CC BY
41
УДК 631.33:656.137
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА СТАРЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
А.П. СОЛОМКИН, доктор технических наук, профессор
О.В. МЯЛО, кандидат технических наук, доцент
С.П. ПРОКОПОВ, старший преподаватель
Омский ГАУ им. П.А. Столыпина, Институтская площадь, д. 2, г. Омск, 6444008, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. С возрастом в любой машине происходят значительные изменения, связанные с её старением, причины которых весьма разнообразны. Это неизбежный и необратимый во времени процесс постепенного перехода в более низкое качественное состояние. В статье приведены сведения об изменении показателей безотказности и ремонтопригодности тракторов (среднее время восстановления) в до ремонтном и межремонтном периодах, которые следует рассматривать как результат их старения. Данные по соотношению ресурсов узлов и деталей указывают на решающую роль фактора старения, но на ресурсы могут сильно влиять технология сборки и главное - приработка деталей. Степень старения машины можно оценить сокращением ресурсов элементов, наработки на отказ, производительности машины и др. в виде коэффициента старения КС. Он показывает во сколько раз ресурс t, заменяемой в машинедетали, меньше номинального ресурса j исходной детали, или наработка на отказ стареющей машины меньше, чем новой, или трудоемкость восстановления старой машины больше, чем новой. Определив коэффициент старениязаменяемыхдеталейза рассматриваемый промежуток времени, мы построили функцию старения f(x). Процесс старения сельскохозяйственной техники оценивали по времени и моменту сопротивления отвинчивания резьбовых соединений без покрытия со сроком службы от 0,2 до 4-х лет. Согласно полученным функциям распределения, с увеличением срока службы среднее время отвинчивания возрастает, а момент сопротивления отвинчиванию приближается к максимальным значениям. При сроке службы около 4 лет повышается число неразборных болтовых соединений, которые разрушаются в момент отвинчивания, что приводит к увеличению времени обслуживания. Динамику факторов старения резьбовых соединений можно представить в виде квадратичных функций.
Ключевые слова: трактор, технический сервис, ремонтопригодность, ресурс, старение, эксплуатация. Дляцитирования: СоломкинА.П., Мяло О.В., Прокопов С.П. Влияние фактора старения на показатели надежности сельскохозяйственной техники //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №1. С. 61-63.
Надежность машин определяет объемы ремонтно-обслуживающих работ. В свою очередь, последние служат исходными характеристиками для формирования ремонтно-обслуживающей базы технического сервиса сельскохозяйственной техники, потребности в запасных частях и людских ресурсах.
Однако с возрастом в машине происходят существенные изменения, связанные с её старением, причины которых весьма разнообразны. Это неизбежный и необратимый во времени процесс постепенного перехода машины в более низкое качественное состояние. Он оказывает большое влияние на показатели безотказности, ремонтопригодности, ресурс узлов и деталей машины, что в конечном итоге определяет ее работоспособность.
Цель наших исследований - дать количественную оценку процесса старения сельскохозяйственной техники.
Условия, материалы и методы. Мы предполагаем, что природа процесса старения сельскохозяйственной техники примерно одинакова и проявляется прежде всего в виде наработки на отказ, ресурса машины или отдельных ее узлов, трудовых и денежных затратах на
восстановление работоспособности и др., которые с увеличением срока службы ухудшаются, а соотношения этих показателей к идентичным величинам новой техники (коэффициенты старения КС) вне зависимости от марки для одних и тех же периодов использования машины будут одинаковыми. В результате представляется возможным установить единую функцию старения сельскохозяйственной техники, использовав при этом имеющиеся данные.
В качестве основных методов в исследовании использовали наблюдения непосредственно в условиях эксплуатации техники, данные литературных источников с оценкой сопоставимости условий, а также данные проведенных экспериментов по определению времени отвинчивания и момента затяжки резьбовых соединений М8, М10, М12 и М14 в зависимости от срока службы в интервале от 0,2 до 4-х лет.
Результаты и обсуждение. Наработка на отказ и среднее время восстановления отказа в межремонтном периоде значительно изменяются, по сравнению с до-ремонтным, что, на наш взгляд, следует рассматривать как результат старения [1].
Таблица 1. Показатели безотказности и ремонтопригодности тракторов в до ремонтном и межремонтном периодах
Марка трактора Наработка на отказ, ч Среднее время восстановления, ч
до ремонтный период межремонтный период до ремонтный период межремонтный период
К-700 125 76 3,05 3,19 ДТ-75М 90 60 2,15 2,56 МТЗ-80 160 81 1,97 1,99
Аналогично проявляется фактор старения у зарубежной техники. Так, средняя наработка на отказ трактора ДЖОН ДИР 7810 в первый год эксплуатации составляет 482 мото-ч, во второй - 450, на пятый - 165 мото-ч [2].
Изменение коэффициентов готовности тракторов в зависимости от срока эксплуатации (в нашем случае - отношение числа исправных машин к списочному количеству) [3], на наш взгляд, также определяется их старением, а сами коэффициенты могут использоваться для формирования функции старения. Понятно, что уже со второго года эксплуатации владелец мало может сделать для обеспечения высокой работоспособности машины, а с 6 года фактор старения начинает играть решающую роль (рис. 1).
Кг 1 0,8 0,6 0,4 0,2
2 4 6 8 10 12 14 Срок эксплуатации, лет
Рис.1. Зависимость коэффициента готовности тракторов К-700 от срока эксплуатации.
Таблица 2. Соотношение ресурса составных частей тракторов «Кировец» в межремонтном периоде к доремонтному
Наименование узла (детали) Марка трактора
К-701 К-700А
Двигатель 0,51 0,53
Коробка передач 0,49 0,56
Ведущие мосты 0,67 0,74
Ведущий вал коробки передач 0,60 0,68
Топливный насос 0,64 0,63
Стартер 0,59 0,66
Кроме того, влияние старения машины проявляется в том, что ресурс узлов и деталей после ремонта составляет 50-70% от величины этого показателя у новых (табл. 2) [4].
Еще один показатель, на наш взгляд, характеризую-
4 5 6 7 Годы эксплуатации, лет
Рис. 2. Изменение показателей безотказности зерноуборочных комбайнов: 1 - «Джон Дир 9500», 2 - «Вестерн 8570», 3 - «Енисей 1200».
щий старение техники - безотказность машин, которая с возрастом уменьшается (рис. 2) [4].
В радиоэлектронной аппаратуре фактор старения принято определять изменением числа восстановлений от продолжительности работы оборудования. Для характеристики процесса восстановления работоспособности изделия путем профилактики и замены стареющих элементов используется уравнение Вольтерра второго рода с разностным ядром [5]:
H(í) = F(í) + J F(í - т )cTF(T Х/Т ■
где Н(1) - функция восстановления с учетом профилактики и замены стареющих деталей; F(t) - функция распределения ресурсов заменяемых деталей в до-ремонтном периоде; dF(т) бт - функция распределения ресурсов заменяемых стареющих деталей.
Несмотря на все изящество формулы (1), где функция dF(т)dт дает приращение числа восстановлений в результате старения изделия, на практике, применительно к сельскохозяйственной технике, использовать ее весьма проблематично, поскольку, с одной стороны,
(1)
необходимо учитывать количество профилактик (профилактика не есть отказ), а с другой - профилактики в какой-то степени затормаживают процесс старения. В результате в чистом виде влияния старения на число восстановлений получить не удастся.
Б.В. Гнеденко для практических расчетов в большом промежутке времени (!) предложил приближенную формулу числа восстановлений [6]:
«_,Л\ 1 °2 1
(2) (2)
ср ср
где с - средняя наработка на отказ, ч.
Такая зависимость в принципе удовлетворяет требованиям оценки старения сельскохозяйственной техники, но из-за необходимости большого промежутка времени (!) для наблюдений и применимости только для конкретной марки машины возможности ее использования сужаются. Мы предлагаем давать количественную оценку процесса старения машины на основании соотношения ресурсов элементов, наработки на отказ, производительности машины и др. в виде коэффициента старения Кс
с t,
(3)
Этот коэффициент показывает во сколько раз ресурс t заменяемой детали меньше номинального ресурса tH исходной детали, или наработка на отказ стареющей машины меньше, чем новой, или трудоемкость восстановления старой машины больше, чем новой.
Определив коэффициент старения заменяемых деталей за рассматриваемый промежуток времени, можно построить функцию старения f(x).
Наиболее полно и доступно охарактеризовать процесс старения машины, на наш взгляд, можно на примере резьбовых соединений. Мы установили, что распределение показателей времени отвинчивания и момента затяжки резьбовых соединений М8, М10, М12 и М14 в зависимости от срока службы в интервале от 0,2 до 4-х лет (рис. 3) в большинстве случаев подчиняются нормальному закону:
И
f(t)=
1
л/2тг
е
(4)
Кривые изменения указанных показателей, построенные по этим точкам, достаточно хорошо описываются квадратичными функциями.
Рис. 3. Закономерность изменения времени (а) и момента отвинчивания (б) от срока службы резьбовых соединений: О - М8, А - М10, □ - М12 и О - М14.
Рис. 4. Изменение коэффициента старения по показателям трудоёмкости (а) и стабильности демонтажа (б) резьбовых соединений от срока службы: о-М10;^-М12; □ - М14.
Используя эти данные, мы определили коэффициенты старения, как отношение времени или момента отвинчивания резьбового соединения в ¡-й год эксплуатации машины к новым и нанесли их на графики (рис. 4). Как и предполагалось, для всех видов резьбовых соединений они оказались примерно одинаковыми и с
Рис. 5. Изменение коэффициента старения тракторов и
комбайнов от срока службы (по наработке на отказ) - комбайны: О - Джон Дир 9500; Д - Вестерн; Ц - Енисей; ® - Джон Дир 7810; трактора: • - К-700.
ростом срока службы постепенно возрастали для обеих выбранных характеристик.
На наш взгляд, полученные уравнения изменения коэффициентов старения (КС) в этом случае могут характеризовать увеличение трудоемкости ремонтного обслуживания в результате старения машины (рис. 4а), а также затраты физических усилий на их выполнение (рис. 46).
О возможности использования других перечисленных показателей для построения функции старения машин свидетельствует, например, графическое отображение коэффициентов старения отечественных и зарубежных комбайнов (рис. 5), рассчитанных по показателям их безотказности. Разброс коэффициентов старения по срокам службы сельскохозяйственной техники в этом случае также оказался незначительным, а полученная зависимость достаточно корректно характеризовала расчетные данные.
Выводы. Несмотря на существующие трудности в оценке влияния фактора старения на состояние сельскохозяйственной техники как в теоретическом, так и в практическом плане, полученные уравнения изменения показателей старения от срока эксплуатации могут в первом приближении устранить этот пробел и служить корректирующими зависимостями при оценке технического состояния машин в заданный срок их службы.
В результате оценки по предложенным коэффициентам степени старения техники установлено, что они в одни и те же периоды эксплуатации машин разных марок примерно одинаковы и могут быть использованы на практике.
Литература.
1. Соломкин А.П. Формирование и обеспечение готовности тракторов: дис.... д-ра техн. наук. Новосибирск, 1985 - 460 с.
2. Концепция модернизации инженерно-технической системы сельского хозяйства России на период до 2020 года. М., 2010 - 46 с.
З.Соломкин А.П., Мяло О.В., Прокопов С.П. Математическая модель формирования объемов работ по техническому обслуживанию и ремонту тракторов в сельскохозяйственных предприятиях и предприятиях технического сервиса // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. 2012. № 2 (37). С. 58-62.
4.Бабченко Л.А. Формирование технического сервиса сельскохозяйственной техники: дис.....д-ра техн. наук. Алматы,
2010. 318 с.
5. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления. М.: Сов. Радио, 1967. 298 с.
6. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. 524 с.
INFLUENCE OF THE FACTOR OF AGING ON INDICATORS OF RELIABILITY OF AGRICULTURAL MACHINERY
A.P. Solomkin, O.V. Myalo, S.P. Prokopov
Omsk State Agrarian University after P.A. Stolypin, Institutskaja Sq., 2, Omsk, 646008, Russia
Summary. With the age in any mechanism significant changes, connected with its aging, occur; the causes of which are very diverse. It is the inevitable and irreversible in the time process of its gradual transition in the lower quality state. The article presents the information about the change in the indices of reliability and repairability of tractors (mean recovery time) before the repair and during the interrepair period, which should be considered as the result of their aging. Data on the ratio of the resources of units and components indicate the decisive role of the factor of aging, but resources be can greatly affected by assembly technology and, most importantly, running-in of components. The degree of aging of the machine can be estimated by the reduction or resource of elements, mean time before failure, productivity of the machine and others by way of the aging coefficient (Ca). It shows how many times the resource tj of the replacing component is less than the life expectancy tn of the original component; or mean time to failure of the aging machine is less than the new one, or the complexity of the restoration of the old machine is more than the new one. After determination of the aging factor of replacing parts for the considered period of time, we built a function of aging f(t). The aging process of agricultural machinery was assessed by time and moment of resistance to unscrewing of the threaded joints without coverage with the service life from 0.2 to 4 years. According to the obtained distribution functions with the increase in the service life the mean time rises, and the moment of resistance to unscrewing approaches the maximal value. With the period of service of more than 4 years the number of non-separable bolt joints increases, which are destroyed at the moment of loosening, and in this case service time grows. The dynamics of aging factors of threaded connections can be represented as a quadratic function. Keywords: tractor, technical service, repairability, resource, aging, operation.
Author Details: A.P. Solomkin, Dr. Sc. (Techn.), Prof.; O.V. Myalo, Cand. Sc. (Techn.), Assoc. Prof. (e-mail: [email protected]); S.P. Prokopov, Senior Lecturer.
For citation: Solomkin A.P., Myalo O.V., Prokopov S.P., Influence of the factor of aging on indicators of reliability of agricultural machinery. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. T.29. №1. pp. 61-63 (In Russ)
