Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса 9
1.1 Современное техническое состояние машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов 9
1.2 Анализ методов определения периодичности ТОиР автомобилей 12
1.3 Методы определения периодичности технических воздействий строительных и дорожных машин 19
1.4 Исследования в области надежности, эксплуатации и ремонта кузовных мусоровозов 22
1.5 Выводы и постановка задач исследования 25
2 Аналитические исследования системы технического обслуживания и ремонтов кузовных мусоровозов 27
2.1 Общая методика проведения исследований 27
2.2 Структура надежности мусоровоза как сложной системы 28
2.3 Выбор и обоснование показателей надежности кузовных мусоровозов 32
2.4 Сбор и обработка информации о надежности мусоровозов 35
2.5 Концептуальная модель формирования ресурса кузовных мусоровозов 39
2.6 Математическая модель формирования межремонтного ресурса мусоровоза с учетом режимов эксплуатации 41
2.7 Описание математических моделей оптимальной стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов 44
2.8 Выводы по главе 47
3 Экспериментальные исследования 48
3.1 Цели и задачи исследований 48
3.2 Основные зависимости и влияющие факторы, принятые к исследованию 48
3.3 Выбор и обоснование средств измерений 50
3.4 Исследование продолжительности эксплуатации мусоровозов в технологическом режиме 51
3.4.1 Планирование числа испытаний 51
3.4.2 Техника проведения эксперимента 51
3.4.3 Анализ результатов исследований 52
3.5 Исследование интенсивности эксплуатации специального оборудования кузовных мусоровозов 53
3.5.1 Планирование числа экспериментов в серии 53
3.5.2 Техника проведения эксперимента 54
3.5.3 Анализ результатов исследований 55
4 Практическое использование результатов исследований 61
4.1 Разработка предложений по повышению эффективности эксплуатации мусоровозов повышением надежности его отдельных элементов 61
4.2 Имитационная модель формирования ресурса мусоровоза с учетом интенсивности и условий эксплуатации 74
Заключение 83
Список использованных источников 85
- Методы определения периодичности технических воздействий строительных и дорожных машин
- Выбор и обоснование показателей надежности кузовных мусоровозов
- Исследование продолжительности эксплуатации мусоровозов в технологическом режиме
- Имитационная модель формирования ресурса мусоровоза с учетом интенсивности и условий эксплуатации
Методы определения периодичности технических воздействий строительных и дорожных машин
Рост численности населения в городах и развитие промышленности сопряжено с увеличением количества образующихся бытовых и промышленных отходов, которые при неправильном сборе, несвоевременном удалении и неудовлетворительном обезвреживании ухудшают экологическую обстановку и наносят экологический ущерб окружающей среде. В настоящее время в мировой практике проблемы, связанные с организацией удаления твердых бытовых отходов (ТБО) за пределы населенных пунктов, технологиями переработки и захоронения ТБО, носят глобальный характер. Сложность решения этих проблем объясняется отсутствием их четкой научной базы, необходимостью повышения технического уровня и надежности оборудования и отсутствием экономической обоснованности каждого конкретного решения. Мусороуборочная техника является важнейшим звеном в процессе поддержания санитарной обстановки и общего благоустройства городов поскольку обеспечивает механизированный сбор, уплотнение и транспортировку различного рода отходов к месту утилизации. Поэтому для поддержания требуемого уровня экологической и эпидемиологической безопасности населенных мест необходимо обеспечение безотказной эксплуатации машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов (ТБО). Согласно ГОСТ 25866 составляющими понятия «эксплуатация» являются: использование по назначению и техническая эксплуатация [2].
Одним из решений задач, связанных с разработкой научно-методических основ оптимизации технической эксплуатации машин для сбора и вывоза ТБО (мусоровозов), является повышение эффективности функционирования системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР), важными составляющими которой являются правильно определенные перечни и периодичность профилактических операций, затем количество видов ТО и их кратность [3-6].
Для всех строительных, дорожных и коммунальных машин периодичность ТОиР устанавливается для эталонных условий эксплуатации на заводах-изготовителях, при этом не учитываются различия в организации системы ТОиР, различные режимы эксплуатации и техническое состояние машин [7].
Различия в организации системы ТОиР и режимах эксплуатации можно проследить, сравнивая мусоровозы с другими специальными машинами [8-11].
Так, например, со строительными машинами (грузоподъемные краны, подъемники и др.) мусоровозы объединяет то, что специальное оборудование используется при работающем двигателе, но при неподвижном состоянии автомобиля, а отличает то, что периодичность технического обслуживания специального оборудования этих машин выражается в часах работы.
Для коммунальных машин (поливомоечные, подметально-уборочные, снегоочистители, пескоразбрасыватели) установлено также два вида периодичности технического обслуживания, выражаемых в километрах пробега. При этом специальное оборудование этих машин работает только при движении автомобиля, тогда как у мусоровозов при работе специального оборудования автомобиль находится в неподвижном состоянии, хотя и с работающим двигателем.
Для мусоровозов периодичность воздействий профилактического характера регламентируется двумя документами: для специального оборудования – руководствами по технической эксплуатации на мусоровозы [12-20]; для базового шасси – руководствами по технической эксплуатации на автомобили [21-25].
Соответствующие данные о периодичности профилактических операций и технических характеристиках мусоровозов обобщены в таблице 1.1. Анализируя данные таблицы 1.1, можно сделать следующие выводы: 1) для всех мусоровозов установлено два вида периодичности ТОиР: одна – для специального оборудования, вторая – для базового автомобиля; 2) для разных типов мусоровозов периодичность технического обслуживания для специального оборудования выражается в различных единицах. Так, например, для мусоровозов с механизированной боковой или задней загрузкой кузова периодичность технического обслуживания выражена в километрах пробега, а для мусоровозов с ручной задней загрузкой кузова она выражена в часах работы. 3) для мусоровозов одного типа периодичность технического обслуживания для специального оборудования отличается. в соответствии с руководствами по эксплуатации мусоровозов в работы по техническому обслуживанию специального оборудования, главным образом, входит обслуживание гидросистемы. Для гидроприводов нормативно установлены три вида номерных обслуживаний (ТО-1, ТО-2, ТО-3) и три вида ремонтов (Т, С, К), периодичность которых выражается в часах работы и для отдельных элементов гидропривода нормативный срок службы установлен также в часах. В то же время для специального оборудования мусоровозов предусмотрено только два вида номерных обслуживаний (ТО-1 и ТО-2), периодичность которых для большинства мусоровозов выражена в км пробега, а ремонты вообще не предусмотрены.
Выбор и обоснование показателей надежности кузовных мусоровозов
Принципиальные основы организации и нормативы ТОиР строительных, дорожных и коммунальных машин регламентируются в нашей стране ГОСТ 18322-78 «Система технического обслуживания и ремонта техники» [32], Рекомендациями по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин МДС 12-8.2000 [33] и Положением о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта [27].
Согласно этим документам мероприятия по ТОиР должны разрабатываться и осуществляться на основании документации заводов-изготовителей, требований к техническому состоянию машин и правил безопасной эксплуатации [9].
Система ТО и ремонта машин основана на проведении планово-предупредительных работ, в состав которых входит техническое диагностирование. Диагностические параметры машин измеряются и оцениваются при выполнении плановых номерных ТО.
Для всех строительных, дорожных и коммунальных машин периодичность ТО и ремонта устанавливается для эталонных условий эксплуатации на заводах-изготовителях, при этом не учитываются различия в организации системы ТОиР, различные режимы эксплуатации и техническое состояние машин. Поэтому на современном этапе ведется много исследований по установлению, корректированию и оптимизации периодичности ТОиР машин.
В настоящее время заводы-изготовители строительной техники устанавливают периодичность ТО по методике, предложенной профессором Г. В. Веденяпиным [34]. Она заключается в организации наблюдений за работой в эксплуатационных условиях и получении данных по наработкам между отказами различных узлов. По этим данным строится кривая распределения отказов в функции времени работы узла, определяется среднее значение срока работы в отдельном интервале и среднеквадратичное отклонение.
В. Г. Веденяпин предложил срок работы узла до ТО определять как разность между средним значением срока работы в отдельном интервале и среднеквадратичным отклонением t0 = tср- r. (1.8) Эта методика основана на том, что отказы носят случайный характер и подчиняются нормальному закону распределения.
Для специальных машин, которые работают в двух режимах: транспортный и технологический, на кафедре «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования» Тюменского государственного нефтегазового университета (ТГНГУ) разработана методика соотношения расходования ресурса работы двигателя в двух режимах: при транспортной работе и при работе на привод навесного оборудования [35-38]. Эта методика основана на том, что закономерность влияния интенсивности использования ресурсов описывается экспоненциальной моделью, и приведение в соответствие к единым единицам измерения осуществляется с помощью переводного коэффициента, определяющего соотношение км и мото-часов (КМК МЧ ). Согласно этой методике для специальных автомобилей наработка двигателя складывается из двух составляющих: наработка на пробег Lшв км и наработка на привод навесного оборудования W в мотто-часах. Для разных видов специальных автомобилей соотношения наработки двигателя на привод навесного оборудования и пробега могут существенно отличаться. Так, для подъемных агрегатов характерны небольшие (всего несколько тысяч км) пробеги за все время эксплуатации. При этом наработка двигателя на привод навесного оборудования (барабан лебедки) – четыре-пять тысяч мотто-часов и более. Наработка двигателя цементировочного агрегата на привод насоса значительно меньше, зато пробег этого специального автомобиля обычно достигает десятков тысяч км. В ходе исследований закономерности формирования ресурса двигателей специальных автомобилей с учетом режимов эксплуатации, которые были проведены на кафедре «Эксплуатация и обслуживание транспортно - технологических машин» ТГНГУ, введен коэффициент интенсивности эксплуатации навесного оборудования С , учитывающий соотношение наработки двигателя на привод навесного оборудования и пробега при помощи переводного коэффициента
Исследование продолжительности эксплуатации мусоровозов в технологическом режиме
При определении переменных факторов выдвинута гипотеза о том, что случайные значения времени работы мусоровоза в технологическом режиме на одном и том же эксплуатационном участке подчиняются нормальному закону распределения. Для подтверждения этой гипотезы были проведены наблюдения за работой мусоровоза с боковой механизированной загрузкой кузова КО-440-4 на маршруте № 1 в течение трех месяцев. Минимально необходимый объем выборочных данных (N ) был определен в соответствии с таблицой 12.2 [67], согласно которым, в случае, когда неизвестна дисперсия (S), получаем (3.1)
Определение времени работы технологического оборудования мусоровоза, как уже говорилось, производилось при помощи спутниковой системы слежения за мобильными объектами «VOYAGER 2 ГЛОНАСС» с версией прошивки 07.502.141 и стандартом GSM 900/1800 МГц, которая начинает свою работу при выезде мусоровоза на линию. По данным «VOYAGER 2 ГЛОНАСС» посредством программы V2 Confidg.exe формируется отчет по движению/стоянкам (рис. 3.2), в котором представлены значения таких параметров как пробег, км, средняя скорость, км/ч, а также длительность стоянок и движения, мин.
Для оценки работы мусоровоза в технологическом режиме фиксировалось время работы специального оборудования ТС .О . с момента включения КОМ и до момента ее отключения.
Раннее было определено, что необходимое и достаточное количество значений ТС .О . в выборке для подтверждения гипотезы о нормальном законе распределения составляет 90 значений, это соответствует 90 дням работы мусоровоза КО-440-4 на маршруте № 1 (рассматривался один и тот же рейс).
В результате обработки статистической информации [54] определено, что случайные значения времени работы специального оборудования ТСО мусоровоза подчинены нормальному закону распределения (рис. 3.3) при уровне значимости 0,05, установлены его параметры, в том числе коэффициент вариации v = 0,2208, который меньше выборочного - = 0,24, а это значит, что результат опыта удовлетворен по точности [67].
Таким образом, подтверждена гипотеза о нормальном законе распределения случайных значений времени работы мусоровоза в технологическом режиме. Планирование числа экспериментов в серии Планирование числа экспериментов в серии производится с учетом общепринятых методов математической статистики и планирования экспериментов [68-74].
Для обоснованного подхода к определению показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза, ввиду большого массива данных, используется рациональный метод исследований, под которым понимается комплекс мероприятий, обеспечивающих получение всесторонней информации об исследуемом объекте при минимальном объеме выборки и сроках проведения исследований.
Для расчета необходимого числа значений выборки принят параметрический метод расчета, когда известен вид закона распределения исследуемой случайной величины, согласно которому число значений выборки N (3) определяется в зависимости от относительной ошибки 8 среднего значения исследуемой величины с доверительной вероятностью р и ожидаемой величины коэффициента вариации у
Согласно установленным параметрам нормального закона распределения величина коэффициента вариации v = 0,2208 и, при условии, 3 = 0,2, /3 = 0,8, N = 6.
Таким образом, необходимое и достаточное количество значений ТСО в выборке для расчета показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза должно быть б. В исследованиях принято 7 опытов в серии, что соответствует 7 дням работы мусоровоза на маршруте.
Сбор необходимых данных для определения показателя интенсивности эксплуатации осуществлялся, как уже говорилось в п. 3.3 и 3.4.2 на основе базы данных системы «VOYAGER 2 ГЛОНАСС». Система начинала работу при выезде мусоровоза на линию, далее в режиме реального времени с частотой 900/1800 МГц фиксировались следующие данные: местоположение мусоровоза, длительность стоянки и общее время простоя, длительность движения и общее время в движении, средняя скорость движения, максимальная скорость движения, пробег мусоровоза, а также расчетный расход топлива. В результате обработки баз данных системы слежения получены исходные значения ТСО, V , S для определения фактического показателя интенсивности эксплуатации технологического оборудования кузовных мусоровозов (рис. 3.3) [75,76].
Таким образом, получены и обработаны исходные данные производственных наблюдений по 13 машинам для сбора и вывоза ТБО, эксплуатируемых в МУП «Спецавтохозяйство» г. Шахты.
Исходные данные и результаты их обработки служат основой для построения графиков зависимости интенсивности эксплуатации от пробега по группе опытов в серии отдельно и по средним значениям опытов в серии в целом.
В качестве примера приведены графики показателя интенсивности эксплуатации в зависимости от дальности пути следования по маршруту для 6 мусоровозов с боковой механизированной загрузкой кузова КО-440-4, выполняющих работу на шести маршрутах с разной протяженностью, но с постоянным временем работы специального оборудования (количество остановок – 9, количество контейнеров - 20) (рис. 3.4-3.9). Ошибка в определении средних значений с использованием t-распределения Стьюдента не превысила 18%.
На графике (рис. 3.10) точками показаны значения опытов в сериях, определены средние значения в каждой серии, по которым построена кривая 1, от нее отложена область в обе стороны по 3 средних квадратических отклонения S, ограниченная кривыми 2.
Имитационная модель формирования ресурса мусоровоза с учетом интенсивности и условий эксплуатации
Устройство включает в себя смонтированную на раме 1 мусоровоза с возможностью поворота стрелу 2 и закрепленный на ней с помощью оси 3 захват, поворачиваемый относительно оси 3 гидроцилиндром 4 (фиг. 1). Захват, состоящий из основания, выполненного в виде продольной балки 13 и корпуса 5, и связанных с ним неподвижной губки 6 и Г-образного прижима, который состоит из стойки 7 и подхвата 8. Между корпусом 5 и Г-образным прижимом на осях 9 и 10 установлен гидроцилиндр 11. Оси 9 и 10 устанавливаются в проушинах 12 корпуса 5 и Г-образного прижима. Между Г-образным прижимом и продольной балкой 13 на осях 10 и 14 установлен гидроцилиндр 15 с гидрозамком (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом. Мусоровоз подъезжает к контейнеру на боковом расстоянии 1,6…2 м, захват выводится из транспортного положения в рабочее гидроцилиндром 4. Затем опускается стрела 2. Г-образный прижим, который состоит из стойки 7 и подхвата 8, и неподвижная губка 6 находятся в раскрытом состоянии и между ними образуется гарантированный зазор. Это обеспечивается тем, что при втягивании штока гидроцилиндра 11 отклоняется Г-образный прижим. Стрела 2 опускается до тех пор, пока неподвижная губка 6 не войдет в контейнер до упора его реборды в балку 13. Гидроцилиндром 11 его шток через ось 10 опускает Г-образный прижим вниз до подведения подхвата 8 под днище мусорного контейнера, передвигает Г-образный прижим к неподвижной губке 6 и зажимает стенку контейнера между губкой 6 и стойкой 7. Гидроцилиндром 15 с гидрозамком подхват 8 прижимается к днищу контейнера. Контейнер поднимается стрелой 2 при помощи гидроцилиндра 4 к разгрузочному окну мусоровоза. При подъеме контейнер днищем опирается на подхват 8. После выгрузки контейнер опускается на площадку. При выдвижении штока гидроцилиндра 15 подхват 8 отводится от днища контейнера и при втягивании штока гидроцилиндра 11 Г-образный прижим отклоняется от контейнера, поднимается и возвращается в исходное положение.
Такое выполнение захвата позволяет уменьшить действующие на него усилия, повысить надежность его работы и предотвращает деформацию стенок контейнера.
Захват устройства для разгрузки в кузов мусоровоза, состоящий из основания, выполненного в виде корпуса и продольной балки, и связанных с ним неподвижной и подвижной губок, последняя из которых присоединена к штоку гидроцилиндра, прикрепленного к корпусу, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что подвижная губка выполнена в виде Г-образного прижима, который состоит из жестко соединенных между собой стойки и подхвата, имеющего возможность перемещения в вертикальной плоскости для опоры днища контейнера на подхват под действием упомянутого гидроцилиндра, установленного на оси Г-образного прижима, на которой установлен шток гидроцилиндра, установленного на продольной балке.
При исследовании процесса формирования ресурса мусоровоза с учетом интенсивности и условий эксплуатации практически невозможно использовать аналитическую модель [81]. Это обусловлено следующими причинами.
Во-первых, ресурс зависит от изменения технического состояния в процессе эксплуатации мусоровозов. Интенсивность изменения параметров технического состояния определяется рядом факторов, которые изменяются во времени случайно.
Во-вторых, ресурс определяется не только общим пробегом автомобиля, но и тем, с какой интенсивностью использовалось специальное оборудование.
Учесть случайные изменения условий и интенсивности эксплуатации в аналитической модели невозможно, поэтому для моделирования рассматриваемого процесса необходимо использовать имитационную модель, которая позволяет реализовать два варианта стратегий организации ТОиР мусоровозов [61]: - I – единая периодичность ТОиР мусоровозов, устанавливается в зависимости от текущего технического состояния и фактических показателей надежности; различная периодичность ТОиР для базового автомобиля и специального оборудования мусоровоза, определяется на основании нормативной документации.
Целью моделирования процесса эксплуатации мусоровоза является исследование влияния интенсивности эксплуатации на критерий эффективности, по которому оценивают варианты стратегий технических воздействий, с учетом условий эксплуатации и вероятностного характера функционирования системы.
Для возможности принятия оптимальной стратегии технических воздействий разработан алгоритм (рис. 4.5), в котором рассматриваются указанные выше две стратегии организации ТОиР мусоровозов.
Основными исходными данными являются фактические показатели надежности, нормативы периодичности ТОиР, минимально допустимый уровень вероятности наступления отказа, показатель интенсивности эксплуатации.
Сложная техническая система - мусоровоз - рассматривается в трех состояниях: работоспособном, отказа (неработоспособном) и плановом техническом обслуживании. Переход из одного состояния в другое определяется параметрами надежности элементов системы и нормативами периодичности технических воздействий.
При реализации на ЭВМ моделирующий алгоритм функционирует следующим образом. После ввода исходных данных в блоке 1 осуществляется подготовка к моделированию.
Сначала происходит присвоение значения первого цикла через счетчик циклов блок 2, далее моделируем процесс движения первоначального пробега мусоровоза по экспоненциальному закону блок 3 и переходим к блоку 4, где происходит выбор минимального значения безотказного пробега (2.24) Ьгшпг:=т1п г, (2.24) где Lmini- значения минимального безотказного пробега, км; Ц минимальное значение безотказного пробега по системе, км.
Допустим, что моделируется первый цикл, значит первоначальный пробег базового шасси больше пробега навесного оборудования. Тогда переходим к блоку 5, где происходит присвоение минимального значения безотказного пробега, относящегося к отказавшей части, к минимальному значению по системе, Lmini := Ц и переходим к блоку 7, где рассчитывается достигнутый пробег по машине на момент наступления /-го отказа (2.25)
