CC BY
4
Dumler Elena Borisovna, candidate of technical sciences, docent, dumler08@mail.ru, Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa, Ufa state oil technical university,
Vakhitova Rosa Ilgizovna, candidate of technical sciences, docent, roza-w@mail. ru, Russia, the Republic of Tatarstan, Almetyevsk, the Almetyevsk state oil institute
УДК 303.732
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-71-75
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ В ПРОЦЕССЕ
ЭКСПЛУАТАЦИИ
Д.Р. Абсалямов, Р.Н. Аитов, А.Ю. Петров, Р.Р. Хальметов
В статье рассмотрены основные факторы, влияющие на каждый из технико-экономических параметров двигателя в процессе эксплуатации. Проведен анализ удельных эксплуатационных затрат и параметров на них влияющих. Определено, что изменение себестоимости продукции зависит главным образом от затрат на поддержание работоспособности двигателя в процессе эксплуатации, расхода эксплуатационных материалов. Показаны возможности: корректирования затрат на поддержание двигателя в работоспособном состоянии с учетом продолжительности его эксплуатации; прогнозирования изменения производительности, себестоимости продукции установки и других технико-экономических показателей по мере старения двигателя.
Ключевые слова: технико-экономические показатели двигателя и установок, прогнозирование себестоимости продукции, эксплуатация двигателей и установок.
В процессе заводских испытаний (в первый период эксплуатации новой модели двигателя или старой модели в других условиях работы) необходимо прогнозировать изменение параметра технического состояния. Для прогнозирования величины параметра следует иметь закономерность изменения его в процессе эксплуатации и результаты минимального числа наблюдений за динамикой этого параметра.
Интегральный показатель изменения технического состояния двигателя — удельные затраты на поддержание его в работоспособном состоянии. Эти затраты зависят не только от расхода эксплуатационных материалов, запасных деталей и труда на поддержание работоспособности, но и от простоя двигателя в ремонте и в ожидании последнего. По мере эксплуатации все показатели ухудшаются и требуется только уточнить основные факторы, влияющие на каждый из технико-экономических параметров.
Так, мощность двигателя, а, следовательно, и расход топлива двигателем заданной конструкции зависит от герметичности камеры сгорания (при исправных системах питания и воспламенения топливной смеси). Исследованиями установлено, что герметичность камеры сгорания количественно можно оценить по утечке воздуха из камеры сгорания. Основная причина увеличения утечки воздуха из камеры сгорания - износ сопряжения компрессионное кольцо-гильза. Зависимость износа этого сопряжения от продолжительности эксплуатации аналитически установлена и экспериментально подтверждена [1]. Изменение утечки воздуха из камеры сгорания в картер имеет аналогичную зависимость в процессе эксплуатации согласно работе [2, 3].
Форма этой зависимости, следующая:
Qr = Qo + Qi{l-e~lbl\ где Qo — утечка воздуха из камеры сгорания в конце приработки, приведенная к началу координат; — предельная величина утечки, к которой асимптотически приближается значение параметра в реальном двигателе; I — продолжительность эксплуатации; b — параметр, характеризующий изменение интенсивности утечки воздуха из камеры сгорания на единицу износа.
Из-за незначительного уменьшения мощности двигателя (в пределах 5 %) в процессе эксплуатации, а соответственно и повышения расхода топлива изменение этих затрат можно не учитывать. Герметичность камеры сгорания при низкой температуре — окажет большее влияние на пусковые качества двигателей, особенно дизельных.
Наибольшее изменение в расходе эксплуатационных материалов наблюдается по расходу масла (от 3 до 12 крат). После окончания приработки расход масла зависит от величины зазора в сопряжении кольцо-канавка поршня. Поскольку закономерность износа сопряжения кольцо-канавка поршня как динамически нагруженного сопряжения экспоненциальная [1]
S = S0 + Qiebl, то и расход масла увеличивается по такой же зависимости
Qm = Qoebl,
где Sn и Qn — соответственно износ сопряжения и расход масла за единицу времени наработки в конце приработки, приведенные к началу координат; Q-i — предельная величина утечки, к которой асимптотически приближается значение параметра в реальном двигателе; I — продолжительность эксплуатации; b — коэффициент.
Расход масла и определяет изменение затрат на эксплуатационные материалы. Зависимость эта — экспоненциальная, что подтверждается эксплуатационными наблюдениями, приведенными в работе [3].
Расход запасных деталей на замену изношенных, трудоемкость этих работ, а следовательно, и величина простоя двигателя в ремонте за единицу продолжительности эксплуатации (удельная величина параметра) зависят от интенсивности (скорости) изнашивания деталей. Поскольку двигатель - сложная система последовательно связанных и взаимовлияющих сопряжений, подавляющее большинство которых динамически нагруженные, и потому интенсивность изнашивания их в процессе эксплуатации экспоненциально возрастает
а = ааеы,
то мы вправе принять аналогичными: интенсивность отказов
А = Адв^^,
удельный расход деталей
п = n0ebl,
удельную трудоемкость устранения отказов и простой в ремонте
т = т0еЬ1,
Здесь а0, А0, т0, п0 - значения соответствующего параметра в конце приработки, приведенные к началу координат.
На рис. 1 показаны изменения в процессе эксплуатации удельных затрат на запасные части двигателя ЯМЗ-5376 дизель-генератора номинальной мощностью 100 кВт (АД-100-Т400) [4], которые экспоненциально возрастают до ремонта.
В капитально отремонтированном двигателе вид зависимости параметра потока отказов от продолжительности эксплуатации, естественно, остается такой же, как и до капитального ремонта, только параметры увеличиваются. В качестве примера на рис. 2 приведены данные стендовых испытаний по параметру потока отказов двигателей ЯМЗ-5376 (АД-100-Т400) от наработки Т. За период до капитального ремонта параметр потока отказов был
А = 0,0246е°,°145г (7 < 18,5 тыс. час); это меньше, чем после капитального ремонта
А = 0,26е°,°0171 (7 > 18,5 тыс. час); коэффициент корреляции при этом соответственно составлял 0,951 и 0,63.
Сз.ч, руб/час
Рис. 1. Зависимость удельных затрат на запасные части СЗ Ч при ремонте двигателя
ЯМЗ-5376 (АД-100-Т400) от наработки Т
от наработки Т: 1 и 2 - до и после капитального ремонта; 3 - за весь период эксплуатации
Таким образом, очевидно, что удельные затраты на поддержание дизель-генератора в работоспособном состоянии (расход масла, запасных деталей, трудоемкость ремонта) экспоненциально возрастают.
Экспоненциально возрастают также и удельные простои двигателя дизель-генератора или установки, одним из агрегатов которой является двигатель. Простои двигателя по технической неисправности характеризуются коэффициентом технической готовности двигателя к, и коэффициентом простоя /с, которые между собой тесно связаны
к = 1-к,
Поскольку коэффициент простоя двигателя дизель-генератора определяется временем простоя в ремонте, а следовательно, и трудоемкостью ремонта, зависимость от продолжительности эксплуатации у них одинаковая, то
/С — /Сдв^',
где /с0 — коэффициент простоя двигателя в конце приработки, приведенный к началу координат.
В этом случае коэффициент технической готовности
к =1- к0ем,
Аналогично изменяется и суточная (месячная, годовая) продолжительность работы двигателя дизель-генератора
тс = т0-т1еы,
где т0 — тг — суточная (месячная, годовая) продолжительность работы двигателя в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации.
Такая же зависимость от продолжительности эксплуатации имеет место и у производительности дизель-генератора
ш = о)0 — ш1еЬ1,
где ш0 — — суточная (продолжительность, аналогичная предыдущей, но применительно к производительности двигателя.
Изменение себестоимости вырабатываемой дизель-генератором электроэнергии зависит главным образом от затрат на поддержание работоспособности двигателя дизель-генератора в процессе эксплуатации, расхода эксплуатационных материалов. Остальные составляющие себестоимости изменяются гораздо меньше. Поэтому зависимость себестоимости вырабатываемой электроэнергии от продолжительности эксплуатации можно принять экспоненциальной, т. е.
с = с0еЬ1,
где с0— себестоимость вырабатываемой электроэнергии в конце приработки двигателя дизель-генератора, приведенная к началу координат.
Из изложенного можно сделать некоторые выводы о возможности: корректирования затрат на поддержание двигателя дизель-генератора в работоспособном состоянии с учетом продолжительности его эксплуатации; прогнозирования изменения производительности, себестоимости вырабатываемой электроэнергии установки и других технико-экономических показателей по мере старения двигателя.
Первый вывод дает основание высказать некоторые замечания по отдельным официальным рекомендациям. При планировании работ по текущему ремонту, например, положением [5] рекомендуется корректировать удельную трудоемкость с помощью коэффициента изменения текущего ремонта, величина которого зависит от наработки Т с начала эксплуатации в долях от нормативного до первого капитального ремонта, установленного для конкретных условий эксплуатации. За исходную удельную трудоемкость текущего ремонта принята трудоемкость при наработке 0,5-0,75 нормативного до первого капитального ремонта. Удельная трудоемкость при меньшей наработке составляет 0,3-0,7 исходной трудоемкости. При наработке 0,75 и более нормативного до капитального ремонта удельная трудоемкость текущего ремонта увеличивается до 2,5 раз по сравнению с исходной. За наработку с начала эксплуатации - более двух нормативных наработок до капитального ремонта коэффициент изменения текущего ремонта остается без изменений.
Таким образом, параметр потока отказов, а следовательно, удельная трудоемкость текущего ремонта непрерывно увеличиваются по экспоненциальной зависимости
где к4 = т/т0,6 ;к0 = т0/т06; т0 6 — удельная трудоемкость текущего ремонта при наработке с начала эксплуатации 0,625 нормативной наработки до первого капитального ремонта.
Параметры этой зависимости можно принять одинаковыми за весь период эксплуатации. Так, вместо двух зависимостей параметра потока отказов до капитального ремонта двигателя и после можно воспользоваться следующей одной (интегральной) зависимостью:
А = 0,035е°,°1Озг
(коэффициент корреляции 0,94).
Заключение. Таким образом, на основе известной аналитической зависимости удельной трудоемкости текущего ремонта от продолжительности эксплуатации можно корректировать нормативы трудоемкости при наличии результатов наблюдений за ее величиной в процессе эксплуатации, и аналогично по остальным технико-экономическим показателям.
Список литературы
1. Абсалямов Д Р., Сеньченков В.И. Выбор минимального множества контролируемых признаков для определения технического состояния системы. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. том 54 март 2011 г. №3. C. 5 - 10.
2. Абсалямов Д.Р., Сеньченков В.И. Формальное описание отказов и выбор минимального множества контролируемых признаков в технических системах. Авиакосмическое приборостроение. ООО Издательство «Научтехлитиздат». 2011 г. №3. C. 26 - 31.
3. Почтарев Н.Ф. Влияние запыленности воздуха на износ поршневых двигателей. М.: Военное изд-во министерства обороны, 1957. 140 с.
4. Аринии И., Завадский В., Шейиин А. Управление межремонтным ресурсом легковых таксомоторов при эксплуатации // Автомобильный транспорт, 1975, № 6. С. 20—23.
5. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. М.: Транспорт, 1972. 56 с.
Абсалямов Дамир Расимович, д-р техн. наук, доцент, начальник кафедры, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Аитов Ренат Наильевич, канд. техн. наук, преподаватель, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Петров Алексей Юрьевич, начальник отдела, a.y.petrov@adm. gazprom. ru, Россия, Санкт-Петербург, ПАО «Газпром»,
Хальметов Рамиль Ряшидович, адъюнкт, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
FORECASTING THE TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS OFMECHANICAL EQUIPMENT DIESEL GENERATORS IN OPERATION
D.R. Absalyamov, R.N. Aitov, A.YU. Petrov, R.R. Hal'metov
74
The article considers the main factors influencing each of the technical and economic parameters of the engine during operation. The analysis of specific operating costs and parameters influencing them was carried out. It has been determined that the change in the cost of production depends mainly on the costs of maintaining the engine's performance during operation, the consumption of operating materials. Possibilities are shown: adjusting the cost of maintaining the engine in working condition, taking into account the duration of its operation; predicting changes in productivity, unit production costs and other technical and economic indicators as the engine ages.
Key words: technical and economic indicators of the engine and installations, forecasting the cost ofproduction, operation of engines and installations.
Absalyamov Damir Rasimovich, doctor of technical sciences, docent, head of department, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of a name A.F. Mozhayskogo,
Aitov Renat Nailevich, candidate of technical sciences, lecturer, vka@mil. ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of a name A.F. Mozhayskogo,
Petrov Aleksej YUr'evich, department head, a.y.petrov@fldm.gazprom.ru, Russia, St. Petersburg, PJSC «Gazprom»,
Hal'metov Ramil' Ryashitovich, postgraduate, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Militaryspace academy of a name A.F. Mozhayskogo
УДК 62-23
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-75-80
ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
К.С. Иванов, С.Г. Реснянский, Н.А. Мороз
В статье рассмотрены методы определения и анализа статистических характеристик динамических нагрузок (максимальных значений, дисперсий, спектральных плотностей). Показана методика обоснования максимально-допустимых скоростей движения и их влияние на узлы, детали машин и агрегаты пожарных автомобилей при передвижении по дорогам, базирующаяся на положениях теории выбросов случайных процессов за допустимый уровень.
Ключевые слова: динамическая нагрузка, дисперсия, узлы, детали машин, амплитудно-частотные характеристики, спектральные плотности, перемещение.
При движении по дорогам пожарно-спасательные автомобили совершают интенсивные линейные и угловые колебания, которые приводят к возникновению динамических нагрузок, действующих на различные узлы и детали машин, которые являются конструктивными элементами агрегатов и перевозимого оборудования. Характер этих нагрузок является быстро изменяемым по значению, направлению или точке приложения, вызывающим в элементах конструкции значительные силы инерции. Причины появления динамических нагрузок — неравномерность рабочего процесса, то есть ускорения или торможения при движении, что является причиной колебания деталей машин и агрегатов и их динамической напряженности, приводящей к усталостным поломкам. Существуют несколько видов усталостных разрушений деталей, типичная усталость под действием переменных напряжений происходит из-за развития трещины, распространяющейся в материале по экспоненциальному закону и контактно-усталостные разрушения, начинающиеся с отдельного очага усталостного разрушения. Причиной этих разрушений является вибрация, которая вызывает их действуя, как переменная нагрузка. При появлении усталостных трещин изменяются собственные частоты колебаний деталей вследствие изменения их жесткости и могут изменяться демпфирование и характер колебаний (например, начинают проявляться эффекты нелинейности), что может вызвать изменение характера вибрации данной детали машины. Характер изменений при усталостных процессах таков, что в деталях машин возникает, обычно длительный, период медленного накопления повреждений с постоянной скоростью, после которого происходит резкое увеличение скорости накопления повреждений.
