CC BY
27
Серiя: TexHÏ4HÏ науки
УДК 629.353
Губенко В.К.1, Помазков М.В.2
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МАРШРУТИЗАЦИИ АВТОСАМОСВАЛОВ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Рассматриваются закономерности ресурсосберегающей технологии путем перераспределения рабочего парка самосвалов по маршрутам. В качестве критерия перераспределения предложен остаточный ресурс самосвала, используемый для обоснования переходных процессов из маршрута в маршрут.
Ключевые слова: облегченные условия эксплуатации, заявочные ремонты, цикловая двухрежимная нагрузка, поток отказов, гамма-процентный ресурс, напряженност ь.
Губенко В.К., Помазков М.В. Ресурсосбер^аюча технологiя маршрутизаци ав-mocaMOCKudie на металургШному тдприемстви Розглядаються законом1рност1 ресурсосбер1гаючих технологий шляхом перерозподыу робочого парку самоскид1в по маршрутах. В якост1 критерт перерозподыу запропоновано залишковий ресурс самоскида, що використовуеться для обгрунтовування перех1дних процеав з маршруту в маршрут.
Ключoвi слова: полегшею умови експлуатацИ, заявочм ремонти, циклове дворе-жимне навантаження, потт в1дмов, гамма-процентний ресурс, напружетсть.
V.K. Gubenko, M. V. Pomazkov. Resource saving process of routing of dump trucks at iron and steel works. Regularities of resources-friendly technologies were analyzed, based upon redistribution of dump truck population, according to the existing routes. The residual service lives of dump truck was taken as the criterion of redistribution, to be used for justification of transitional processes from one route to another. Keywords: the facilitated external environments, request repairs, cyclic double-regime a loading, stream of refusals, gamma-percentage resource, tension
Постановка проблемы. Процесс транспортировки отходов шлаков и шламов автосамосвалами в условиях агломерационного и сталеплавильного производства не удовлетворяет требованиям современного процесса транспортировки из-за неэффективности существующих методов управления парками большегрузных автосамосвалов. Применяемые в настоящее время автомобили для перевозки металлургических отходов не приспособлены к условиям эксплуатации в технологических циклах металлургического предприятия.
Анализ последних исследований и публикаций. В настоящее время вопрос ресурсосбережения при переработке вторичного сырья из отходов металлургических предприятий путем совершенствования маршрутизации автотранспорта не рассматривался. На основе разработанных методов и моделей авторами была усовершенствована система технического обслуживания автомобилей и оперативного планирования работы в условиях металлургического предприятия [2]. Результаты исследований внедрены на ПАО «ММК им. Ильича» (г. Мариуполь), а также в учебном процессе факультета транспортных технологий, что подтверждено соответствующими актами внедрения. В то же время вопросы ресурсосбережения большегрузного транспорта мало изучены.
Цель статьи - совершенствование работы промышленного автотранспорта в условия металлургических комбинатов на основе управления ресурсными характеристиками автомобилей.
Изложение основного материала. На автомобильный транспорт метпредприятий приходится до 30 % объема перевозок. К этим перевозкам относятся технологические перевозки кислородно-конвертерного и мартеновского цехов, аглофабрики и известково-обжигательного цеха, на которых используются большегрузные автосамосвалы БелАЗ-7540.
Напряженные условия их эксплуатации приводят к быстрому износу узлов и машин в целом, что требует значительных расходов на техническое обслуживание и ремонт.
1 д-р техн. наук, профессор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
2 ст. преподаватель, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: Технiчнi науки Вип. 21
Р(Тр)
Е ТО-1
Рис. 1 - Сопоставление гамма-процентного ресурса по кривым его убыли : 1 - веер кривых убыли ресурса отдельных узлов самосвала в предельно напряженных условиях эксплуатации (перевозки горячего шлака); 2
- кривая убыли ресурса по паспортному регламенту; Р(Тр) - вероятность использования ресурса; Е - ежесменное обслуживание; ЗР - заявочный ремонт; ТО-1
- техническое обслуживание № 1
лостой ход) (табл. 1) и значений параметров их потока отказов (табл
В то же время из рабочего парка самосвалов почти половина эксплуатируются в облегченных условиях использования ресурса (перевозки извести, шлама).
Иллюстрация сопоставления гамма-процентного ресурса узлов самосвала по кривым его убыли (рис. 1) показывает, что в предельно напряженных условиях (перевозка горячего шлака) износ узлов ходовой части, системы оборудования, гидросистемы, пневмосистемы наступает до установленного регламентом технического обслуживания ТО-1 (250 ч). В связи с чем возникает потребность в аварийных (заявочных) ремонтах в пределах 140-210 часов эксплуатации самосвала.
Ресурс вышеназванных узлов зависит от цикловой двухре-жимной нагрузки (грузовой и хо-2).
Таблица 1
Спектр реализации процесса двухрежимной нагрузки узлов БелАЗ-7540, подвергаемых
неплановому (заявочному) ремонту
Система электрооборудования
¡к1 = ¡11 + ¡12 + ¡13 (по-
грузка, перевозка, разгрузка)
th 2 = ¡14 (холостой ход)
к(т)
к1 к] к к Ц к1 к2
1 г 1 г 1
. ¡11 , ¡12 ¡13 , ¡14 - т
Ходовая часть ¡к1 = ¡22 (перевозка)
th2 = ¿21 ^ ¿23 + ¿24 (погрузка, разгрузка, холостой ход)
к(Т)
ь ¡21
ГЖ^
h2
^ т
Гидросистема
th1 = ¡32 + ¡33 (перевозка,
разгрузка)
¡к2 = ¡31 +134 (погрузка, холостой ход)
к(т)
Ь 3 I
¡32
- ¡33 ¡34
к т
Пневмосистема
¡к1 = 142 + ¡43 (перевозка,
разгрузка)
¡к2 = ¡41 +144 (погрузка, холостой ход)
к(т)
т
¡41
Ч\1\
hl
¡42
¡43
/\/\/
¡44
к
2
к
1
к
2
к
2
к
к
к
1
2
1
к
2
2
т
Серiя: Технiчнi науки
Таблица 2
Параметры потока отказов для двухрежимного процесса работы БеЛАЗ-7540 и их узлов
Параметр Обозначения и зависимости режимов
Транспортировка груза, погрузочно-разгрузочные операции Транспортировка без груза, простои
Поток отказов и' и" (и' > и " > 0)
Продолжительность операции Т Т "
Функция распределения продолжительности операции Е (V) Т)
Математическое ожидание продолжительности операции V V
Дисперсия операции о'2 о''2
Вероятность операции в цикле Р' = V/(V + V) р " = V V + V)
Значение, которое принимает процесс И = и' / V И " = и " / V
Процесс (цикл) в целом
Математическое ожидание интенсивности отказов /ии = и Р' + и "Р"
Математическое ожидание числа отказов /ип =(и Р' + и "Р " У
Дисперсия процесса о1 = И 2№ . И = И - И" И ( , ,А2 ' (М + V )
Примечание. Е(V), G(t) - экспоненциальные функции распределения
Средний ресурс - Трср , как математическое ожидание ресурса при его веерном распределении (рис. 1) определялся по статистическим данным
N
у Т
« = пУп (1)
рср N '
где Трп - ресурс п-го узла полной выборки из N их количества на эксплуатирующихся самосвалах в отдельности по каждому маршруту.
При оценке работоспособности узлов самосвала удобно пользоваться показателем гамма-процентного ресурса.
Гамма-процентный ресурс Тру - наработка, в течении которой узел автосамосвала не достигает предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.
Гамма-процентный ресурс можно определить с помощью кривых распределения ресурсов (рис. 1), взаимосвязь которых определяется выражением
ад
Р(Тру) = |р(Тр^Тр, (2)
Тру
где Р(Тру) - вероятность обеспечения ресурса Тру, соответствующая значению у/100; Тр - наработка до предельного состояния (ресурс).
От использования ресурса узлов БелАЗ-7540 зависит построение системы технического его обслуживания. Узлы работают в пиковых нагрузках, определяют возможность проработать безотказно время а . Если можно чередовать пиковые и неразрушающие нагрузки, тогда средний остаточный ресурс определяется по зависимости:
| Р( х)ёх
ВД = (3)
Р(а)
Серiя: Техшчш науки
где P(x) - вероятность безотказной работы узла в течении времени х.
Чтобы за весь период эксплуатации между регламентом Е и ТО-1 для автосамосвала с заданной вероятностью не производились заявочными (аварийными) ремонтами любого критического узла или системы, необходимо чтобы каждая из них обладала безотказной работой с высокой вероятностью.
С учетом этого можно предложить уравнение для оценки вероятности безотказной работы автосамосвалов без заявочного ремонта:
p(Wi) = П Pi(t),
(4)
i=1
где РОД - вероятность безотказной работы ьго узла (подсистемы); п - количество узлов автосамосвала.
Таким образом, формируются требования к ресурсам отдельных узлов в интервалах между ежесменным обслуживанием и техническим обслуживанием № 1.
Применительно к технологическим процессам работы автосамосвала в конкретных условиях комбината «Ильича» ресурс ьой системы в пределах (ЕО - ТО-1) предложено определять следующей функцией
R = Я (ус )± R0— АЯ, (5)
где Ri (ус ) - ресурс подсистемы, используемый в 7-ом маршруте;
у - величина, характеризующая условия (напряженность) работы подсистемы в 7-ом маршруте;
¡ - время работы подсистемы в 7-м маршруте;
с - показатель степени интенсивности нагружения подсистемы в 7-ом маршруте, определяющий увеличение (с < 1) или уменьшение (с > 1) скорости исчерпывания ресурса; + Ro - остаточный ресурс подсистемы в 7-ом маршруте;
— Ro - перерасходованный ресурс в 7-ом маршруте, влияющий на необходимость проведения аварийного ремонта;
АЯ - ресурс, использованный до работы подсистемы в 7-ом маршруте. При разных значениях с,+Я, АЯ имеем разные значения среднего ресурса (1), вероятность отказа и фактически использованный ресурс. Как следует из уравнения (5) определяющим фактором использования ресурса является показатель у -напряженность условий работы.
В качестве показателей напряженности условий работы выбраны такие: у1 - критерий напряжения по времени; у2 -критерий напряжения по дальности; у3 - критерий напряжения
по температуре (кузов); у4 - критерий по грузоподъемности; у5 -
критерий по дорожным условиям (уклон).
Использован способ свертки критериев напряженности структурных подсистем в маршрутах транспортных средств, представленный на рис. 2.
Безразмерная относительная величина критерия ресурса определяется по формуле
ут (У) — у™
Рис. 2 - Решение задачи выбора критериев напряженности
У г =
-; i = 1, n,
Уг
Уг
где у7 (у) - абсолютное значение 7-го критерия у е П (область допустимых решений);
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: Техшчш науки Вип. 21
rmin = min yi (у); у™ = max yi (у)
„, min , „, max
yi Ф yi - минимальное и максимальное значение 7-го критерия; n - количество критериев в многокритериальной задаче;
Одним из способов решения многокритериальной задачи, когда в качестве критериев приняты критерии напряженности, является приведение её к однокритериальному виду, т.е. свертывание критериев ресурсной напряженности. Этот способ правомерно принять при разной важности критериев.
В этом случае (при разной важности критериев) используем адаптивное свертывание, имеющее вид:
n n
У(У) = Т^агУг Ы ^ ma^ У G D ; T,a7 = !; at > 0. [1]
7 =1 7=1
Используем мультипликативное преобразование (свертывание)
n
у(у)=^угЫ^max, yGD.
г =1
Обязательным условием при этом является безразмерность величин критериев. Рассчитанные показатели напряженности маршрутов по БелАЗ-7540, эксплуатируемых в условиях комбината им. Ильича приведены в таблице 3.
Основу моделирования ресурсосберегающей технологии составляет предлагаемая ниже модель перераспределения парка самосвалов по маршрутам по критерию остаточного ресурса
да
J P(x )dx
R(a\ = a_достаточного для исключения непланового ремонта в период текущего времени
__Pja)
x(e;TO — l) между ежесменным и обслуживанием ТО-1.
Приведенная модель реализуется так, что осуществляется перевод самосвала из критически напряженного маршрута в некритический. Взамен для сохранения рабочего парка критического маршрута в него переводится самосвал из некритического маршрута.
Таблица 3
Показатели критериев напряженности маршрутов БелАЗ-7540 ПАО «ММК им. Ильича»
Маршрут Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 у(у ) = ± у 7 =1
Шлаковая яма - Ст. Крым 0,30 0,27 0,85 0,02 0,35 1,790
Шлаковая яма - б. Грековатая 1,00 1,00 0,88 0,91 0,6 4,390
Шлаковая яма - Аглофабрика 0,74 0,53 0,86 0,91 0,2 3,240
Мартен - Шлаковая гора 0,22 0,16 1,00 0,91 1,00 3,290
ККЦ - Шлакопереработка 0,32 0,27 1,00 0,91 0,2 2,700
Отстойник № 1 - Эстакада 0,01 0,03 0,001 0,36 0,35 0,751
Отстойник № 2 - Эстакада 0,02 0,04 0,001 0,36 0,34 0,761
Отстойник № 3 - Эстакада 0,03 0,05 0,001 0,36 0,33 0,771
Отстойник № 4 - Эстакада 0,03 0,05 0,001 0,36 0,35 0,791
Отстойник № 5 - Эстакада 0,04 0,06 0,001 0,36 0,36 0,821
Отстойник № 6 - Эстакада 0,04 0,07 0,001 0,50 0,38 0,991
Отстойник № 7 - Эстакада 0,05 0,07 0,001 0,50 0,38 0,991
Отстойник № 8 - Эстакада 0,05 0,08 0,001 0,50 0,35 0,981
Гор.отстойники - Вост. склад 0,09 0,12 0,001 0,67 0,11 0,991
Эстакада - Крытый склад № 1 0,04 0,06 0,001 0,45 0,40 0,951
Эстакада - Крытый склад № 2 0,06 0,09 0,001 0,45 0,20 0,801
Южный склад - Эстакада 0,001 0,001 0,001 0,45 0,13 0,583
Восточный склад - Эстакада 0,001 0,001 0,001 0,45 0,14 0,593
Серiя: Технiчнi науки
Приведенная выше характеристика напряженности маршрутов позволяет определить точку, в которой осуществляется переходной процесс самосвала из критического маршрута в некритический. Для продолжения функционирования критического маршрута осуществляется переход в него автосамосвалов из маршрута некритического. Графо-аналитический метод решения этой задачи показан на рисунке 3.
С целью получения решения в удобной для практики форме управления функцией изменения ресурса (5) используется как линейная зависимость.
Нахождение точек переходных процессов осуществлено с помощью построенного пересечения линий скоростей использования ресурса - линеризации использования ресурса в переходных процессах (рис. 3).
Рис. 3 - Линеризация использования ресурса в переходных процессах разнонапряженных маршрутов автосамосвала: а) переход из предельно напряженого состояния в ненапряженное; б) переход из ненапряженого состояния в предельно напряженное. Обозначение: у1, у2 - степень напряженности 1; 2 маршрутов соответственно; 1; 2 - линии скорости использования ресурсов соответственно напряженности 1; 2 маршрутов; (1^2) (2^-1) - точки перехода из маршрута в маршрут; R1; R2 - ресурс, соответственно 1 и 2 маршрута; R - паспортное значение ресурса до ТО-1; R (1^2); R (2^1) - ресурс маршрутов до перехода автосамосвала из маршрута в маршрут, соответственно; R(a) - остаточный ресурс
Серiя: Техшчш науки
Под линеризацией использования ресурса понимается приведение зависимости ресурса /ой системы (З) к линейному виду взаимосвязи степени напряженности скорости использования ресурсов разнонапряженных маршрутов (рис. 3).
Переходные точки ресурсных характеристик, проиллюстрированные на рисунке 3, имеют следующее аналитическое решение.
Точки перехода из критически напряженных режимов укр ^ ункр и из ункр ^ укр определяются следующими зависимостями (рис. 3)
(укр ^ У нкр )
_Rtgß - R(a)g,
w
tgß
(Ункр ^ Укр )= R
У
tgw
R = 250 ч,
где R - ресурс;
R(a) - остаточный ресурс.
Обозначим условия для вариантов перераспределения самосвалов по разнонапряженным маршрутам.
Вариант А
Количество единиц, работающих в критически напряженных условиях (NKp ), у которых ресурс основных узлов исчерпывается до ТО-1 и необходимы аварийные ремонты, меньше суммарного количества единиц в маршрутах остальной части рабочего парка - N
N < N .
кр нкр
Решение находится заменой единиц с критически напряженным ресурсом до текущего ремонта их эксплуатации так, чтобы остаточный ресурс при переводе этих единиц в другие маршруты был достаточным для их эксплуатации до ТО-1, т.е. вероятность обеспечения остаточного ресурса была равной P(Tpy )= J P(Tp )dTp , где P(Tpy) - вероятность обеспечения ре-
T py
сурса Tpy, соответствующая значению y /100, а Tp - наработка до предельного состояния до ТО-1.
Вариант В
Количество единиц, работающих в критически напряженных условиях, у которых ресурс основных узлов исчерпывается до ТО-1 и необходимы аварийные ремонты в течение времени х до ТО-1 равен сумме количества единых в маршрутах остальной части рабочего парка
N < N .
кр нкр
Решение по варианту В аналогично решению по варианту А.
Вариант С
Количество единиц, работающих в критически напряженных условиях, у которых ресурс основных узлов исчерпывается до ТО-1 и необходим аварийный ремонт в течение времени х до ТО-1 больше суммы единиц в маршрутах остальной части парка
N > N.
кр нкр
Решение находится заменой части единиц с критически напряженным ресурсом до текущего ремонта, составляющей разность между числом единиц критически напряженного маршрута и единиц в парке с ресурсом, обеспечивающим эксплуатацию до ТО-1. А остальная часть, которая не может быть заменена, подвергается аварийному ремонту.
Разработанная и предложенная методика была реализована на комбинате им. Ильича. Фрагмент календарного плана выхода на линию самосвалов по этой методике представлен на рисунке 4 [2].
Реализация ресурсосберегающей технологии маршрутизации автосамосвалов на метком-
Серiя: Техшчш науки
бинате «Ильича» позволила сократить: затраты, связанные с дополнительным приобретением узлов на замену аварийно заменяемых в связи с потерей ресурса; затраты на дополнительный ввод в эксплуатацию ресурсообеспеченных транспортных средств взамен ремонтируемых; затраты на технологические операции ввода-вывода ресурсообеспеченных транспортных средств, замещающих средства с истекшим ресурсом. Годовой экономический эффект составил 980000 грн.
Рис. 4 - Фрагмент календарного графика выхода на линию автосамосвалов
Выводы
1. Предложен новый принцип ресурсосбережения работы самосвалов путем равномерного использования их ресурса взаимозаменяя их критически напряженную работу переводом в некритически напряженный маршрут с переводом в критически напряженный маршрут самосвалов из некритически напряженного маршрута
2. Рассчитанные точки перехода самосвалов из маршрута в маршрут позволили на 90 % исключить аварийные ремонты между ежесменным и техническим обслуживанием ТО-1
Список использованных источников:
1. М74 Модели и методы теории логистики: Учебное пособие. 2-е изд. (Под ред. В.С. Лукин-ского) - СПб: «Питер», 2007. - 448 с.: пл. - (Серия «Учебное пособие»)
2. Помазков М.В. Методические основы планирования технического обслуживания большегрузных автосамосвалов эксплуатируемых в условиях металлургических предприятий /М.В.Помазков // Мiжвузiвський тематичний збiрник наукових праць «Захист металургшних машин вщ поломок». - Марiуполь, 2008. - Вип.10. - С. 191-194.
Рецензент: В.Э. Парунакян
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 17.12.2010
