Методика расчёта срока службы техники, эксплуатируемой в условиях холодного климата Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622:621.879.1

МЕТОДИКА РАСЧЁТА СРОКА СЛУЖБЫ ТЕХНИКИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА

© Г.Ю. Зудов1, А.М. Ишков2, А.И. Левин3

Якутский научный центр СО РАН,

677980, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Петровского, 2.

Разработана методика расчёта срока службы техники, эксплуатируемой в условиях низких климатических температур. Установлено, что на основе данной методики можно вычислить верхнюю и нижнюю границы экономически оптимального срока службы техники. Методика позволяет нормировать срок службы техники; устанавливать периодичность профилактических мероприятий, оценивать влияние ремонтно-восстановительных работ на экономические показатели и надежность конструкции. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: пробег; работоспособность; надежность; срок службы; техника; низкие климатические температуры.

METHODS TO CALCULATE SERVICE LIFE OF MACHINERY OPERATED IN COLD CLIMATES G.Yu. Zudov, A.M. Ishkov, A.I. Levin

Yakutsk Scientific Center SB RAS,

2 Petrovsky St., Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677980, Russia.

The methodology to calculate the service life of the machinery operated under low climatic temperatures is worked out. It is established that it forms the basis for calculating the upper and lower limits of the economically optimal machinery service life. The methodology allows to standardize the machinery service life, set the periodicity of preventive measures, and assess the effect of repair works on economic performance and reliability of equipment. 2 figures. 1 table. 4 sources.

Key words: mileage; performance; reliability; service life; machinery; low climatic temperatures.

Управление сроками службы машин необходимо для получения заданных показателей функционирования парка техники с учетом условий эксплуатации и системы обеспечения его работоспособности. Значения показателей функционирования изменяются по мере старения техники. Так, наработка машин падает, а эксплуатационные затраты растут. Параметры снижения наработки и рост эксплуатационных затрат зависят от качества изготовления техники, условий эксплуатации и уровня совершенства системы технической эксплуатации.

Оптимальный срок службы машины может быть определен по минимуму удельных затрат, приходящихся на машиночас работы машины или километр пробега, максимуму удельной прибыли, заданному уровню рентабельности.

В удельные затраты (тыс. рублей на км пробега) входят суммарные затраты на приобретение изделия, средняя величина амортизационных отчислений, затраты на устранение отказов и неисправностей машины в процессе ремонтов, затраты на техническое об-

служивание машин, затраты на компенсацию потерь в период ремонта, стоимость горючего и смазочных материалов, накладные расходы (эксплуатация зданий и сооружений, заработная плата обслуживающего персонала) [1].

Общие затраты имеют весьма сложную структуру. В упрощенном виде состав затрат на содержание и эксплуатацию парка машин можно представить в следующем виде:

3 = 3 + 3

3 3УПОСТ ^ 3ПЕР ,

где 3^ост - условно-постоянные затраты, не зависящие или мало зависящие от возраста машины (амортизационные отчисления, зарплата водителей, затраты на горюче-смазочные материалы и рабочие жидкости, затраты на содержание производственно-эксплуатационной базы, отчисления (налоги; страховки, платежи и пр.); ^ - переменные затраты, зависящие от возраста машины (удельная стоимость техники, затраты на технические обслуживания и ремонты).

1Зудов Геннадий Юрьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник сектора ритмологии северной техники, тел.: (4112) 390528, e-mail: zudov@prez.ysn.ru

Zudov Gennady, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Sector of Northern Machinery Rhythmology, tel.: (4112) 390528, e-mail: zudov@prez.ysn.ru

2Ишков Александр Михайлович, профессор, доктор технических наук, заведующий отделом ритмологии и эргономики северной техники, тел.: (4112) 390528, e-mail: a.m.ishkov@prez.ysn.ru

Ishkov Alexander, Professor, Doctor of technical sciences, Head of the Department of Rhythmology and Ergonomics of Northern Machinery, tel.: (4112) 390528, e-mail: a.m.ishkov@prez.ysn.ru

3Левин Алексей Иванович, доктор технических наук, заведующий сектором ритмологии северной техники, тел.: (4112) 390528, e-mail: a.i.levin@prez.ysn.ru

Levin Aleksei, Doctor of technical sciences, Head of the Sector of Northern Machinery Rhythmology, tel.: (4112) 390528, e-mail: a.i.levin@prez.ysn.ru

Основой для расчетов показателей надежности и работоспособности автотранспорта являются базы данных, содержащие информацию по расходу запасных частей и материалам каждой единицы техники, видам техобслуживания и ремонтов и т.д. В отделе ритмологии и эргономики северной техники (ОРЭСТ) ЯНЦ СО РАН имеется банк данных «Техника Севера» по работоспособности отечественной и импортной техники [2], который ежегодно пополняется информацией по отказам машин.

В процессе работы пользователи банка данных «Техника Севера» ведут учет пробега, параметров технического состояния, выполненных работ и израсходованных ресурсов, наличия неисправностей, времени полезной работы транспортных средств. На основе этих данных можно рассчитать удельные затраты для выявления оптимального срока службы автомобиля.

Анализ показал, что одним из существенных факторов, влияющих на число отказов, является пробег автомобиля. С увеличением пробега наблюдается рост числа отказов большинства деталей и узлов автомобиля МАЫ (рис. 1) и соответственно рост затрат на запасные части и ремонт автомобиля [3, 4].

автомобиля, тыс. км; А, В - коэффициенты.

Вычисляем удельную стоимость автомобиля, т.е. стоимость автомобиля на один километр пробега:

С

Сл"' (2)

З =

зус

'авт

где Зус - удельная стоимость автомобиля; Стт -

стоимость автомобиля.

Определив удельные стоимость автомобиля и затраты на запасные части и ремонт, вычислим удельные затраты на эксплуатацию автомобиля в следующем виде:

(3)

З = З + З

°УЭ 3УЗ ^ -'УС ,

где ЗУЭ

мобиля.

Для службы

- удельные затраты на эксплуатацию авто-

экономически оптимального срока находим минимальные значения

Для

расчета техники

удельных затрат на эксплуатацию автомобиля этого дифференцируем функцию Зуэ:

ёЗ С

ёЗУЭ _ Д _ САВТ

dL

г

(4)

20

18

16

m 14

о

СП

m 12

^

н

о

о 10

m

н

о

0)

3" 8

х

Ц

о

6

4

2

0

У

Л>

У

У .

✓ ____'

✓ ______

У ,—

у /

у ____ .

_ у _____

° ✓

су /

/ / ✓

/ / _ «■* ■

✓ /о <-

/ / ^

/ /

/ •

/О / - ^

/ /

S / , ^

Г /

^ / / о ■

/ / ✓ /• / X*

у У .

...../ Т.........7......

/ ^ О

^ ^ .— У

У у/ у* ■

о _____ 0 ^

о ,— у

/ о ^

/ /

у у

у

У

У

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

Пробег, км

Рис. 1. Зависимость количества отказов автомобиля МАN F2000 от пробега

На основе информации о пробеге, параметрах технического состояния, выполненных работах и израсходованных ресурсах, наличии неисправностей, времени полезной работы транспортных средств, имеющейся в банке данных «Техника Севера», рассчитываем удельные (на один километр пробега) затраты на запасные части и ремонт автомобиля в следующем виде:

Приравнивая выражение (4) к нулю, получим

С

А - = 0. Т

Тф

Вычисляя это уравнение, находим значение про-

бега:

= ■

С

А

(5)

ЗУЗ = А ■ ТФ + В,

где Зуз - удельные затраты на запасные части и ремонт; 1Ф - фактический пробег с начала эксплуатации

(1) Значение Тф определяет верхнюю границу оптимального срока службы техники.

Для расчета экономически оптимального срока службы техники с учетом износа удельные затраты на

эксплуатацию автомобиля вычисляются с учетом удельной остаточной стоимости автомобиля, обусловленной ресурсом машины.

Удельную остаточную стоимость автомобиля с учетом физического износа можно вычислить согласно Постановлению правительства РФ № 361 от 24 мая 2010 г. Расчет физического износа с учетом возраста и пробега транспортного средства с начала эксплуатации проводится по формуле

Иф = 100 • (1 - e ) ,

(6)

где е - основание натуральных логарифмов, е «2,72; П - функция, зависящая от возраста и фактического пробега транспортного средства с начала эксплуатации.

Вид функции П для грузовых автомобилей зарубежного производства определяется по формуле

П = 0,072Тф + ^.ОО!7 ¿ф .

(7)

1000

где ТФ - фактический возраст автомобиля; LФ - фактический пробег с начала эксплуатации автомобиля, км,

^ (8)

Т =

1 ф

L

срг

Здесь LСpГ - средний годовой пробег автомобиля.

Тогда удельную остаточную стоимость автомобиля с учетом физического износа можно вычислить по формуле

С

Зуос = Слвт *(1 - Иф/100). ¿ф

(9)

Используя выражения удельных затрат на запасные части (1) и удельную остаточную стоимость автомобиля (9), вычислим удельные затраты на эксплуатацию автомобиля с учетом износа:

ЗУЭИ = ЗУ3 + ЗУОС , (10)

где Зуэи - удельные затраты на эксплуатацию автомобиля с учетом износа; Зуз - удельные затраты на запасные части и ремонт; Зуос - удельная остаточная стоимость автомобиля.

Для расчета экономически оптимального срока службы техники находим минимальные значения удельных затрат на эксплуатацию автомобиля с учетом износа. Для этого дифференцируем функцию

Зуэи в следующем виде:

¿зуэн=^ _ савт ^-п

dL

Г L

e n +

+ -

C

лвт g-n

f 0,072 0,0017^

(11)

L

v lcpr

1000

Приравнивая выражение (11) к нулю

С

д _ слвт lo

e-n +

+ -

C

f

авт -п

L

0,072 0,0017 + —-

Л

(12)

v lcpr

= 0

у

1000

и решая уравнение (12) численными методами, нахо-

определяет

дим значение пробега LH. Значение L^

нижнюю границу оптимального срока службы техники. На рис. 2 представлена схема алгоритма вычисления

верхней и нижней L^ границ экономически оптимального срока службы техники.

В качестве примера проведем расчет нижней и верхней границ экономически оптимального срока службы автомобиля MAN F2000.

1. Исходные данные:

- Стоимость нового автомобиля MAN F2000 около 2,5 млн руб.

- Средний годовой пробег исследуемых автомобилей MAN F2000 находится в пределах от 50 до 100 тыс. км. Средний годовой пробег автомобиля MAN ^СРГ =70 тыс. км.

- Средняя стоимость запасных частей и материалов, затраченных на устранение одного отказа, составляет около 5 тыс. руб. Для сложных технических изделий, к которым можно отнести и большегрузные автомобили, большое значение имеет не только стоимость детали, но и затраты труда на снятие, ремонт и установку после восстановления отказавшего элемента. Таким образом, стоимость отказа возрастает не менее чем в 3 раза по сравнению со средней стоимостью одной запасной части и составляет 15 тыс. руб.

2. Определяем коэффициенты тренда затрат на запасные части и ремонт автомобиля:

ЗУЗ = A • ¿ф + B,

где A =0,00205/770 и B =367,5/770.

3. Используя формулы (6), (7) и (8), производим расчет физического износа автомобиля. В таблице приведены результаты расчёта износа автомобиля MAN от пробега.

4. По формуле (5) определяем верхнюю границу

оптимального срока службы техники L^:

тВ _ СЛВТ

¿ф =V А

V

2500000•770

0,00205

= 969 тыс. км.

При высокой стоимости автомобиля и относительно низких затратах на устранение отказов минимум удельных затрат на эксплуатацию автомобиля MAN F2000 достигается при 969 тыс. км пробега. 5. Решая уравнение (12)

С

Д _ СЛВТ

L'.

с

g-n C АВТ

(

ф>

L.

ф

0,072 0,0017

+

Л

v ¿срг

1000

= 0,

у

находим значение нижней границы оптимального срока службы автомобиля MAN F2000: L^ =659 тыс. км.

n

e

Расчет удельных затрат с учетом износа

/

1

-ф V

Иф 100.

Построение графика зависимости 3, :>.,,, и ,,, от пробега /.

3 =3 +3

в в С

Определение верхней границы оптимального срока службы техники I..'.: Ь,, = ,;—

V А

Определение нижней границы оптимального срока службы техники :

/ ч

Г Г

^ Л ОТ -О ^ Л

у4_ГАВТе-П+^АВТе-П

т} т

¿-'г!-. ьа

^ 0,072 0,0017 Л ч 1СРГ 1000

= 0

Конец

Рис. 2. Алгоритм вычисления верхней Тф и нижней Тф границ экономически оптимального срока службы техники

Расчет износа автомобиля МАЫ Р2000

Тф, год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1ф> тыс.км 70 140 210 280 350 420 490 560 630 700 770 840 910

П 0,19 0,38 0,57 0,76 0,96 1,15 1,34 1,53 1,72 1,91 2,10 2,29 2,48

Иф, % 17 32 44 53 62 68 74 78 82 85 88 90 92

lui

Транспорт

Результаты расчета нижней и верхней границ экономически оптимального срока службы автомобиля MAN подтверждаются литературными данными. Известно, что шести и семилетние импортные автомобили при пробеге 700-800 тыс. км сохраняют до 40% первоначальной стоимости и пользуются повышенным спросом на вторичном рынке.

Выводы. Предложена методика расчета срока службы техники, эксплуатируемой в условиях холодного климата. Mетодика позволяет нормировать срок службы техники, устанавливать периодичность профилактических мероприятий, оценивать влияние ре-монтно-восстановительных работ на экономические

показатели и надежность конструкции.

Произведенный расчет показал, что нижняя граница экономически оптимального срока службы автомобиля MAN F2000 достигается при пробеге 659 тыс. км, а верхняя граница - при пробеге 969 тыс. км. Предварительные расчеты показывают, что при среднесуточном пробеге более 300 км импортные автомобили становятся экономически более выгодны по общим эксплуатационным затратам, чем отечественные аналоги. Имеющаяся информация в банке данных «Техника Севера» может применяться для оптимизации структуры парка машин, контроля и повышения качества ремонта.

Библиографический список

1. Гоц А.Н. Об оптимальной долговечности машин // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3; URL: www.science-education.ru/103-6245

2. Ишков А.М. Математическая ритмология в работоспособности техники на Севере. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2000. 320 с.

3. Ишков А.М., Зудов Г.Ю., Майоров В.Ф. Работоспособ-

ность магистральных грузовиков в условиях Севера // Двто-транспортное предприятие. 2006. №11. С.18-21. 4. Ишков A.M., Кузьминов M.A., Зудов Г.Ю. Эксплуатация магистральных автомобилей MAH F2000 в условиях холодного климата // Aвтотранспортное предприятие. 2008. №1. С. 44-46.

УДК 532

РАСЧЕТ СКОРОСТИ ПОЛЕТА ЭКРАНОПЛАНА ПРИ НЕЛИНЕЙНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ОТ НЕЕ ТЯГИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

© В.А. Одареев1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассматривается нелинейная математическая модель экраноплана, связанная с зависимостью скорости полета от величины тяги силовой установки. В качестве расчетной принята самолетная схема с несущим комплексом малого удлинения и плоским горизонтальным оперением, вынесенным из зоны влияния опорной поверхности. Aппарат считается абсолютно жестким, совершающим малые вертикальные и угловые перемещения в плоскости тангажа. Получены апериодическая и колебательная составляющие скорости полета экраноплана. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: экраноплан; опорная поверхность; несущий комплекс; отстояние от экрана; удлинение; тангаж; тяга силовой установки; скорость полета.

FLIGHT SPEED CALCULATION OF WING IN GROUND AIRCRAFT UNDER NON-LINEAR DEPENDENCE OF POWER PLANT THRUST V.A. Odareev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article examines a nonlinear mathematical model of a wing in ground aircraft associated with the dependence of flight speed on the value of power plant thrust. An aircraft-type configuration with the bearing complex of low aspect ratio and a planar horizontal tail remote from the effect zone of bearing surface is accepted to be a computational model. The aircraft is considered to be absolutely rigid, performing small vertical and angular movements in the pitch plane. Aperiodic and oscillatory components of the wing in ground aircraft speed are obtained. 6 sources.

Key words: wing in ground aircraft; bearing surface; bearing complex; distance of the screen; extension; pitch; power plant thrust; flight speed.

Продольная устойчивость экраноплана может быть обеспечена путем создания быстродействующей системы автоматического управления (ЗДУ), особенно необходимой при полете на малых отстояниях от опорной поверхности.

1Одареев Владимир Арсентьевич, доктор технических наук, профессор кафедры самолетостроения и эксплуатации авиационной техники, тел.: (3952) 405133.

Odareev Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Aircraft Construction and Maintenance, tel.: (3952) 405133.