потребность в создании более совершенных, научно-обоснованных методов проектирования технологических процессов 'эксплуатационного контроля, для чего необходимо разработать и обосновать методики определения характеристик технических средств с учетом требований, предъявляемых к ним системой ТО, создать на основе оригинальных технических предложений оперативные устройства контроля и усовершенствовать с их применением организационно-технологическую структуру системы ТО. Совокупность поставленных вопросов представляет собой комплекс научных положений, определяющих основы проектирования технологических процессов эксплуатационного контроля в системе ТО и является теоретическим обобщением и решением крупной научной проблемы..
В процессе поиска основных направлений решения этой проблемы было показано, что целесообразно развивать наметившиеся тенденции к обоснованию и преимущественному включению в технологический процесс ТО интенсивных режимов контроля, принципиально позволяющих исключить потери за счет резкого снижения энтропии технического состояния элементов машин в момент их обслуживания.
Такими режимами, как перспективными, определены: для быст-ростареющих элементов периодическое измерение обобщающих параметров с межконтрольным периодом, несоизмеримо меньшим среднего ресурса элемента (в наилучшем варианте - непрерывный контроль с автоматической фиксацией момента предельного состояния); для элемен-
10 тов с относительно большим средним ресурсом - непериодическое, плановое измерение определяющего параметра;первое в сроки, когда вероятность отказа еще незначима, дальнейшее в сроки, рассчитываемые по результатам предшествующего контроля.
По результатам контроля обобщающего параметра, при выходе его за допустимые пределы производится поиск дефектов путем диагностических проверок частных параметров.
Эксплуатационный контроль многих элементов МТА системой ТО вообще не предусмотрен из-за отсутствия приемлемых для этих целей устройств, а имеющиеся средства контроля целого ряда параметров, влияющих на показатели качества механизированных процессов (например, мощности двигателя, тягового сопротивления машин, расхода топлива, КПД, наличия смазки в узлах, степени засоренности фильтров и т.д.), в новых режимах интенсивного функционирования ; еще недостаточно эффективны, поскольку они сложны, трудоемки или неточны. Поэтому возникла необходимость разработки принципиально новых методов контроля перечисленных параметров, которые явились бы основой создания быстродействующих технических средств, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к ним системой ТО.
В процессе решения этого вопроса для контроля энергетических и топливных показателей разработан динамический метод диагностических испытаний МТА, основанный на использовании переходных режимов работы машин, а тдля интенсивного контроля показателей, от которых существенно зависит ресурс узлов и агрегатов (наличие смазки, охлаждающих жидкостей, степень засоренности фильтров и т.д.) - оперативные способы, предполагающие использование встроенных в узлы простейших прозрачных указателей и более сложных электрических датчиков, связанных с бортовым преобразующгоя устройством, обеспечивающим обработку.сигналов от датчиков в автоматизированном режиме по заданным алгоритмам.
С использованием указанных способов и устройств усовершенствована организационно-технологическая структура системы ТО, в которой значительная часть операций контроля быстроизменящихся и жизненноважных параметров состояния машин проводится в соответствии с предложенной схемой его построения. При этом обеспечивается своевременное обслуживание контролируемых узлов машин и за счет этого резкое сокращение потерь продукции и затрат на ее производство.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (СибйМЭ). Темы: "Разработать и исследовать организационные формы и технологии технического обслуживания и ремонта МТП с применением средств диагностики" (проблемы 16.17. и 0.51.682 координационного плана МСХ СССР и Нархоз-плана); "Разработать научные основы проектирования системы технического обслуживания МТП в колхозах и совхозах Сибири на основе полной специализации и использования оперативных методов и средств управления технологическими процессами (Р.36.03, Гос. $ 78006931); "Разработать и внедрить более совершенные технологические процессы и средства технического обслуживания сельскохозяйственной техники и автомобилей колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий" (проблема OCX. 108 координационного плана МСХ СССР, теш OCX.108.05.02, Гос. } 045052).
Научная новизна полученных результатов состоит в разработке совокупности выносимых на защиту научных положений, определяющих основы построения технологических процессов эксплуатационного контроля в системе ТО на базе универсальных и оперативных технических средств. При этом выявлены закономерности формирования потерь при различных режимах функционирования контроля и с учетом этого предложена и обоснована схема его построения и фунт-
ционирования, которая в принципе сохраняя планово-предупредительный характер системы ТО, позволяет своевременно проводить операции обслуживания.
Разработана методика определения оптимальных характеристик технических средств контроля с учетом требований, предъявляемых к ним системой ТО. С ее использованием определены оптимальные характеристики средств контроля важнейших узлов и агрегатов машин.
Установлены взаимосвязи между энергетическими возможностями МТА и параметрами его неустановившегося движения. С учетом выявленных закономерностей предложен и обоснован новый динамический метод диагностических испытаний машин. На его основе разработаны бестормозные способы определения в эксплуатационных условиях энергетических и топливных показателей МТА. Выявлены закономерности формирования диагностического сигнала в тестовых режимах диагностических испытаний машин и с их использованием разработаны методы расчета оптимальных характеристик технических средств контроля.
Материалы исследований в период с 1968 по 1983 гг. докладывались и обсуждались на научных конференциях СибИМЭ, ГОСНИТИ, Новосибирского, Иркутского СХИ, ЧИМЗСХа, ЛСХИ и других научных учреждений страны, на координационных совещаниях МСХ СССР и Госкомсельхозтехники СССР, на научно-технических советах МСХ СССР, Госкомсельхозтехники СССР, МСХ РСФСР, Новосибирского областного производственного управления сельского хозяйства и Новосибирского областного объединения Госкомсельхозтехника, на Всесоюзных и региональных научно-производственных конференциях по проблемам технического обслуживания машинно-тракторного парка.
Значительная часть научно-исследовательских работ проводилась на основе хозяйственных договоров и договоров о творческом сотрудничестве с АвтоЗИЛом, Кировским, Павлодарским тракторными
ІЗ заводами, Волгоградским моторншл заводом и другими организациями, і Проведению работы, потребовавшей большого объема экспериментальных исследований, организации различного уровня производственных проверок, серийного выпуска и внедрения разработок, в значительной степени способствовало постоянное внимание и помощь со стороны руководства Президиума СО ВАСХНШІ, Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства, Новосибирского областного производственного управления сельского хозяйства и Новосибирского областного объединения Госкомсельхозтехника.
Работа выполнялась в тесном творческом содружестве с ГОСНИТИ, и автор благодарит доктора технических наук, профессора Михлина В.М. и сотрудников руководимой им лаборатории за методическую помощь и постоянное содействие в вопросах организации испытаний и серийного выпуска разработанных диагностических средств.
Автор выражает признательность и благодарность Змановско-му Вл.А. и Змановскому Вик.А., которые в идейном и практическом плане значительно способствовали формированию выбранного направления исследований, а также своим коллегам и аспирантам: Воронину Д.М., Голиченко В.И., Добролюбову И.П., Дролову Л.В., Клейну А.Т., Моносзону А.А., Радченко Ю.Г., Рузанкину А.Ф., Самойлову СВ., Синему В.Ф., Уткину А.П. и другим сотрудникам СибЖЭ, оказавшим действенную помощь в процессе выполнения работы.
Состояние техники и показатели качества механизированных процессов
Значительное увеличение энерговооруженности сельского хозяйства в основном на базе применения новых, сложных и дорогостоящих энергонасыщенных тракторов и комбайнов создает в потенциале необходимые предпосылки для обеспечения требуемого уровня интенсификации производства. Однако многие принципы, заложенные в основу существующих методов обеспечения работоспособности новых машин в условиях хозяйств уже не соответствуют возросшим требованиям производства, не позволяют организовать использование техники с должной отдачей. В результате ожидаемый прирост производительности труда на практике не достигается и упускаются значительные возможности увеличения количества производимой продукции. Кроме того, наблюдается тенденция к увеличению себестоимости продукции за счет больших затрат на содержание техники. Как известно, к концу десятой пятилетки эти затраты превысили в целом по стране 5 миллиардов рублей [3,4,5,6].
Например, в процессе выполнения основных работ наблюдаются значительные простои МТА, достигающие на пахоте до 35$, а на уборке урожая до 50$ всего рабочего времени [7]. В 1976 году по УССР по техническим причинам простои тракторов T-I50K составили в сумме свыше 600 тыс. тракторо-дней [в]. В среднем за весь производственный цикл по.-стране в 1977 году в колхозах и совхозах простои тракторов составили 13$ рабочего времени [9]. В результа те годовая наработка тракторов низка и, например, для многих хозяйств Западной Сибири для К-700 составляет 2200-2400 эт.га [ю]. Если учесть, что потери от простоя МТА составляют в среднем 9-12 руб/ч., а в пиковые периоды у энергонасыщенных МТА с тракторами типа К-700 - 40...50 руб. в час [її], то нетрудно представить себе, какие убытки несет вследствие этого сельское хозяйство.
Себестоимость тракторных ;работ непрерывно возрастает. Так, в 1963 году ее значение составляло в среднем 2,7 руб/эт.га, в 1967 - 3,7 руб/эт.га, в 1975 - 4,68 руб/эт.га [12].
В то же время наблюдается снижение сменной, дневной и годовой выработки тракторов. По РСФСР в 1971 г. годовая выработка.составила 77$, дневная - 47$, сменная - 61$ (относительно выработки в 1955 году) [ІЗ, 14]. По Новосибирской области в 1975 г. в среднем по всем маркам тракторов сменные задания недовыполнялись на 15$ [15].
Из приведенных данных следует, что проблема эффективного использования сельскохозяйственной техники еще существует, поэтому работы, направленные на ее решение, являются актуальными.
Разработке научных основ высокопроизводительного и эффективного использования сельскохозяйственной техники посвящены труды отечественных ученых Г.В. Веденяпина, Ф.С. Завалишина, С.А. Иофи-нова, Ю.К. Киртбая, В.А. Линтварева, Б.С. Свирщевского, А.И.Селиванова, И.Е. Ульмана и др. [16...24]. В них рассмотрены резервы повышения производительности труда при выполнении механизированных операций, сформулированы основные положения системы производственной и технической эксплуатации машинно-тракторных агрегатов, обобщены материалы по производственному опыту использования техники.
Крупные вопросы организации использования машин и управления механизированным производством решены в работах Акчури на А.Г., Исанчурина Р.А., Каплуна Г.П., Лазовского В.В., Путин-цевойМ.А., Рунчева М.С. [25...30]. Новые направления в области технического обслуживания и ремонта машинно-тракторного парка с применением диагностирования освещены в работах Ждановского Н.С., Змановского В.А., Михлина В.М., Николаенко А.В., Павлова Б.В., Пасечникова Н.С., Терских Й.ЇЇ., Улитовского Б.А., Черепанова С.С. и др. [ЗІ...39]. Имеется большое количество работ, направленных на решение отдельных частных, но весьма важных вопросов эксплуатации МТП, большой интерес среди них представляют работы, каким-либо образом дающие научно-обоснованные подходы к совершенствованию системы эксплуатации машин с учетом постоянно совершенствующейся техники и специфики отдельных зон сельскохозяйственного производства [40...50].
Анализируя перечисленные работы, можно заключить, что наукой постоянно ведется поиск новых путей совершенствования сложившейся системы машиноиспользования и накоплен значительный потенциал знаний, необходимых при проектировании механизированных процессов производства продукции. Результаты этих работ положены в основу действующих ныне руководящих и нормативных материалов по рациональному использованию техники в колхозах и совхозах страны. Созданы аналитические методы проектирования, ставящие своей целью получение рациональных характеристик технологических процессов.
Большое внимание в последнее время уделяется вопросам оптимизации характеристик системы эксплуатации МТП, предполагающей обоснование таких параметров механизированных процессов, которые выполнялись бы с наименьшими потерями трудовых и материальных ресурсов [5І...53].
Задача оптимального проектирования технических средств контроля в системе ТО
Значительное увеличение энерговооруженности сельского хозяйства в основном на базе применения новых, сложных и дорогостоящих энергонасыщенных тракторов и комбайнов создает в потенциале необходимые предпосылки для обеспечения требуемого уровня интенсификации производства. Однако многие принципы, заложенные в основу существующих методов обеспечения работоспособности новых машин в условиях хозяйств уже не соответствуют возросшим требованиям производства, не позволяют организовать использование техники с должной отдачей. В результате ожидаемый прирост производительности труда на практике не достигается и упускаются значительные возможности увеличения количества производимой продукции. Кроме того, наблюдается тенденция к увеличению себестоимости продукции за счет больших затрат на содержание техники. Как известно, к концу десятой пятилетки эти затраты превысили в целом по стране 5 миллиардов рублей [3,4,5,6].
Например, в процессе выполнения основных работ наблюдаются значительные простои МТА, достигающие на пахоте до 35$, а на уборке урожая до 50$ всего рабочего времени [7]. В 1976 году по УССР по техническим причинам простои тракторов T-I50K составили в сумме свыше 600 тыс. тракторо-дней [в]. В среднем за весь производственный цикл по.-стране в 1977 году в колхозах и совхозах простои тракторов составили 13$ рабочего времени [9]. В результа те годовая наработка тракторов низка и, например, для многих хозяйств Западной Сибири для К-700 составляет 2200-2400 эт.га [ю]. Если учесть, что потери от простоя МТА составляют в среднем 9-12 руб/ч., а в пиковые периоды у энергонасыщенных МТА с тракторами типа К-700 - 40...50 руб. в час [її], то нетрудно представить себе, какие убытки несет вследствие этого сельское хозяйство.
Себестоимость тракторных ;работ непрерывно возрастает. Так, в 1963 году ее значение составляло в среднем 2,7 руб/эт.га, в 1967 - 3,7 руб/эт.га, в 1975 - 4,68 руб/эт.га [12].
В то же время наблюдается снижение сменной, дневной и годовой выработки тракторов. По РСФСР в 1971 г. годовая выработка.составила 77$, дневная - 47$, сменная - 61$ (относительно выработки в 1955 году) [ІЗ, 14]. По Новосибирской области в 1975 г. в среднем по всем маркам тракторов сменные задания недовыполнялись на 15$ [15].
Из приведенных данных следует, что проблема эффективного использования сельскохозяйственной техники еще существует, поэтому работы, направленные на ее решение, являются актуальными.
Разработке научных основ высокопроизводительного и эффективного использования сельскохозяйственной техники посвящены труды отечественных ученых Г.В. Веденяпина, Ф.С. Завалишина, С.А. Иофи-нова, Ю.К. Киртбая, В.А. Линтварева, Б.С. Свирщевского, А.И.Селиванова, И.Е. Ульмана и др. [16...24]. В них рассмотрены резервы повышения производительности труда при выполнении механизированных операций, сформулированы основные положения системы производственной и технической эксплуатации машинно-тракторных агрегатов, обобщены материалы по производственному опыту использования техники.
Крупные вопросы организации использования машин и управления механизированным производством решены в работах Акчури на А.Г., Исанчурина Р.А., Каплуна Г.П., Лазовского В.В., Путин-цевойМ.А., Рунчева М.С. [25...30]. Новые направления в области технического обслуживания и ремонта машинно-тракторного парка с применением диагностирования освещены в работах Ждановского Н.С., Змановского В.А., Михлина В.М., Николаенко А.В., Павлова Б.В., Пасечникова Н.С., Терских Й.ЇЇ., Улитовского Б.А., Черепанова С.С. и др. [ЗІ...39]. Имеется большое количество работ, направленных на решение отдельных частных, но весьма важных вопросов эксплуатации МТП, большой интерес среди них представляют работы, каким-либо образом дающие научно-обоснованные подходы к совершенствованию системы эксплуатации машин с учетом постоянно совершенствующейся техники и специфики отдельных зон сельскохозяйственного производства [40...50].
Анализируя перечисленные работы, можно заключить, что наукой постоянно ведется поиск новых путей совершенствования сложившейся системы машиноиспользования и накоплен значительный потенциал знаний, необходимых при проектировании механизированных процессов производства продукции. Результаты этих работ положены в основу действующих ныне руководящих и нормативных материалов по рациональному использованию техники в колхозах и совхозах страны. Созданы аналитические методы проектирования, ставящие своей целью получение рациональных характеристик технологических процессов.
Большое внимание в последнее время уделяется вопросам оптимизации характеристик системы эксплуатации МТП, предполагающей обоснование таких параметров механизированных процессов, которые выполнялись бы с наименьшими потерями трудовых и материальных ресурсов [5І...53]. Примерно такое же определение применимо и для функциональных ограничений использования технических средств, предназначенных для контроля частных параметров, с той лишь разницей, что здесь численные значения ограничений представляют собой потери , связанные с излишними затратами на техническое обслуживание ряда элементов машин, которые могли бы быть исключены из числа обслуживаемых в результате контрольных проверок при поиске дефектов.
Вместе с функциональными ограничениями необходимо знать критерии качества Ф± , представляющие собой обобщенные характеристики технических средств, по которым проектировщик (конструктор) системы судит об их эксплуатационных качествах. Критериями качества могут выступать множество различных показателей устройств. Учитывая специфику механизированных процессов для целей системы ТО, приемлемо ограничиться несколькими главными - это достоверность контроля Ф , оперативность контроля 0 и стоимость проведения операций контроля Фс [215, 21б]. Перечисленные критерии являются обобщающими. Они коррелированы с качеством устройств, что при прочих равных условиях позволяет считать лучшим такое устройство, для которого больше или меньше значение Ф;.
Для существующих устройств значения ф определены их паспортными характеристиками. Для вновь создаваемых конструктор может задавать параметры так, что они могут изменять Ф . Если задан всего один критерий, то наилучшим будет такой набор параметров, при котором значение Ф оптимально. Если критериев несколько, как это имеет место в нашем случае, не существует такого набора параметров устройства, который бы оптимизировал все критерии одновременно. Поэтому выбор наилучшего решения всегда связан с компромиссам.
Существует несколько подходов к решению задач оптимального проектирования. В [214], например, рассматривается три весьма распространенных подхода к решению таких задач, предусматривающих или последовательную оптимизацию всех критериев или оптимизацию главного из многих критериев,или замену многих критериев единым. Не вдаваясь в суть всех трех методов, остановимся на последнем, на наш взгляд, наиболее простом с позиций реализации и достаточно точном. Речь идет о получении единого критерия, например, путем построения функции ценности (потерь) 1/П1,(Ф/--- ), отражающей условие предпочтения
в том случае, когда вариант А"устройства со значением критериев Ф[(Я) = Фі , по мнению конструктора, более предпочтителен, чем вариант А со значениями критериев Ф; (rf J-Фі» При известной функции %1(Ф) задача о выборе наилучшего варианта сводится к определению максимума (минимума) такой функции. Таким образом, имея необходимые методы расчета значений Ф- возможных параметров проектируемого средства и методы вычисления значения единого критерия Уох(Ш а также методы определения функциональных ограничений, можно научно обосновать оптимальный вариант функционирования в системе ТО известных или вновь проектируемых технических средств контроля.
Теоретические предпосылки для обоснования способов контроля энергетических и топливных показателей МТА д А
Выше отмечалось, что для определения численных значений . издержек необходимо иметь значения стоимостных показателей, определяющих потери от отказа и , недоиспользования ресурса а , затраты на разовый контроль и проведения операции возобновления годности элемента Сл .
Методы определения этих показателей в принципе разработаны и обобщены применительно к задачам оптимизации контроля и диагностирования машин в [33, 219, 230].
Вместе с тем, из-за отсутствия приемлемых для практического использования методов определения потерь от эксплуатации машин в условиях отказа отдельных их элементов (здесь речь идет о разновидности непрерывных издержек, описанной в 2.1, когда отказ отдельного элемента не приводит к отказу МТА в целом, а лишь вызывает ухудшение показателей качества механизированного процесса) при определении издержек возникают определенные трудности. Дело в том,, что зависимость Я{Щ издержек от значения параметра состояния может быть получена только путем экспериментальных исследований, предполагающих получение выходных характеристик механизированного процесса (энергетических, топливных или ресурсных показателей) в зависимости от значения параметра U . А определить эти характеристики путем прямых измерений не всегда возможно в организационном и техническом плане. Например, чтобы определить как много увеличится интенсивность износа основных деталей двигателя при отказе масляного фильтра,необходимо эксплуатировать достаточно большое (в статистическом смысле) количество машин с отказавшими фильтрами, делая при этом периодические замеры параметров состояния элементов двигателя. То же необходимо проделать и при определении увеличения скорости износа подшипников и шестерен при полном вытекании из их корпусов смазки, или при желании оценить степень повышения износа ЦПГ двигателя при эксплуатации МТА с завышенным расходом топлива.
Перечень подобных примеров можно было бы продолжить, однако и без того ясно, что провести активный эксперимент подобного рода в условиях рядовой эксплуатации машин практически невозможно, а организовать специально износные испытания большого количества дорогих и сложных машин очень трудно да и вряд ли экономически целесообразно.
Возникает необходимость разработки методик, позволяющих достичь поставленной цели более простыми путями, используя в качестве объектов наблюдений множество МТА, работающих в условиях обычной эксплуатации.
Рассмотрим один из возможных способов определения потерь, связанных с работой машин в условиях отказа отдельных ее элементов, который свободен от указанных недостатков. Исходя из природы возникновения потерь, суть которой изложена в 2.2.2, издержки, связанные с работой МТА в условиях отказа элемента (издержки позднего обслуживания) возникают вследствие того, что в промежутке времени между началом эксплуатации Ьа и моментом обслуживания h g элемент какую-то часть времени работает с параметром состояния, превышающем допустимые пределы, т.е. находится в состоянии отказа. При этом скорость изменения параметров состояния узлов машины, нормальная работа которых обеспечивается исправностью регулярно обслуживаемого элемента, много выше, чем скорость их изменения в нормальных условиях работы машины.
Таким образом, состояние регулярно обслуживаемого элемента Ц определяет скорость изменения параметра состояния узлов машин :
Зная затраты Се на возобновление годности узла, а также диапазон Д 5 изменения параметра его состояния от номинального до предельного, можно получить зависимость значений непрерывных издержек за единицу наработки от значения состояния обслуживаемого элемента: M4) j sV $ftl4. (2-58)
В случае, когда скорость изменения параметра состояния узла машины зависит от значения параметра состояния регулярно обслуживаемого элемента машины в диапазоне его изменения от номинального
U до предельного U значения (как это тлеет место, например, в подшипниковых узлах, где подшипник работает нормально до тех пор, пока его ролики (шарики) не перестанут при вращении касаться поверхности смазки) [234] , средняя скорость изменения состояния узла в диапазоне изменения параметра состояния элемента U $ U обозначается через V . При выходе параметра сое-тояния регулярно обслуживаемого элемента за допустимые пределы, т.е. иё Uп , узел начинает работать в режиме форсированного изменения параметра состояния, средняя скорость которого обозначается через Ус .
Некоторые методические особенности исследования ДВС и МТА в неустановившихся режимах диагностических испытаний
Основная цель экспериментальных исследований заключалась в определении зависимостей, необходимых для расчета коэффициентов теоретической модели динамики МТА и проверки ее адекватности реальным переходным процессам, а также получении закономерностей, позволяющих оптимизировать режимы диагностических испытаний машин для оценки на неустановившихся тестовых режимах диагностических испытаний: эффективной мощности двигателей МТА, тягового сопротивления машин и орудий, неравномерности распределения мощности двигателей по отдельным цилиндрам без их механического отключения, негерметичности цилиндров, часового и удельного расхода топлива и ряда других параметров технического состояния, обычно контролируемых при поиске дефектов, вызывающих ухудшение энергетических и топливных показателей машин.
В процессе исследований решались задачи, предусматривающие: а) определение параметров статических и динамических характеристик ДВС и МТА: Ме(СО), МеМ, МдС (CO)t вг ( #), fa (о),У), &г (Ле), М ((л)) переходных характеристик СО(t)t t (-Ь) , а также их амплитудных спектров S (9) и S (Q) ; б) идентификацию статических и динамических скоростных характеристик при различном техническом состоянии машин и оценку влияния этих параметров на диагностические сигналы; в) проверку методики оценки погрешностей контроля энергетических показателей.
Методикой предусматривались этапы: выбор объекта исследований и определение совокупности измеряемых показателей, подготовка экспериментального оборудования и информационно-измерительного комплекса, планирование экспериментов, снятие статических и динамических скоростных характеристик путем регистрации показателей рабочих процессов и параметров переходных процессов разгона и выбега машин, идентификация экспериментальных зависимостей и модели с последующим определением оптимальных ее параметров и уточнения, анализ результатов экспериментальных исследований на предает подтверждения возможности практической реализации способов контроля, установление оптимальных режимов диагностических испытаний и разработка алгоритмов определения диагностических параметров.
Методические основы экспериментальных исследований двигателей МТА путем их испытаний на специальных тормозных стендах в режимах статического нагружения достаточно полно разработаны и изложены в соответствующей литературе [353...356J. Однако техника экспериментальных исследований двигателей и МТА в целом в тестовых диагностических режимах свободного разгона и выбега недостаточно отработана и здесь имеются определенные сложности, особенно в части регистрации параметров динамических скоростных характеристик MefcO) и Мс(0О) .
Эти характеристики могут быть получены двумя путями. Первым предусматривается непосредственное измерение реактивного крутящего момента Мр , величина которого равна и противоположна по знаку Ма при разгоне,или Мс ЯР11 выбеге с помощью тензометров, регистрирующих угловое смещение вывешенного и опирающегося на них блока двигателя вокруг оси коленчатого вала. Второй путь предполагает получение в виде электрического сигнала зависимости cj () , преобразование ее с помощью дифференцирования в зависимость тг( ) и получение характеристик М(сО) умножением этой зависимости на значение приведенного момента инерции JA . Первый путь предпочтительнее с позиций точности получения динамических характеристик, но связан со значительной трудоемкостью из-за необходимости снятия двигателей с МТА для установки его на специальный стенд. Второй путь эффективен при проведении массовых экспериментов, требующих снятия большого количества динамических характеристик в условиях эксплуатации машин. В процессе экспериментальных исследований нами были использованы оба пути получения динамических характеристик, что потребовало на основе уже известных, а также новых технических решений скомплектовать приемлемое для указанных целей экспериментальное оборудование и информационно-измерительную аппаратуру.
Для прямой регистрации статических и динамических характеристик Ме(сО) и Мс(сО) применялся специальный испытательный тормозной стенд, оборудованный таким образом, что блок испытываемого двигателя имел возможность свободно вращаться по отношению к коленчатому валу. Для этого двигатель монтировался на стенде так, что вал устанавливался в специальных подшипниках качения. С обеих сторон блока устанавливались на специальных винтовых подставках первичные тензоизмерительные преобразователи ДСТ-0,5, которые были связаны с корпусом двигателя специальными кронштейнами (рис.4.1).
Для регистрации характеристик сй(-Ь), (] и 8(оО) было создано специальное устройство "Неравномерность" [255, 357], позволяющее с использованием бесконтактного индукционного датчика получить диагностические сигналы &)() с регистрацией их запоминающим или светолучевым осциллографом, а также регистрировать величины, имеющие постоянную составляющую, стрелочным гальванометром.
