Оценка жесткости климатологических факторов при эксплуатации транспортных средств в Северо-Западном федеральном округе Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 608.2

ОЦЕНКА ЖЕСТКОСТИ КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ

ФЕДЕРАЛЬНОМ ОКРУГЕ

А.Г. Морозов1, А.А. Колосов2

3Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),

191023, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21.

Изучение технической жесткости холодного и жаркого климата Северо-Западного федерального округа для разработки и совершенствования технического обслуживания и ремонта транспортных средств.

Ключевые слова: техническая жесткость климата, транспортные средства, районирование, надежность, техническое обслуживание.

EVALUATION OF CLIMATOLOGICAL FACTORS OF THE NORTHWESTERN FEDERAL DISTRICT FOR TECHNICAL PURPOSES

A.G. Morozov, AA Kolosov

Sankt-Petersburg State University of Economics (SPbSUE), 191023, St. Petersburg, street Sadovaya, 21 The study of the technical rigidity of cold and hot climate of the Northwestern Federal District to develop and improve the maintenance and repair of vehicles.

Keywords: technical climatic hardness, vehicles, regionalization, safety, service.

На свойства конструкционных, эксплуатационных материалов и в целом на надежность машин, эксплуатируемых на открытом воздухе, влияет комплекс климатических факторов. Интенсивность их влияния зависит от климата района использования транспортного средства и изменяется во времени в соответствии с изменением погоды этого района.

Характеристики каждого из климатических факторов по разному распределяются в пространстве и во времени. Наиболее неблагоприятное влияние на свойства материалов и надежность машин оказывают комплексы факторов холодного и жаркого сухого климата Северо-Западного федерального округа.

Интенсивность воздействия комплекса климатических факторов на надежность технических устройств целесообразно оценивать как техническую жесткостью климата и погоды.

Сложность построения математической модели технической жесткости климата определяется: широкими диапазонами значений

климатических факторов и их неравномерным распределением по территории СЗФО, неуправляемым характером этих факторов (веро-

ятностей возникновения), различным эффектом их воздействия на материалы.

Для повышения точности моделей необходимо разработать математические модели технической жесткости климата отдельно для холодного и жаркого климата с учетом различных комплексов и интенсивности воздействия климатических факторов этих климатов.

В общем виде эти модели были представлены как многофакторные функции следующего вида [6]:

фт, пт.бх, тх,т, балл, (1)

где: Ик, - обобщенный показатель технической жесткости холодного климата; «Я- - обобщенный показатель технической жесткости сухого жаркого климата; О - суммарная солнечная радиация; I - температура наружного воздуха; о -средняя амплитуда суточных колебаний температуры воздуха; V - средняя скорость ветра; ф -относительная влажность воздуха; пжб - атмосферные явления, влияющие на надежность машин; время действия отрицательных и

положительных температур воздуха в течение года, месяцев.

1 Морозов Александр Геннадьевич - кандидат технических наук, заведующий кафедры"Автосервис" СПбГЭУ; ' '

2Колосов Александр Александрович - магистрант кафедры "Автосервис" СПбГЭУ, моб.:+79046043435, е-mail: kolosovrussia@gmail. com.

Климатические факторы, представленные в формуле 1 являются непредсказуемыми и неуправляемыми, но при этом, достаточно хорошо изучены. Значения климатических факторов являются результатами многолетних (5(Н80 лет) сборов статистических данных, наблюдений и достаточной базой для выполнения расчетов технической жесткости климата [2,3].

В математические модели должны входить факторы, оказывающее существенное влияние на надежность автомобильного транспорта, и значения этих факторов представлены в специализированной литературе [2,3].

Вследствие неуправляемого характера воздействия климатических факторов на свойства материалов и, как следствие, надежность машин, математическим аппаратом исследования этого влияния является дисперсионный анализ и, в частности, методы рангового анали-

Методика рангового анализа сводится к формализации опыта специалистов (исследователей), экспертная оценка которых заносится в таблицу - матрицу рангов. При этом, каждому фактору эксперт присваивает место (ранг) в соответствии со значением фактора в оценке параметра оптимизации (количественной характеристики цели исследования). Применительно к влиянию климатических факторов на технические изделия параметром активизации является балл технической жесткости климата [6].

На рис. 1 представлена в качестве примера средняя априорная диаграмма рангов при определении технической жесткости климата.

О I-

40

Сумма

80

раагов

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Рисунок 1 - Априорная диаграмма рангов климатических факторов: 1. Средняя минимальная температура воздуха; 2. Абсолютно максимальная температура воздуха; 3. Относительная влажность воздуха; 4. Прямая радиация; 5. Амплитуда температуры воздуха;6. Средняя скорость ветра; 7. Пыльная буря; 8. Рассеянная радиация; 9. Продолжительность жаркого периода; 10. Туман; 11. Максимальная скорость ветра; 12. Количество осадков; 13. Атмосферное давление; 14. Переход температуры воздуха через 0°С; 15. Направление ветра.

Как видно из диаграммы, по сумме рангов, наиболее существенное влияние на надежность автомобильного транспорта оказывают первые восемь факторов, которые и будут да-

лее изучены и применены для расчета технической жесткости климата. Чтобы иметь представление к какому климатическому району принадлежит территория СЗФО, необходимо выполнить районирование.

Районирование - деление территории на части (районы), различающиеся между собой и в чем-то однородном внутри себя.

Климатическое районирование представляет собой деление территории Российской Федерации на климатические зоны, в которых сохраняется многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического положения. Согласно ГОСТу 16350-80 [1], были перенесены климатические зоны с карты районирования территории СССР по воздействию климата на технические изделия и материалы на карту СЗФО Российской Федерации (рисунок 2).

В таблице 1 представлены климатические районы и их наименования. Данные обозначения закреплены ГОСТом 16350-80 и далее в работе они будут упоминаться согласно ему.

Данные представленные в таблице свидетельствуют о том, что практически вся территория Северо-Западного федерального округа принадлежат умеренному макроклиматиче-скому району.

К макроклиматическому району с умеренным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха равна или ниже плюс 40°С, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна или выше минус 45 °С [8].

Рисунок 2 - Районирование территория СЗФО РФ по воздействию климата на технические изделия и материалы

К макроклиматическому району с холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже минус 45°С [8].

Холодный климат оказывает особое влияние на эксплуатационную надежность транспортных средств, в результате чего производительность многих машин снижается. Затраты на содержание, техническое обслужива-

ние и ремонт, расходные материалы и запасные части увеличиваются ввиду роста отказов.

В условиях холодного климата эффект воздействия климатических факторов на свойства материалов и надежность машин во всех случаях является отрицательным: чем более интенсивно воздействует каждый из факторов, тем больший отрицательный эффект их совместного воздействия, что должно учитываться в математических моделях технической жесткости климата.

Техническая жесткость холодного климата представляет собой совокупную характеристику влияния климатических факторов на эксплуатационную надежность машин, особенно такие факторы как низкие температуры воздуха окружающей среды, амплитуды суточных колебаний температуры воздуха, влажность воздуха, туманы и метели - как показывает ранговый анализ по П.И. Коху [6] (рис. 1). Баллы технической жесткости климата дают общую, точечную оценку жесткости климата в отношении автомобильного транспорта при средних значениях климатических факторов в течение трех наиболее холодных месяцев.

Применительно к технической жесткости холодного климата формула (1) имеет вид [6]:

Т(Ртлп> ®х> ^хфх> П-т.м.> ^х) баЛЛ,(2)

С использованием результатов рангового анализа и уравнения (2) формула для определения ТЖХК в баллах примет вид

Мк (0,75£т;пср + 0<25£т;по(5С) ■

(1 + 0,015а*) ■ (1 + 0,07гя^) ■ (1 + 0,26<рх) ■

(1 + 0,014п„;л() ■ (1 + 0,022тх) балл, где: А^. - техническая жесткость холодного климата, балл; 1ттср - среднее значение среднего минимума температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, °С; табс - среднее значение абсолютного минимума температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, °С; о,. - средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три

наиболее холодных месяца, °С; ух - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца, м/с; фх - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее холодных месяца, доли единицы; пжм - среднее за месяц значение числа дней с туманом, метелью и пыльной бурей за три наиболее холодных месяца; тг— продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха ниже 0 °С.

Математическую модель технической жесткости сухого жаркого климата можно построить, используя методы построения математической модели технической жесткости холодного климата [6]. По П.И. Коху [6], ранговый анализ (рис. 1) влияния климатических факторов жаркого сухого климата на эксплуатационную надежность машин показал, что наиболее существенно на жесткость жаркого климата влияют солнечная радиация, высокие температуры воздуха, влажность воздуха, песчаные и пыльные бури. В связи с этим, на основании рангового анализа и анализа влияния климатических факторов жаркого климата на свойства материалов и надежность машин, математическая модель для ТЖСЖК примет следующий вид [6]:

5, (0,55£тахСр + 0,20£тахапс) '

(1 + 0,01 (^„^) ■ (1 + 0,0075 а,„) ■

(1 - 0,03 ц„) ■ (1 +-£-) ■ (0 009п. и ) ■

(1 + 0,012т,„) балл, (3)

где: ?тахср ~ среднее значение среднего максимума температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, °С; /|Т1;|Х1,Й6 - среднее значение абсолютного максимума температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, °С; 0„, - среднее значение месячной суммы суммарной солнечной радиации за три наиболее теплых месяца, ккал/см2; о„, - средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, °С; V,,,- средняя скорость ветра за три наиболее теплых месяца, м/с; (рт - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее теплых месяца, доли единицы; п,-ип - среднее за месяц значение числа дней с пыльной бурей, метелями и туманом за три наиболее теплых месяца; г„,- продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха выше 0 °С.

Таким образом, согласно собранным статистическим данным и по выражениям (2) и (3), был произведен расчет технической жесткости холодного А^. и сухого жаркого климата Л'„ представленные в табл. 2.

П.И. Кох [6] выделяет диапазон баллов технической жесткости климата из пяти групп, представленных в таблице 3.

Таблица 1 - Климатические районы СЗФО

Макроклиматиче-ский район Климатический район Обозначе- ние

Холодный Холодный 12

Умеренный Арктический западный ІІ3

Умеренно холодный ІІ4

Умеренный ІІ5

Умеренно теплый ІІ7

Умеренно теплый влажный ІІ8

Таблица 2 - Расчет технической жесткости климата субъектов Северо-Западного федерального ___________округа_____________________,_____,_____

№ 11. 11. Субъект СЗФО о §• Й о >о св й о & ч 0 о ■§ £, ч ё к н* Мк, баллы О о & о V© в ё о & £ о о ■§ £ -©^ Ё V© к н6 Ь'к, баллы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 ъ 1 4 1 5 1 ' 1 ' 1 8 1 9

1. Ленинградская область сл 1> 1 о, 1 сл 1/^ т, 1/^ сл ©, СП, ©, сл ОС тГ ', 1/^ сч гч СП 00 0^' СП 00 сч тг с^' ', ОС ш 1> ш с^'

С анкт-Петербург сл 40 1 1 ^т, 1/^ т, 1/^ ' 00 ,' о 40, тг ^т, ©, ч^' гч СП ОС сч ОС тг с^' тг о сч с^'

Свирица о, ОС 1 1 40, 1/^ т, 1/^ ' 00 ,' 1/^ ОС сл 1/^ 00 ш сэ ' с^' ОС ш

Тихвин с* 0^' 1 1 о, 40, т" 00 ,' о, 1/^ ч^' ', сч СП о, 00, сл сч ш ©, тг о 1> о

2. Калининградская область со ,' ш т, с^'

Калининград с* сч 1 о 1 о, т" тг 00 ,' ш со ,' ч^' гч ш 00, сч ' с^' тг сэ ш с^'

3. Республика Карелия о т, Ч!^

Петрозаводск чо, 1 ш 1 о К сл С^ ' 00 ,' ш со, 1/^ ' со, ОС ГА т, с^' ' оп тг с^' с^ ЧО тг <ч

Кемь т, 1 ш 1 о, 1/^ ' 00 ,' 00 1/^ аь, ГА гч ', 00, г- ' с^' ч^' СП ч^'

Лоухи о, 1 40 1 40, ч^' со ' 00 ,' 4^' Г^ СЧ ©, со сл 0^' 1П с^' ОС сл 1/^ '

4. Республика Коми со 00 ©, ш СП ч^'

Сыктывкар *4 тг 1 о 1 1> тг со 00 ,' 40 сл 1/^ ш т, тГ сл ' сэ 00 о, ©, о сч ч^' ОС о, 00,

Печора 40 К 1 ' 1 о, 40 40, 00 ,' со сл 40 ш тГ, ч^' ш с^' ОС сэ ', с^' ' с^' ш сч 1/^

Ухта 40, 1/^ 1 со 1 ОП 1> 00 со 00 ,' со, ч^' ш ч^' тг ОС с^ с^' 00 1/^ СП 1П

Воркута сл ОС 1 ' 1 К т, 1/^ 00 ,' о о, ОС 0^' ш т с* & о ' ОС сл с^' 00 с^' тг г^'

5. Архангельская область оп 1> т 00

Архангельск 40, 1 1 т, ч^' сл 1/^ ' 00 ,' о 1/^ со СП 00 с^' о, 00, тг с^' ОС сч ч^' сч ОС

Емецк ^т, сч 1 ОС 1 т, ч^' т, с^ 00 ,' 00 1/^ о сл т ', ОС ', ©, 00 ©, сч ч^' ОС

Койнас 00 1 1 ОС О, со" 00 о" О со, чо сл 4 2, СО* 9, о" 2 18,79 7, сч с^' Ш 1/^ 7 1/^ 00

Онега СЛ о" 1 ' 1 чо чо со" 0,85 со о, т" '2,'2 2, тГ 20,8 18,49 о" гч ,0 ЧО 18,88

6. Ненецкий автономный округ ' СО, 5 11,''

Нарьян-Мар о, 40 1 ш 1 00^ со чо 0,83 со о" 54,'1 4, о" 9, ЧО 18,77 О, ОС гч 1/^ 0,72 ш 00 12,9'

Индига сч со" 1 1 о, ОС чо, о" 0,84 о о" ' 5 8,4' 5, СО* 18,77 Ш, 1/^ 0,84 40 10,'8

7. Вологодская область СО, ' 20,51

Вологда о, 1 40 1 чо 40 0,85 со, т" '',94 ', 2, 2 18,7' 8, О* - 0,7' ч^' 20,89

Вытегра 00 1 о 1 00 чо со, т" 0,84 со, т" '0,11 19,'7 9, о" гч 4 О, ,0 О 00 ч^' ' С^' 2

Никольск т, сч 1 00 1 чо со 0,84 т, т" '2,91 ', 2',1 18,7' 4, 1/^ сч 5 о, ,0 1/^ ЧО 2 о" 2

8. Мурманская область Э',14 15,77

Мурманск о, 1 00 1 с* 40 т, т" 0,84 о с* чо ЧО, 1' 4, 1> 19,05 <ч ОС 00 с^' ' о, ,0 о 00 1/^ 14,'7

Кандалакша 00 О* 1 1 чо о, т" 0,85 чо 5 Ш, ' О, сч 18,77 2, о" - 0,72 1/^ 17,9'

Ковдор О, со" 1 40 1 СЛ чо т, со" 0,8' О, чо 2 О, ' О, о, ОС 18,77 со, о" гч О, ,0 40 1/^ 1',50

Красногцелье со сч 1 ' 1 00 40 со 0,85 00 ЧО 33,63 ', 5, ОС 18,77 4, о" с^' о, ,0 ш с^^ 1/^ 1',''

Мончегорск о, 1 о 1 00 40 о, т" 0,84 о чо '5,82 ', ОС 18,77 со, о" 00 9 чо ,0 ш т" 1',89

Пялица с* 1 1 т, 40 т, т" 0,86 со т, чо 0 *4 2 с^, ОС тг 18,49 4, о" с^' 0,85 ОС 12,01

9. Новгородская область 2 т, 2 19,72

Великий Новгород 00 1> 1 1 О, 40 О, тГ 0,85 00 22,52 40 8, сч 2 18,42 0, 0,7' о с^ 19,72

10 Псковская область 18,90 20,71

Псков т, чо 1 1 сл т" сл СО* 0,8' ОС Ш, 17,78 2, чо 22,9 19,79 10,7 1/^ с^' 4 ,0 Ч!^ 20,41

Великие Луки о" 1 1 чо СЧ 0,84 2 О, О* 2 2, ЧО СО 19,45 8, О* со 0,77 Ч!^ О, 12

Таблица 3 - Техническая жесткость климата

Климат

Мало-

жесткий

Умеренно жесткий

Жесткий

Очень

жесткий

Наиболее жесткий

Баллы технической жесткости климата

Холодный

& |о И Ю В

и О

«из О 2 1-Р

н д в н

К о Ч Ч о

Д я ю и я

Ч ч о а ч

_о і

Н «

о о

ю

о

о

к

1=1

ю

д 55

аЗ К

х 2 Л !=Г

О)

О • - м

Он § Д

Л

и В

61-90

91-120

121-170

Жаркий

Л л

н ^

п О, і

сЗ ,Л с?Ю ,

ч о ^ ° ю

2 „ « о

о а и і *

ьй ‘ '

О * .

л ю « о

о

о

§-е

> ч О Ы

а В и « ^

ь" в Рн О С

Рн Д • - н-н •К К ^ нч Л

« І В з В §

ю Й

^а

о Ч (и (и

^ Й га

£ <я

Н

О С

26-35

36-45

46-60

Согласно данным таблицы 3, субъекты Северо-Западного федерального округа являются представителями маложесткого и умеренно жесткого холодного климата, а именно:

Ленинградская область, Калининградская область, Республика Карелия, Новгородская и Псковская область - являются представителями маложесткого климата, а представители умеренно жесткого климата - Республика Коми, Архангельская область, Ненецкий автономный округ, Вологодская и Мурманская область.

Относительно жаркого климата, полученные данные показали, что деление территории СЗФО по технической жесткости выглядит следующим образом: все субъекты СЗФО принадлежат к умеренно жесткому сухому жаркому климату, кроме Ненецкого автономного округа и Мурманской области, которые относятся к маложесткому жаркому климату.

Полученные данные дают новые возможности для дальнейших исследований и ставят реальную задачу для последующего анализа безотказной работы машин, которые дадут возможность для разработки и принятия технических решений по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта транспортных средств, а также подготовке транспорта к изменяющимся погодным условиям окружающей среды,согласно условий их эксплуатации.

Литература

1. «Климат СССР. Районирование и статистические

параметры климатических факторов для технических целей». ГОСТ 16350-80 М.: Издательство

стандартов, 1986. - 199 с.

2. «Строительная климатология и геофизика». СниП 2.01.01-82 М.: Стройиздат, 1983. - 135 с.

3. «Строительная климатология». СниП 23.01.99 М.: Стройиздат, 1999. - 58 с.

4. Суринов А.Е., Баранов Э.Ф., Бугакова Н.С., Гельвановский М.И., Ильенкова С.Д. др. Российский статистический ежегодник. 2012: Статистический сборник/Росстат. - Р76 М., 2012. - 786 с.

5. Сорокина Н.Б., Федоров А.В., Самотесов Е.Д., под общей редакцией д.б.н., проф. Рыбальского Н.Г., д.ф.н., проф. Галкина Ю.Ю. Климат СевероЗападного региона России. Популярный доклад. -М: НИА Природа РЭФИА, 2004. - 103 с.

6. Кох П.И. Климат и надежность машин. - М.: Машиностроение, 1981. - 175 с.

7. Пошвин А.В. Климатологическая оценка геостратегического пространства Российской Федерации для технических целей (в интересах технического обеспечения ЖДВ). Дипломная работа - СПб: 2004.- 114с.

8. «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды». ГОСТ 1515069 М.: ИПК издательство стандартов, 1971. - 76 с.

9. «Макроклиматические районы Земного Шара с холодным и умеренным климатом. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей». ГОСТ 25870-83 М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1983. -178 с.

10. «Система технического обслуживания и ремонта техники». ГОСТ 18322-78 М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1980, - 12 с.

11. «Эксплуатация техники» ГОСТ 25866-83 М.: Государственный комитет СССР по стандартам 1983.-9 с.