Принципы формирования управляющих параметров для назначения контрольно-диагностических и ремонтных работ машин для пожаротушения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ерхова И.А., Назаренко А.С.

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ НАЗНАЧЕНИЯ КОНТРОЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ И РЕМОНТНЫХ РАБОТ МАШИН ДЛЯ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Управление надежностью машин для пожаротушения на базе автомобилей при их эксплуатации происходит с помощью системы контрольно-диагностических и ремонтно-обслуживающих работ, от особенности и качества которых зависят как уровень надежности и готовности парка, так и затраты на поддержание машин в работоспособном состоянии. При этом восстанавливается ресурс, повышается вероятность безотказной работы и наработка на отказ.

Исходным условием управления техническим состоянием агрегатов пожарной техники является определение требуемых контрольно-диагностических параметров (их числа, видов, правил назначения и др.) и прогнозирование их изменения. Методом прогнозирования технического состояния агрегатов техники для пожаротушения устанавливается зависимость динамики контролируемого параметра от вероятности отказа, наработки на отказ и среднего ресурса элемента - с учётом комплекса управляющих параметров.

Процесс управления техническим состоянием агрегатов техники для пожаротушения на базе автомобиля во многом зависит от точности измерений, точности определения и прогнозирования параметров технического состояния составных частей агрегатов.

Управление техническим состоянием агрегатов автомобиля осуществляется различными методами:

- улучшением физико-технических свойств материалов деталей агрегатов автомобиля (наиболее прогрессивный метод, реализуемый на этапе проектирования и модернизации);

- изменением динамики структурных параметров, назначением оптимальных величин допускаемых отклонений параметров от их номинального значения, изменением нормативов межремонтных пробегов и правил назначения ремонтных воздействий (исследования проводятся на этапе эксплуатации);

- улучшением параметров распределения ресурса (наработки на отказ) и параметра потока отказов;

- минимизацией издержек при заданных параметрах безопасности и безотказности, т.е. обобщенный метод управления техническим состоянием агрегатов автомобиля.

Процесс управления техническим состоянием агрегатов техники для пожаротушения на базе пожарной машины (автомобиля) можно разделить на три этапа. Первый этап - получение и обработка информации для определения значений параметров технического состояния элементов, а также проведение анализа отказов составных частей агрегатов, которые влияют на безопасность дорожного движения и их устранение ведёт к большим потерям от простоев.

Второй этап - установление номенклатуры наиболее информативных, для оценки технического состояния, параметров деталей подлежащих контролю.

Третий этап - определение перечня деталей и узлов, лимитирующих надёжность агрегатов и пожарного автомобиля в целом, детализация характеристик их долговечности и безотказности, формирование комплекса диагностических параметров, выработка решений по включению операций диагностирования в систему планово-предупредительного ремонта и необходимости совершенствования содержания и структуры контрольно-диагностических и ремонтных воздействий.

Инженерная логика подсказывает, что чем труднее доступ к составной части, чем глубже по уровню разборки агрегата она расположена, тем более радикальными должны быть правила обеспечения ее безотказности на длительный период.

Ремонтный цикл техники для пожаротушения включает минимальное число разновидностей ремонта - ТР и КР, т.е. обладает определенной (минимальной) гибкостью. Следовательно, имеются широкие резервы построения ремонтных циклов с учетом характеристик современных машин для пожаротушения. С учетом специфики машин для пожаротушения (коэффициент технической готовности не мене 0,92) повышение гибкости и эффективности ремонтного цикла можно достичь: введением не одного, а двух и более видов ТР с различной глубиной контроля и ремонта; ликвидацией КР, заменой или совмещением его со средним ремонтом и частичным восстановлением ресурса; корректировкой цикла в послеремонт-ном периоде; применением при необходимости этапного принципа выполнения отдельных профилактических ремонтных операций путем совмещения их в период уборки, других напряженных периодов с плановыми ТО и т.д.

При этом представляется целесообразным сместить начало этой работы на самые ранние этапы создания пожарной машины: вместе с замыслом ее разработки должен рождаться замысел ремонта, причем последнее

должно влиять на конструктивное решение сборочных единиц, обеспечение их ремонтопригодности не вообще, а применительно к конкретной структуре ремонтно-обслуживающего воздействия (РОВ) пожарной части, в соответствии с динамикой и случайным характером изменения параметров технического состояния элементов (рис 1.) . Кроме характеристик распределения ресурса случайной

трольная наработка Ь*® (различная наработка машины) .

зеличинои является межкон-

Рис. 1. Изменение технического состояния машины и в зависимости от наработки t

Вид функции, аппроксимирующей динамику параметра, должен учитывать физическую картину отклонения параметра от номинального Пн предельного Пп значения, интегральный характер этого процесса. Она должна быть универсальной и содержать минимальное число коэффициентов для облегчения систематизации и накопления априорных данных о динамике износа типовых рабочих поверхностей деталей и типовых сопряжений.

На реальный процесс изменения параметра оказывает влияние большое число факторов, которые можно классифицировать на заводские, определяющие начальные свойства элемента, и эксплуатационные. При действии первых изменение параметра состояния совокупности одноименных элементов происходит по плавным кривым. Такую совокупность кривых обычно получают в результате либо заводских и лабораторных испытаний элементов, работающих при постоянном режиме, либо в реальной эксплуатации, если на износ или изменение параметра влияние одного из множества факторов является преобладающим, а сам этот фак-

тор незначительно варьируется в процессе эксплуатации. Ее можно аппроксимировать элементарной, случайной функцией вида:

и(Г) = & - /(Г) , (1)

где ¿С - случайная величина интенсивности изменения параметра; / (?) - неслучайная функция, являющаяся координатной функцией наработки.

В качестве функции / (?) удобно использовать достаточно простую универсальную степенную функцию,

имеющую только один коэффициент: /(?) = ?а . Тогда

и (?) = &с ■ га . (2)

При X = 1 функция выражает линейную зависимость изменения параметра от наработки. При X > 1 или X < 1 - реализации с непрерывно монотонно возрастающей или убывающей интенсивностью отклонения параметра.

Результаты многочисленных исследований износа не всегда подтверждают предположение близких к плавным закономерностям. Изменяющиеся эксплуатационные условия и нагрузки, перекомплектование деталей при ремонте обусловливают дискретное изменение интенсивности изнашивания, «скачки» кривых износа, которые получают вид ломаных возрастающих кривых.

В этой связи целесообразно аппроксимировать варьирование параметра в реальной эксплуатации суммой

случайных величин, одна из которых зависит от наработки &' Сх (действие заводских факторов), а другая (Z) выражает отклонение фактического изменения параметра от плавной кривой (действие эксплуатационных факторов) :

и(?) = &с- ?а + Z(¿) (3) С учетом изменения параметра АП за период приработки уравнение (3) примет

вид:

и?) = &• ?а + Z () + АП

С (4)

Коэффициент & можно рассматривать как интенсивность (скорость) изменения параметра при С = 1,0,

уменьшенную в X раз. Действительно, продифференцировав выражение и(?) по С и приравняв С = 1,0, получим :

д[и1 (?) ]

_ _ един.измен.праметра

д? един.наработки

При учете межконтрольной наработки, как случайной величины и(?), уравнение (4) можно записать в виде:

п

и? = & ■ (Ям )а + Z (() + АП , (5)

У=1

где - ^-я случайная межконтрольная наработка.

Уравнения (3) и (.4) могут характеризовать также изменение параметра конкретного элемента, т.е. одну реализацию. При этом & - постоянная величина, а Z - случайная.

Случайная величина Z(t) в момент С, принимающая как положительное, так и отрицательное значения,

характеризует фактическое отклонение параметра от плавной теоретической кривой У4а под влиянием эксплуатационных факторов. Величина Z(t) подчиняется нормальному закону распределения, характеризуется среднеквадратическим значением в долях предельного отклонения параметра и математическим ожиданием, равным нулю.

На основе анализа функции динамики параметра определяют показатели степени X , скорости изменения параметра У±, среднее значение показателя скорости Ус, среднеквадратическое отклонение показателя скорости изменения параметра <уу , величину приработки А П. Определяют значения среднего ресурса Тср и среднеквадратического отклонения - 7Т . Автокорреляционную функцию можно определить по формуле:

Р2 =

т Т

1-----прит < Ткор

ТКОР Ч

прит/ткор

где Ткор - период корреляции, т.е. наработка, по окончании которой связью между значениями процесса Z(t) и Z (С+ А С) можно пренебречь.

Период корреляции приближенно можно определить по формуле:

_ 2,3ТСр (1 + V)72

ТКОР = тт .

аип

Принимая, что функция и плотность распределения ресурса по параметру подчиняется универсальному закону Вейбулла:

( / \ю Л

(? - *С )

0 < С, Сс ; То > 0; т > 0 ,

где £ - случайная положительная непрерывная величина; Сс - параметр смещения; То - параметр масштаба распределения, характеризующий среднее значение случайной величины; т - параметр формы распределения.

Для унификации и упрощения значений показателей параметров их выражают в относительных величинах от 0 до 1:

и01(?) = ^ ; °КР = ; Отр = ; Ото = ; 7Ю - 7

ив ио ио 7

°кр т\ °тр т\ Ото . ^ _ 2

ип ; 20 = ип

тальном и текущем ремонтах, сложном техобслуживании и среднеквадратическое отклонение изменения параметра от его усредненной плавной кривой.

Плотность распределения ресурса можно найти как функцию случайного аргумента - скорости изменения параметра, подчиняющейся закону нормального распределения.

Пусть t - ип / Vc, ип , Vc > 0, тогда f (t) = f С^(?ЛИ (t)l ,

где R(t) - обратная функция Vc = Un / t; R'(t) - производная этой функции по t.

При нормальном распределении Vc:

f (t) =

'Дхау/:

■exp

(

m,

Y

t -r,

Y J

Выражение f (t) называют альфа-распределением. После подстановки:

mY о иП

(Xi =--; p =----- . имеем

p

rexP

1 (p

1----------X1

21 t 1

f (t) '^t2

Формула математического ожидания наработки:

m (t ) = | tf (t ) dt

1 (P

--a

M i P

m (t )=I ‘Ж< “p

После интегрирования имеем:

m

dt .

(t ) =1 un■ exP"ln (t )-гтЧп"( 2 )"t + 72 " un- mY'ln (t ) +

2 Ы

При степенной случайной элементарной функции получаем измененное альфа-распределение:

f (t )=

p

•>j2KtX

TexP

- a

Остаточный ресурс определяют, применяя условную вероятность отказа, являющейся функцией условного распределения остаточного ресурса. Функция имеет вид

elt" 1=-

да J exP 0 (и к - vtX j1 ФО V (tK + tOCT ) + Pz (tOCT )(U K VtK ) Un fv (V ) dV

2а\ Г2у]1 - Р2

да J exP 0 {Uk - VtX ) 2a\ f V (V) dV

где Фо(х) - табулированная функция Лапласа, (V) - плотность распределения показателя скорости

изменения параметра; - среднеквадратическое отклонение значения параметра от аппроксимируемой

кривой V • - с показателем степени - а 1; Ок, Оц, Ьк - измеренное, предельное значения параметра и

пробег к моменту его измерения; р - автокорреляционная функция.

где Оо1, Пр, ВТр, Пто, с70 - измеренное отклонение 2-го параметра, допускаемые отклонения при капи

Г

Y

Y

0

или

2

1

u

П