Введение к работе
Актуальность проблемы. При эксплуатации горно-транспортной ехники в условиях низких климатических температур конструкцион-ше материалы становятся хрупкими, случаи внезапного разрушения (еталей машин, корпусов, узлов, трубопроводов, экскаваторов, авто-іамосвалов и промышленных тракторов резко возрастают, а работоспо-гобность техники падает. Число отказов деталей и узлов транспорт-юй и горнодобывающей техники увеличивается в 2...3 раза, наработка на отказ уменьшается в 3 и более раз, ежегодные потери от не-іриспособленности техники к эксплуатации при низких климатических температурах достигают 10...15млрд.рублей. Увеличивается время нахождения техники в ремонте из-за отсутствия необходимых деталей, в то время, как показал анализ, во всех эксплуатационных предприятиях наблюдаются сверхнормативные остатки неходовых запасных частей, достигающие 150 плановых.
Анализ отказов и прогнозирование работоспособности горно-транспортной техники является проблемой, в результате решения которой можно осуществить ряд организационных и технических мероприятий, направленных на снижение потерь из-за неприспособленности техники к северным условиям. Недостаточная изученность этой проблемы не позволяет научно обосновать метопы повышения эффективности эксплуатации техники в условиях холодного климата.
Существующие методы прогнозирования надежности техники связаны с трудоемкими расчетами, не учитывающими в полной мере условия эксплуатации. Использование их на эксплуатационных предприятиях вызывает большие затруднения. Исследования по повышению работоспособности техники при эксплуатации ее в отраслях народного хозяйства северного региона наиболее актуальны. Это отражено в ряде целевых программ, связанных с расширением производства, добычи и переработки полезных ископаемых северного региона и повышением надежности горно-транспортной техники , предназначенной для работы в условиях низких климатических температур.
В основу диссертации положены результаты исследований по программе "Алмазы Якутии" (Постановление ГННГ * 239 от 31.05.83г., ; п.5.15. Решение АН СССР 9 IOI03-II28 от .).Тема-1.Ю.2.8 "Конструкционная прочность и разрушения. Исследование несущей способности деталей машин и сварных металлоконструкций, эксплуатируемых в экстремальных условиях Крайнего Севера". Раздел I. "Раз-
работка методов анализа надежности деталей и узлов новых видов горно-транспортной техники" (Пост. Госстандарта СССР * 139 от 01. 10.81г. РАН № І0ГОЗ-ІК7 от 21.07.83г.).Тема-1.II. 1.9 "Исследование и разработка методов прогнозирования работоспособности машин и металлоконструкций в условиях районов с холодным климатом". Раздел I. "Разработка основных принципов оптимизации надежности машин и металлоконструкций, работающих в условиях низких климатических температур. Метод расчета эксплуатационной прочности конструкций и деталей машин по техническому состоянию" (Пост.ГКНТ СССР » 422 от 17.09.85г. РАН # I0I03-I974 от 03.11.85г. X, Тема: "Техника Севера" (Пост. ГКНТ СССР * 581 от 15.06.90г.).Тема: "Научное и технологическое обеспечение создания техники для Севера". Раздел 4."Проведение комплексных исследований надежности техники в реальных условиях эксплуатации" (Пост. ГКНТ СССР * 858 от 06.06.91г.).
Цель работы - изучение закономерностей изменения работоспособности узлов и деталей горно-транспортных машин при их эксплуатации в зоне холодного климата, разработка и научное обоснование методов и средств повышения .эффективности эксплуатации горно-транспортной техники в условиях Севера.
Основная идея диссертации состоит в выявлении и количественной оценке скрытой периодичности отказов техники в общем тренде накопления повреждений и прогнозировании работоспособности техники в зависимости от временного фактора.
Задачи исследований;
провести анализ и оценку эксплуатационной надежности горно-транспортной техники в районах холодного климата» разработать новые методические основы статистического анализа отказов горно--транспортной техники, позволяющие выделить главные возмущающие факторы и оценивать их влияние на деструкцию узлов и деталей машин;
создать банк данных по надежности горно-транспортной техники с учетом влияния климатических факторов для установлении закономерностей изменения работоспособности техники при эксплуатации
в условиях холодного климата;
- разработать математическую модель н алгоритм расчета пара
метров периодичности изменение работоспособности горно-транспорт
ной техники в зависимости от условий эксплуатации и на основе па
кета прикладных программ разработать методику компьютерного моде-
лирования отказов для решения вопросов, связанных с прогнозированием надежности машин;
сформулировать и решить задачу по разработке методических основ оптимального управления технической эксплуатацией горнотранспортной техники с целью повышения эффективности ее использования в условиях холодного климата;
на базе проведенных исследований обосновать способы определения оптимального уровня объема запасных частей, обеспечивающих заданную техническую готовность машин.
Методы исследований. 3 работе использован, комплекс методов, включающий:
натурные исследования изменения надежности техники при ее эксплуатации в условиях Севера;
физическое моделирование процесса изменения работоспособности узлов и деталей горно-транспортной техники;
анализ фактического материала с применением методов математической статистики;
экономико-математическое моделирование на ПЭВЫ;
опытно-промышленная проверка разработанных методов в эксплуатационной практике.
Научные положения, защищаемые автором:
-
Изменение надежности горно-транспортной техники подчиняется ритмологической структуре, выявление которой позволяет определить скрытую периодичность возникновения отказов и прогнозировать работоспособность машин при эксплуатации в условиях Севера.
-
Прогнозирование надежности горно-транспортной техники в эксплуатации зависит не только от ресурса, выраженного в километрах пробега или машиночасах работы, но и от временного фактора,определяемого скрытой периодичностью возникновения отказов.
-
На планирование ремонта и технического обслуживания горно--транспортной техники в процессе эксплуатации влияет не только пробег или машиночасы работы, но и скрытая периодичность возникновения отказов узлов и деталей машин.
-
Планируемый уровень работоспособности горно-транспортной техники в условиях холодного климата обеспечивается дифференцированным подходом к определению корректирующих коэффициентов к нормам расхода запасных частей.
Достоверность научных положений и полученных результатов, изложенных в диссертации, обусловлена обширным объемом статистической информации, построением расчетных моделей на основе анализа механизма возникновения отказов, сопоставлением теоретических зависимостей с результатами реальной эксплуатации узлов и деталей техники. При расчетах использованы апробированные методы теории математической статистики.
Научная новизна работы, заключающаяся в решении новых задач по прогнозировании работоспособности горно-транспортной техники и внедрении результатов на эксплуатационных предприятиях, состоит в следующем:
сформулированы принципиальные требования и положения системы оценки влияния условий эксплуатации на работоспособность горно-транспортной техники (факторы,ограничивающие работоспособность машин при низких температурах; комплексные показатели надежности; методы их расчета; методика технико-экономического анализа показателей);обоснована необходимость использования информационной системы по надежности техники; показана возможность получения надежностных характеристик, основанных на использовании накопленной статистической информации в банке данных объемом более Ібмгбайг.
установлены закономерности и получены количественные оценки основных факторов, влияющих на деструктивные процессы в узлах и деталях машин при эксплуатации в условиях холодного климата; показано, что изменение работоспособности техники подчиняется ритмологической структуре; установлено, что при прогнозировании надежности горно-транспортной техники по ресурсным показателям (километры пробега или машиночасы работы) не учитывается временной фактор; установлено, что определение скрытой периодичности возникновения отказов позволяет прогнозировать работоспособность машин с вероятностью 0,85+0,9.
построена математическая модель, описывающая возникновение отказов техники, учитывающая влияние условий эксплуатации; установлена возможность ее использования для прогнозирования работоспособности машин по параметрам надежности, показано, что скрытая периодичность возникновения отказов различна в зависимости от работоспособности конкретного узла или детали и имеет периоды от 6 до 12 месяцев;
сформулирована задача по определению оптимального уровня запасных частей при эксплуатации горно-транспортной техники в ус-
ловиях Севера; установлены закономерности изменения их необходимого объема для поддержания надлежащего уровня технической готовности машин; обоснованы корректирующие коэффициенты к нормам расхода запасных частей, которые варьируются от 0,5 до 4,0; показана возможность применения дифференцированных норм расхода запасных частей, основанных на изменении работоспособности машин в различных климатических условиях.
Личный вклад автора состоит:
в определении принципиальных требований и положений системы оценки влияния условий эксплуатации на работоспособность горно-транспортной техники (факторов, ограничивающих работоспособность машин при низких температурах; комплексных показателей надежности; методов их расчета; методики технико-экономического анализа показателей); обосновании возможностей использования созданной информационной системы по надежности техники; получении надежностных характеристик на основании накопленной статистической информации в банке данных;
в установлении закономерностей и получении количественных оценок основных факторов, влиящих на деструктивные процессы в узлах и деталях машин при эксплуатации в условиях холодного климата; в выявлении ритмологической структуры изменения работоспособности машин и определении скрытой периодичности возникновения отказов, разработке и внедрении метода прогнозирования;
в разработке математической модели появления отказов техники, учитывающей условия эксплуатации и скрытую периодичность их возникновения на базе пакета прикладных программ;
в формулировке задачи по определению оптимального уровня запасных частей при эксплуатации горно-транспортной техники в условиях Севера; установлении закономерностей изменения их необходимого объема для поддержания надлежащего уровня технической готовности машин; обосновании корректирующих коэффициентов к нормам расхода запасных частей; применении дифференцированных норм расхода запасных частей, основанных на изменении работоспособности машин в различных климатических условиях и внедрении их на производстве.
Практическая ценность работы состоит:
- d создании .4050го программного продукта-пакета прикладных
і.'рогрщсї, которые мспе? бить использован для прогнозирования на
дежности маяин, создания банка дакдах о работоспособности дета-
лей и узлов техники, определения корректирующих коэффициентов к норыаи расхода запасных частей, оптимизации производственной мощности ремонтной зоны эксплуатационных предприятий;
в разработке новых нормативных материалов для повышения работоспособности горно-транслортной техники в условиях низких климатических температур;
в разработке рекомендаций консгрукторско-лроизводственным предприятиям по дальнейшему повышению надежности и качества выпускаемой техники, определению номенклатуры запасных частей;
в создании банка данных, содержащего информацию по надежности узлов и деталей горно-транспортных машин при эксплуатации в условиях низких климатических температур.
Реализация работы. В основу диссертации положены материалы комплексных исследований, проведенных лично автором и под его непосредственным руководством в течение І974-І99І:гг. , выполняемых по планам и программам работы Института Физико-технических проблем Севера СО РАН.
Основные методические принципы и положения, разработанные на основе результатов проведенных исследований, используются проектными институтами (НАШ, НАТИ, ИГД им А.А.Скочинского) и производственными объединениями "Якуталмаз", "Якутуголь" и др. организациями.
Данные исследований явились основой для разработки и широкого внедрения ряда действующих документов и программно-математического обеспечения, системы обработки статистической информации при определении характеристик надежности, расхода и номенклатуры запасных частей.
В Челябинском филиале НАТИ внедрена методика определения норм расхода запасных частей для промышленных тракторов, эксплуатируемых в зоне холодного климата. Рекомендации по прогнозированию работоспособности автомобилей, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур, база данных по работоспособности автомобилей, система управления базой данных и программа по прогнозированию используются в Ленской автобазе производственно научного объединения "Якуталмаз". Экономический эффект от внедрения результатов исследования составил 840,0 тыс.рублей. Методика расчета корректирующих коэффициентов к нормам расхода запас них частей для автомобилей БелАЗ-7548 использована в автобазе рудника "мирный". Ожидаемый экономический эффект составляет
495,0 тыс.рублей. В результате внедрения в Якутской автобазе производственного объединения "Якутуголь" рекомендации по повышению надежности двигателей КаМАЗ экономический эффект составил 948,0 тыс.рублей.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на Всесоюзных научно-технических конференциях "Работоспособность машин и конструкций в условиях низких температур" (Якутск, 1973-1978 гг.), Всесоюзном совещании "Механические свойства и разрушение сталей при низких температурах" (Лениград, 1988г.); ХХХУІ и ХХХУП научно-методических и научно-исследовательких конференциях МАДИ (Москва, 1977-1978 гг.); 2-й Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам БАМа (Благовещенск, 1981г.); 1-й научно-практической конференции "Развитие и размещение производительных сил и транспортное обеспечение Дальневосточного экономического района на период до 2000.года" (Магадан, 1983г.); Выездном совещании научного совета ПШТ СССР "Машины и материалы, отвечающие требованиям эксплуатации в различных климатических зонах страны" (Якутск 1978г.); Отраслевом совещании "О повышении технического уровня автомобильной техники, предназначенной для работы в условиях Севера" (Сусуман Магаданской обл., 1987г.); Всесоюзном совещании "Прочность и надежность экскаваторов для открытых горных работ" (Красноярск, 1988г.); Зональной конференции "Эксплуатация машин в суровых условиях" (Тюмень, 1989г.); Всесоюзной конференции "Проблемы производства и применение сталей и чугунов для техники в Северном исполнении" (Свердловск, 1989г.); ХХШ Всесоюзном совещании по проблемам прочности двигателей" (Москва, 1989г.); ІУ Всесоюзном научно-техническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" (Москва, 1990г.); Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири" (Омск, 1990г.); Всесоюзном совещании "Создание банков триботехническях свойств материалов при низких температурах" (Якутск, 1990г.); Всесоюзной конференции "Новая техника и технология при производстве строительных и открытых горных работ в районах Сибири и Севера" (Красноярск, 1990г.).