CC BY
32
ё&У} - ехрФ(х,у)
Е о
(13)
Формулы (12) и (13) определяют характер зависимости модуля упругости от координат, при котором обеспечивается удовлетворение дифференциальных урав-
и
нении равновесия.
Поскольку согласно соотношению (13)
Е = Е(х, у) = Ео СХР Ф(х> у) ' формулы напряжений (1) принимают вид
Поступила 30.09.04.
а
х _
ехрФ (х,у)
г
Е о
1-у
2
а
V /
ди д V
-+ V—
дх
\
¿У
У
Е о
ехрФ(х,у)( ди ^^ ди
1-у
2
V
ду
дх
; (и)
/
ху
ехрФ{х,у)( 1 - V + Эг/
£о
N
1-У
2
V
2
Л
дх ду
Соответственно этому выявляются статические условия на поверхности.
ВЛИЯНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА МАШИН
В. А. КОМАРОВ, кандидат технических наук
Интенсивность изменения параметров технического состояния автомобилей во многом определяется внешними условиями их работы, которые отражаются на надежности транспортных средств, а следовательно, и на эффективности их технической эксплуатации. Они оказывают влияние на режим работы агрегатов, уз-
о
лов, деталей, ускоряя или замедляя изменение названных показателей [2]. Поэтому учет указанного фактора обязателен в следующих случаях: при расчете требуемых ресурсов (численность персонала, производственная база, запасные части) для обеспечения заданного объема перевозок, что достигается корректированием нормативов; при проектировании автомобилей; при объективном сравнении деятельности автотранспортных предприятий (АТП). От условий эксплуатации зависят не только непосредственные затраты, связанные с техническим обслуживанием (ТО), ремонтом (ТР) или перевозочным процессом в целом, но и сопутствующие.
Обычно различают условия дорожные, движения, транспортные (перевозок), при-родно-климатические и сезонные, коррозионную агрессивность окружающей среды.
Дорожные условия характеризуются технической категорией дороги (их пять), которые различаются: шириной проезжей части, типом покрытия (П), подъемами и спусками (г), радиусами закругления. Как следует из табл. 1, тип покрытия дороги заметно воздействует на режимы работы автомобиля и его элементов. В свою очередь и последние влияют на них, причем наблюдается определенная связь между режимами работы агрегатов и наработкой на отказ и неисправность (х). Износ и разрушение дорожного покрытия, по данным ИКТП, сокращают надежность автомобиля на 14 — 33
Условия движения отражают воздействие внешних факторов на режимы движения, а потому и на режимы работы, надежность автомобиля и его элементов, себестоимость перевозок. Например, при
© В. А. Комаров, 2004
интенсивном городском движении по сравнению с движением по загородной дороге с одинаковым типом покрытия дороги скорость грузового автомобиля сокращается на 50 — 52 %, среднее число оборотов коленчатого вала на 1 км увеличивается
на 30 — 36 %, число переключений передач — в 3 — 3,5 раза, удельная работа трения тормозных механизмов — в 8 — 8,5 раза, пробег при криволинейной траектории движения (при поворотах) — в 3 — 3,6 раза.
Таблица 1
Влияние вида покрытия дороги на режимы работы агрегатов грузовых автомобилей
Параметр Покрытие дороги Естественный грунт
цементо-и асфальтобетонное из битумных минеральных смесей щебеночное, гравийное булыжное, грунтовое укрепленное
Средняя техническая скорость, км/ч 66 56 36 27 20
Среднее число оборотов коленчатого вала двигателя на 1 км пт 2 228 2 561 2 628 3185 4822
Среднее квадратическое отклонение угла поворота рулевого колеса (р, град 8,0 9,5 12,0 15,0 18,0
Число включений сцепления на 1 км псп 0,35 0,37 0,49 0,64 1,52
Число торможений на 1 км пТ 0,24 0,25 0,34 0,42 0,90
Число переключений передач на 1 км 0,52 0,62 1,24 2,10 3,20
Число колебаний подвески с амплитудой 30 мм на 100 км 68 128 214 352 625
Коэффициент сопротивления качению /" 0,014 0,020 0,032 0,040 0,080
По данным, приводимым в [2], стоимость цикла движения автопоезда в зависимости от колебания скорости может изменяться до 16 раз. Не случайно за рубежом контролю скорости движения автомобилей уделяется большое внимание.
Транспортные условия, или условия перевозок, наряду со скоростью движения определяются длиной ездки с грузом /, коэффициентом использования пробега Д
коэффициентом использования грузоподъемности у, коэффициентом использования прицепов &пр и родом перевозимого груза.
Влияние трех названных видов условий при реальной эксплуатации переплетается и учитывается с помощью понятия «категория условий эксплуатации», введенного в нормативную документацию в 1962 г. Данные о роли каждого фактора приведены в табл. 2,3.
Таблица 2
Влияние факторов на эксплуатационную надежность автомобиля, %
Грузовой автомобиль Фактор
f П # г / Р Y k
ЗИЛ 29 21 12 8,0 13 10 7,0
КамАЗ 33 19 18 6,5 12 6 5,5
Таблица 3
Влияние факторов на безотказность агрегатов грузового автомобиля, %
Агрегаты, системы Степень влияния факторов
П Р • г У / ь *пр
Двигатель 26 27 12 20 — 15 —
Сцепление 7 16 35 33 — 9 —
Коробка передач — 13 30 18 — 39 —
Карданный вал и задний мост 23 18 8 — 25 — 26
Рулевое управление 48 12 — 29 11 — —
Тормоза 17 32 9 8 14 8 12
Подвеска 90 4 4 — 2 — —
Электрооборудование 30 35 7 — И 4 13
Экспертная оценка, место II I III IV V VII VI
Средневзвешенная оценка, % 30,1 19,6 13,2 13,5 7,9 9,3 6,4
Отметим, что удельный вес факторов, формирующих категорию эксплуатации, составляет 70 — 77 %, а условий перевозок — 23 — 30 %, что и положено в основу системы корректирования нормативов технической эксплуатации автомобилей (ТЭА), принятой на автомобильном транспорте нашей страны. Категория условий эксплуатации, объективно одинаковая для всех автомобилей, служит базой для ресурсного корректирования, а транспортные и другие условия, специфические для каждого АТП, диктуют оперативное корректирование нормативов.
Таким образом, если рассматривать агрегаты и системы автомобиля как своего рода экспертов, которые «оценивают» влияние условий эксплуатации, то суммарная оценка по рангам и средневзвешенная оценка, полученная по результатам оценки агрегатов или систем, практически совпадают. Поэтому корректирование суммарных трудоемкостей, периодично-стей ТО, норм простоя в ТО и ТР проводится для автомобилей в целом, а распределение трудоемкости по агрегатам и видам работ — индивидуально для каждой конкретной модели.
Природно-климатические и сезонные условия характеризуются температурой окружающего воздуха, влажностью, ветровой нагрузкой, уровнем солнечной радиа-
ции и некоторыми другими параметрами. Первые отражаются на тепловых и других режимах работы агрегатов. Выделен ряд типичных климатических зон и районов страны, оказывающих специфическое влияние на надежность автомобилей и нормативы ТЭА.
Сезонные условия включают колебания температуры окружающего воздуха, изменение дорожных условий по временам года, появление дополнительных факторов, сказывающихся на интенсивности изменения параметров технического состояния автомобилей, например пыли летом, влаги, грязи осенью и весной.
Коррозионная агрессивность окружающей среды вызвана повышенной активностью, свойственной ряду прибрежных морских районов, а также постоянной перевозкой химических грузов, что сопровождается активной коррозией деталей автомобиля, увеличивает трудоемкость ТО и ТР и потребность в запас-пых частях до 10 %, причем сокращаются ресурс автомобиля и периодичность
ТО.
Сезонные и климатические условия действуют на все автомобили, расположенные в данном регионе; дорожные однозначно определяются дорогой; транспортные и движения подвержены существенной вариации не только в регионе или па
дороге, но и для различных автомобилей условий эксплуатации является использо
одного АТП, например автобусов, работающих на разных маршрутах. Так, среднегодовые потери линейного времени одного автобуса ЛиАЗ на городских маршрутах в Саранске составили 326 ч, а на
- 98 ч (30 %). Соответ-
пригородных — ственио наработки на момент отказа на последних в 1,7 раза выше.
В реальных условиях диапазоны изменения условий эксплуатации парков весьма широки, а возможные сочетания условий эксплуатации разнообразны. Проведенные НИИАТ исследования показали, что только наиболее характерных сочетаний дорожных и транспортных условий насчитывается свыше 70 вариантов. Использование всех вариантов при нормировании показателей надежности и решении технических задач невозможно.
и
В связи с этим возникает задача классификации условий эксплуатации, т. е. объединения вариантов в группы.
Предложенная классификация условий эксплуатации автомобилей, нашедшая широкое применение на транспорте и в промышленности, предусматривает три категории, учитывающие техническую категорию и вид покрытия дороги, рельеф местности, условия движения.
Появление в России автомобилей новой конструкции, улучшение организации эксплуатации, накопление значительного банка данных по эксплуатационной надежности автомобилей, а главное, расширение диапазона применения их при работе в различных условиях (освоение новых районов, работа автомобилей совместно с сельскохозяйственными машинами, междугородные перевозки по дорогам высших категорий) потребовали расширения и уточнения классификации. Эта задача была решена с использованием аппарата распознавания образов, опирающегося на следующие признаки: дорожные покрытия; рельеф местности; условия движения.
Следует отметить, что увеличение числа категорий свыше пяти практически не изменяет показатели эффективности, но затрудняет употребление классификации на практике.
Управляемым, но пока еще недостаточно задействованным подфактором
вание подвижного состава с учетом этих условий и его технического состояния. Так как в разных условиях надежность неодинакова, а влияние возраста автомобилей и других факторов на параметры эффективности, как правило, нелинейно, то возможны два способа подъема эффективности работы автомобилей. Во-первых, при более тяжелых и интенсивных условиях должны предпочитаться машины с меньшей наработкой, т. е. более надежные. Во-вторых, для парков, имеющих разную возрастную структуру, возможно такое рациональное распределение техники исходя из продолжительности и условий эксплуатации, при котором выбранные показатели эффективности парка будут наилучшими без изменения его состава. Например, коэффициент технической готовности и суммарная провозная способность парка максимальны или затраты на ТО и ТР минимальны.
Рассмотрим эту задачу на примере распределения автобусов по городским маршрутам с учетом их возраста и сложности маршрутов.
Выполненные исследования и наблюдения, компонентный анализ [2] позволили установить связи числа требований на ремонт, потерь линейного времени и других показателей с влияющими на них факторами. Поскольку надежность зависит от особенностей маршрута, возраста автобуса и через потери линейного времени отражается на регулярности движения, то представляется возможным найти такое распределение, при котором названные потери по техническим причинам будут минимальными:
т п
Ч = Ъ
пр I] V г=1 У=1
шт,
(1)
возрастная группа автобусов; /
I
где г —
номер маршрута; £пр^ — потери линейного времени автобусом г-й возрастной группы на /-м маршруте; а^ — число автобусов г-й возрастной группы, обслу-
живающих ;-и маршрут движения.
При этом распределение должно, во-первых, проводиться в рамках имеющегося парка, во-вторых, обеспечивать перевозки на каждом маршруте.
Если известны потери линейного вре-
меии по техническим причинам , то
данная задача решается как транспортная задача линейного программирования.
В результате исследований на АТП Республики Мордовия установлены зависимости изменения параметров технического состояния деталей трансмиссии автомобилей семейства ГАЗ — САЗ от региональных условиях эксплуатации, прослежена теснота связи между легко- и труднодоступными для контроля типовыми параметрами (износ отверстий под подшипники) картера коробки передач (КП). На основании анализа маршрута доступа в качестве легкодоступного принят износ отверстия картера под подшипник первичного вала (контроль параметра не требует полной разборки КП).
Проведенная с помощью пакета программ «Мастера диаграмм» Microsoft Excel аппроксимация накопленных час-тостей распределений указанных износов обнаружила высокую величину достоверности [1].
Зависимость накопленных частостей распределения износов отверстий картера КП под подшипники блока шестерен промежуточного (заднего) вала F4, вторичного вала F2 и первичного вала
аппроксимируется линеиным рядом с величиной достоверности аппроксимации
Я2 = 0,9963:
F2F4 = 1,0016^ - 2,5132. (2)
Зависимость накопленных частостей распределения износов отверстий картера КП под подшипники блока шестерен промежуточного (переднего) вала F3 и первичного вала ¥ 1 КП аппроксимирует-
ся линеиным рядом с величинои достоверности аппроксимации Я2 = 0,9331:
¥3 = 0,9471/г1 - 8,5621. (3)
Также проведен анализ тесноты связи между легко- и труднодоступными для контроля одноименными параметрами разноименных типовых деталей. На основании изучения маршрута доступа за легкодоступный параметр в данном случае примят износ шейки первичного вала под подшипник (для контроля не нужна полная разборка КП).
Зависимость накопленных частостей
распределения износов шеек валов под подшипники вторичного ¥2 и первичного F1 валов КП аппроксимируется поли-иомиальиым рядом 2-й степени с величиной достоверности аппроксимации Я2 =
= 0,9987:
-0,0097(Ft)2 + 1,9463т7! +
+ 1,1389.
(4)
Зависимость накопленных частостей распределения износов шеек валов под подшипник блока шестерен промежуточного (заднего) ¥3 и первичного валов КП аппроксимируется полиномиальным рядом 2-й степени с величиной достоверности аппроксимации Я2 = 0,9994:
¥3 = -0,0095 (Ft)2 + l,9352Ft +
+ 0,5461.
(5)
Зависимость накопленных частостей распределения износов шеек валов под подшипник блока шестерен промежуточного (переднего) ¥А и первичного валов КП аппроксимируется полиномиальным рядом 2-й степени с величиной достоверности аппроксимации Я2 = 0,994:
¥
4
-0,013(Ft)2 + 2,2558Fj +
+ 2,7109.
(6)
Кроме того, проведен анализ тесноты связи между легко- и труднодоступными для контроля одноименными параметрами различных подшипников КП. По данным анализа маршрута доступа за легкодоступный параметр принят радиальный зазор заднего подшипника блока шестерен промежуточного вала (для контроля не обязательны снятие КП с автомобиля и ее полная разборка).
Зависимость накопленных частостей распределения радиальных зазоров подшипников блока шестерен промежуточного (переднего) вала F1 и блока шестерен промежуточного (заднего) вала ¥2 аппроксимируется линейным рядом с величиной достоверности аппроксимации
Я2 = 0,9828:
Fx = 0,9322F2 - 1,7865.
(7)
Зависимость накопленных частостей распределения радиальных зазоров подшипников вторичного вала ¥3 и блока шестерен промежуточного (заднего) вала
¥2 аппроксимируется линейным рядом с величиной достоверности аппроксимации
Я2 = 0,9031:
Fз = 0,86^ - 4,2463. (8)
Зависимость накопленных частостей распределения радиальных зазоров подшипников первичного вала Р^ и блока шестерен промежуточного (заднего) вала аппроксимируется линейным рядом с величиной достоверности аппроксимации
#2 = 0,9799:
F4 = 0,9072F2 + 1,5475. (9)
Как видно, в региональных условиях
эксплуатации (Республика Мордовия) сложно оценивать с высоким уровнем вероятности устойчивую корреляционную связь между легко- и труднодоступными параметрами разноименных деталей КП автомобилей семейства ГАЗ — САЗ. Однако с достаточно высокой достоверностью можно судить о техническом состоянии труднодоступных параметров конкретных деталей по их однотипным легкодоступным параметрам (для отверстий картера КП). Кроме того, выявлена достаточно высокая теснота связи между некоторыми однотипными параметрами разноименных типовых деталей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванова В. М. Математическая статистика / В. М. Иванова, В. Н. Калинина. М.: Высш. шк., 1981. 371 с.
2. Кузнецов Е. С. Управление технической эксплуатацией автомобилей / Е. С. Кузнецов. М.: Транспорт,
1990. 272 с.
3. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. М.: Транспорт, 1986. 36 с.
Поступила 02.04.04.
