CC BY
23
УДК 658.581:630*36
В.Н. Шиловский, Г.Ю. Гольштейн
Петрозаводский государственный университет
Шиловский Вениамин Николаевич родился в 1945 г., окончил в 1970 г. Петрозаводский государственный университет, доктор технических наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта ПетрГУ. Имеет более 180 печатных трудов в области надежности и ремонта лесных машин. Тел.: (8142) 71-10-56
Гольштейн Григорий Юрьевич родился в 1983 г., окончил в 2007 г. Петрозаводский государственный университет, аспирант ПетрГУ. Имеет 3 печатные работы в области организации и ремонта лесозаготовительных машин. E-mail:grigory@psu.karelia.ru
ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ОТКАЗА ГИДРОСИСТЕМЫ МАНИПУЛЯТОРА БЕСЧОКЕРНОГО ТРАКТОРА
Предложены методические подходы, математические модели по экономическому обоснованию критериев параметрических отказов, периодичности диагностики сопряжений лесозаготовительных машин.
Ключевые слова: параметрический отказ, экономический критерий, периодичность диагностики.
Отказы деталей и сопряжений машин и оборудования, как известно [3], делят на функциональные, при которых прекращается выполнение функций рассматриваемым элементом или объектом (например, поломка зубьев шестерни гидронасоса), и параметрические, при которых некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (например, падение производительности трактора или потеря точности станка).
В проанализированной нами технической и нормативно-справочной литературе не представлены ни качественные, ни количественные критерии параметрического отказа гидросистемы какой-либо лесозаготовительной машины (ЛЗМ), вызванного предельным износом одного или нескольких гидроагрегатов одновременно. Отсутствуют как частные зависимости скорости и грузоподъемности манипуляторов от производительности гидронасоса и усилий, развиваемых каждым цилиндром его гидропривода, так и интегрированные математические модели зависимости производительности манипулятора от состояния параметров (развиваемое давление в гидроприводе, скорость, масса перемещаемого груза и т. п.) гидроагрегатов и гидроцилиндров всего гидропривода. Нет обоснованных данных о влиянии производительности манипулятора на производительность ЛЗМ и, следовательно, о пороге себестоимости единицы производимой продукции, который не должен быть ниже доходной ставки.
Цель нашей статьи - определить возможность повышения экономической эффективности использования ЛЗМ при своевременном выявлении и предупреждении параметрических отказов гидропривода. Задачей исследования является разработка методических положений о технико-экономическом обосновании качественного критерия параметрического отказа гидропривода манипулятора трактора для бесчокерной трелевки леса, а также о периодичности проверок его технического состояния. Эти положения разрабатываются впервые и, безусловно, актуальны для лесозаготовительных предприятий, работающих в рыночных условиях. Статья носит методический постановочный характер, экспериментальная проверка, окончательные результаты и выводы будут представлены в дальнейшем.
Рассмотрим влияние снижения производительности гидроманипулятора трелевочного трактора на экономическую эффективность его работы. Техническую производительность Пт найдем по формуле [4]
П = ^ (!)
Т р
где Q - объем пачки деревьев, которую можно погрузить в зажимной коник за рейс, м3;
Т - продолжительность работы гидроманипулятора за период набора пачки, с.
Расчетную себестоимость (ср) 1 м3 древесины, перемещаемой гидроманипулятором, а затем трелюемой трактором, определим по формуле
С р = -р П
( С Т Л
пост р пер + ,
У
(2)
где Спер, Спост- соответственно переменные и постоянные расходы, приходящиеся на 1 ч эксплуатации гидропривода.
Для достижения рентабельной работы гидроманипулятора, а значит, трактора в целом, нельзя допускать, чтобы себестоимость превышала доходную ставку (Сд), т. е. Сд > Ср. Располагая показателями работы гидроманипулятора, можно установить зависимость себестоимости единицы продукции от износа гидроагрегатов через изменение параметров их технической характеристики (производительность гидронасоса; усилие, развиваемое гидроцилиндром, и т. п.).
На условном примере рассчитаем себестоимость 1 м3 древесины в зависимости от снижения часовой производительности гидроманипулятора. Для гусеничного трелевочного трактора типа ТБ-1М примем данные, характеризующие параметры набора гидроманипулятором пачки деревьев за комли: Q = 8 м3; Тр = 864 с ; Спер = 204 р./ч; Спост = 124 р./ч; Сд = 8,5 р./ч. Тогда техническая производительность гидроманипулятора трелевочного трактора
„ 3600- 8 „„„„ 3,
П =-= 33,33 м3/ч.
т 864
Рис. 1. Зависимость условной технической производительности гидроманипулятора от времени цикла его работы
Зависимость условной технической производительности от времени цикла работы гидроманипулятора Тц приведена на рис.1.
Расчетная себестоимость 1 м3 древесины, перемещаемой гидроманипулятором с технически исправным гидроприводом,
р 33,33
204 +
124•864 3600
= 7,03 р./м3.
Зависимость расчетной себестоимости от производительности гидроманипулятора представлена на рис. 2. В рассмотренном условном примере производительность гидроманипулятора не должна быть ниже 28 м3/ч. Приведенный пример показывает, что при расчетах необходимо знать реальные характеристики параметрических отказов гидроагрегатов.
Проверка фактического технического состояния объекта, как правило, сопряжена с затратами и выведением его на некоторое время из эксплуатации. Частые проверки приводят к увеличению затрат на их проведение и, самое главное, уменьшению коэффициента технической готовности и использования лесозаготовительной машины. Редкие проверки создают определенную вероятность эксплуатации оборудования и машины за пределами допустимого уровня снижения производительности. Таким образом, налицо противоречивость факторов, воздействующих на эффективность эксплуатации лесозаготовительной машины и в значительной степени определяющих стратегии и способы проверки технического состояния изучаемых объектов.
Рис. 2. Зависимость расчетной себестоимости 1 м3 стреле-ванной древесины от производительности гидроманипулятора: 1 - расчетная себестоимость; 2 -уровень доходной ставки
Рассмотрим концепцию планирования проверок на основе баланса их стоимости и потерь от необнаруженных неисправностей системы. Будем считать, что каждая проверка имеет фиксированную стоимость Сь а пребывание системы в неисправном состоянии в течение 1 ч обходится в С2, р./ч. Тогда отказ (снижение технических показателей ниже допустимых), возникающий в любой момент между некоторыми k-й и (£+1)-й проверками, вызывает эксплуатационные потери, которые в среднем равны tk+i
jCi (k +1)+ C2 (tk+1 - x)}dF (x), где F(x) - распределение времени до первого
tk
параметрического отказа системы.
Параметрический отказ может возникнуть после любой по счету проверки, поэтому полные ожидаемые потери (М[Пэ]) от эксплуатации машины после его возникновения можно определить по выражению
МП ] = £ Yc (k +1)+C2 (tk+1 - x)}dF (x). (3)
k=0 tk
Организация проверок через постоянный период времени определяет так называемую периодическую стратегию, с переменным интервалом - последовательную [1]. В начале эксплуатации может быть выбрана периодическая стратегия. С течением времени, когда состояние сопряжений приближается к предельному по экономическому критерию, периодичность проверок должна изменяться, т. е. сокращаться периоды между ними, чтобы не пропустить возникновение параметрического или аварийного отказа. На конечном интервале времени Т нужно так спланировать число проверок и интервалы между ними, чтобы достигался минимум возможных потерь вида (3) при любом, даже неизвестном распределении F(t).
При организации проверок через постоянный интервал т полные ожидаемые эксплуатационные потери найдем по выражению
ш (k+i)T
м[Пэ ]=£ JCi (k +1) + C2 [(k + 1)т - x]}dF(x) . (4)
k=0 kT
При неизвестном законе распределения F(t) могут быть предложены последовательно периодические стратегии проверок с периодом Т, имеющим конечное значение. В этом случае нетрудно представить эксплуатационные потери, обусловленные неисправностью, возникающей между k-й и (k+^-й проверками (k = 0, 1, 2,..., n-1). Если обозначить через ю случайный момент параметрического отказа системы, то при различных условиях его возникновения во времени потери будут равны:
Q (k +1)+C2 (tk+1 - ю), если tk < ю < tk+1 (k = 0, 1, ... n -1); g(ra) = <C1n + C2 (T - ю), если tn < ю < T; (5)
C1n, если ю > T.
Поскольку параметрический отказ системы может возникнуть в любой момент времени в заданном интервале или вообще не возникнуть за время (0, Т), то полные ожидаемые потери (М[Пэ(Т)]) за это время составят:
M[Пэ(T)] = Х '/'{С (к +1) + С2(tk+l - x)}dF(x) +J Cn + C2(T - x)}dF(x) + сЩdF(x) • (6)
k=0 tk T
При неизвестном распределении момента появления неисправности F(t) планирование проверок можно формулировать на основе известного минимаксного критерия min maxМ[Пэ(Т)] (к = 0, 1, 2, ..., n). Значения
{tk}n F(t)
(М[Пэ(Т)]) вычисляют по выражению (6), а максимум берут по всем возможным распределениям F(t).
Минимаксная стратегия проверок сводится к выводу числа проверок n как наибольшего целого числа, удовлетворяющего неравенству
Cn2 + Cn + 2(С - C2T) < 0 • (7)
Моменты последовательных проверок tk определяют по выражению [2]
T С f n(n + 3)
'к = к
- + -
n +1 2С21 n +1
--(к+1)
(8)
Согласно работе [5] диагностику гидроагрегатов гидросистемы привода технологического оборудования ЛЗМ целесообразно проводить передвижными средствами технического сервиса.
Выводы
1. Предложена методика определения состояния параметрического отказа гидропривода технологического оборудования ЛЗМ по экономическому критерию, при котором себестоимость 1 м3 заготовленной древесины превышает доходную ставку.
2. Для определения момента возникновения параметрического отказа предложена концепция планирования проверок на основе баланса стоимости проверок и потерь от необнаруженных неисправностей объекта с описанием периодических и последовательно-периодических проверок.
3. Предложенные методические положения в условиях конкурентных рыночных отношений могут быть востребованы и использованы для повышения экономической эффективности эксплуатации ЛЗМ применительно к конкретным условиям конкретной машины, что показано на условном примере - числовом эксперименте.
4. Разработанные методические положения имеют как научное, так и практическое значение и могут быть использованы при подготовке менеджеров технического сервиса лесозаготовительных машин.
5. Работы по проведению теоретических и экспериментальных исследований параметрических отказов как части системы технического обслуживания и ремонта машин по их фактическому техническому состоянию требуют продолжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Перроте, А.И. О режиме оптимальной профилактики систем длительного пользования [Текст] / А.И. Перроте // Автоматика. - 1961. - № 3.
2. Райкин, А.Л. Элементы теории надежности для проектирования технических систем [Текст] / А.Л. Райкин. - М.: Сов. радио, 1967. - 265 с.
3. Решетов, Д.Н. Надежность машин [Текст]: учеб. пособие для машиностр. спец. вузов / Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев; под ред. Д.Н. Решетова. - М.: Высш. шк., 1988. - 238 с.
4. Швед, А.И. Трелевочные тракторы [Текст] / А.И. Швед. - Челябинск, 2003. - 267 с.
5. Шиловский, В.Н. Теоретические основы и стратегии организации маркетинга и менеджмента технического сервиса территориально распределенных машин и оборудования [Текст]: монография / В.Н. Шиловский. - Петрозаводск, 2001. - 324 с.
Поступила 15.01.08
V.N. Shilovsky, G.Yu. Golsehtein Petrozavodsk State University
On Investigation of Parametric Failure of Hydraulic System for Chokerless Tractor Manipulator
Methodical approaches, mathematical models on economic substantiation of parametric failures criteria, diagnostics frequency of logging machines сonjugation are offered.
Keywords: parametric failure, economic criterion, diagnostics frequency.
