CC BY
6
Селиверстов Григорий Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, s456789@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Камардина Дарья Дмитриевна, аспирант, dariyakamardina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSESSMENT OF AVERAGE LOSS RISKS WHEN DIAGNOSING METAL STRUCTURES
LIFTING MACHINES
G.V. Seliverstov, D.D. Kamardina
Methods of diagnostics of crane metal structures are considered, which allow predicting their condition during the service life according to various criteria. The average risks of losses when using these methods are analyzed and their effectiveness is evaluated. The limits of the operating time of the machine in which it is rational to use instrumental diagnostics to assess accumulated damage are determined.
Key words: operation, service life, metal structure, risk, control, diagnostics.
Seliverstov Grigory Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, s456789@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kamardina Dariya Dmitrievna, postgraduate, dariyakamardina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.879.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-441-449
ВЫБОР ДЕМПФИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА МЕХАНИЧЕСКОЙ НОГИ МАШИНЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ
Д.Г. Мокин, А.Г. Черенков
В статье рассматривается выбор демпфирующего устройства для машины по ликвидации последствий аварий методом экспертной оценки показателей качества и свойств продукции. Целью исследования является обоснование эффективности демпфирующего устройства на мобильном экскаваторе с приводом на механических лапах. Главной задачей исследования является выбор демпфирующего устройства на базе ранее используемых устройств из строительно-дорожной техники, которое можно будет применять в звене механической ноги.
Ключевые слова: демпфирующий элемент, механическая нога, машина для ликвидации последствий аварий, экспертная оценка, показатели качества, амортизатор.
В качестве базы применим существующий аналог для ремонтных работ от фирмы Kaiser модель «S12 Allroad»[1]. Машина представляет собой мобильный шагающий экскаватор с полным приводом (рис.1). Ходовая часть, специально разработанная для полного привода и управления всеми колесами, а также бесступенчатый гидростатический полный привод обеспечивают оператору исключительную мобильность. Экскаватор имеет возможность перемещения своим ходом, а также возможность передвижения по рельсовому пути.
В «S12 Allroad» не предусмотрено перемещение машины на нижних механических звеньях, они предназначены для увеличения устойчивости при проведении земельных работ. Механические звенья машины? расположенные спереди используются, как аутригеры. Во время действия совершения земельных работ машина жестко зафиксирована. В данной модели не представлены никакие внешние демпфирующие устройства, это обусловлено тем, что их использование не целесообразно. При совершении работ оператор в кабине машине получает вибрации только от работы генератора и насосной станции, которые расположены на кузове машины. Для гашения данных вибраций установлено антивибрационное сиденье оператора.
441
Вторым аналогом для ремонтных работ такого профиля является экскаватор от фирмы Xuzhou Construction Machinery Group (XCMG) модель ET110 (рис.2).
Рис. 2. Экскаватор XCMG модель ET110
Шагающий колесный полноповоротный экскаватор XCMG ET110 может выполнять строительные или ремонтные работы как в городских условиях, так и в горных, болотистых, лесных или в иных труднопроходимых местах [2].
Модель ET110 предназначена для перемещения только на колесном приводе. В данной модели используется аналогичная «S12 Allroad» система с использованием передних механических звеньев в качестве аутригеров. При осуществлении земельных работ кузов машины не воспринимает вибраций от механических звеньев. Во время работы машины оператор получает вибрации от дизельной установки расположенной на кузове. Для гашения таких колебаний предусмотрено антивибрационное сиденье оператора. Использование внешнего демпфирующего устройства на механических звеньях данной модели не целесообразно.
В качестве примера использования привода на механических лапах рассмотрим модель гексапода Mantis от компании Micromagic Systems. Данная модель является первым опытным образцом использования механических ног, как средства передвижения. Привод механических ног осуществлялся за счет работы гидроцилиндров, что не могло обеспечить высокую скорость передвижения данной машины. В ходе испытаний данной модели применялось аналогичное
предыдущим антивибрационное сиденье оператора, но в случае передвижения машины этого оказалось недостаточно. В связи с этим появилась необходимость дополнительного демпфирующего устройства у машин с данным приводом.
На основе прототипа <^12 AПroad» разработана «Машина для ликвидации последствий аварий» (рис.3).
Для осуществления комфортной работы на механических лапах необходимо предусмотреть демпфирующее устройство. Конструкция демпфирующего устройства должна удовлетворять следующим требованиям: демпфирующее устройство должно обеспечивать плавность движения машины с грузом, исключать её раскачивание; устройство должно быть достаточно компактным для того чтобы не ограничивать передвижение машины.
В качестве демпфирующего элемента машины для ликвидации последствий аварий целесообразно рассмотреть устройства, применяемые в подвеске автомобильных кранов, а также рассмотреть вариант использования пружинного амортизатора.
В конструкции подвески автомобильных кранов применяются гидравлические и пневматические амортизаторы. Гидравлические (масляные) амортизаторы работают по принципу преобразования энергии жидкостного трения в тепловую [3]. Перемещающийся шток с поршнем заставляет масло перетекать через небольшие клапаны, тем самым создавая сопротивление его движению. Максимальный ход штока с поршнем ограничивает отбойник амортизатора. В пневматическом амортизаторе функцию демпфирования выполняют накачанные воздухом пнев-мобаллоны из прорезиненного материала. Обязательным элементом устройства такой подвески является общая для всех демпферов пневмосистема, состоящая из компрессора, ресиверов, клапанов, датчиков уровня, а также трубопроводов подачи воздуха к каждому демпферу [4].
Проведение экспертной оценки [5]
В связи с дефицитом нужных данных, для оценки пригодности демпфирующих элементов воспользуемся методом экспертной оценки показателей качества и свойств продукции [6].
Назначается комиссия из пяти объективных экспертов, которые будут проставлять свои оценки на предоставленных им опросных листах.
Была создана форма опросного листа для определения весомости (рис. 4).
Каждому эксперту присваивается порядковый номер и выдается опросный лист, где в соответствующей колонке он выставляет баллы от 1 до 7, определяя менее важные и более важные критерии для него.
Таблица1
Результаты опроса экспертов_
Критерий Оценка в баллах
Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3 Эксперт 4 Эксперт 5
Стоимость 6 7 4 5 6
Плавность работы 3 1 3 3 1
Сложность монтажа 5 4 5 6 5
Долговечность 7 5 7 4 4
Габариты 1 2 2 1 2
Ремонтопригодность 4 6 6 7 7
Надежность 2 3 1 2 3
Бллнк опросного лнстя для проведения экспертной оценки нл этапе аналнза
Ооьект анализа_
ФИО экеоерта:___
Долж ностъ:_
Оцените важность ТОГО 1(ЛН иного критерия. На ОДНИ ършернп
ставится одна отаетъа (плюс 1пи галочка);
1 балл - самый незначимый критерий;
2 балла - незначимый критерий
3 балла - значимый критерий
4 балла - более значимый критерий:
5 баллов - наиболее значимый критерий:
6 баллов - очень значимый критерий;
7 баллов - самый значимый критерий
Критерий Оценка н баллах
] 2 4 5 6 7
Стоимость
Плавность работы
СЛОЖНОСТЬ монтажа
Долговечность
Гаоартпы
Ремонтопригодность
Надежность
Дата__Подпись_
Рис. 4. Форма опросного листа
Оценки эксперта показывают место того или иного критерия в ранжированном ряду. С помощью этих значений можем составить ряды по каждому эксперту по возрастающей шкале порядка.
Определение сумм рангов
Определяются суммы рангов каждого из объектов экспертной оценки. Количество оцениваемых критериев Q равняется 7.
На основании полученных сумм рангов строим обобщенный ранжированный ряд:
о, < 07 <02 о <о <а<о
Расчет коэффициентов весомости. Итоговые экспертные оценки качества исследуемых объектов экспертизы, т.е. коэффициенты их весомости, рассчитываются по формуле:
п п,т
где п - количество экспертов; т - число оцениваемых показателей; Qij - коэффициент весомости _)-го показателя в рангах (баллах), который дал >й эксперт.
7
а =1
;=1
Для сравнения демпфирующих элементов членам комиссии выдается форма опросного листа для определения значимости критериев в приведенных демпфирующих элементах (рис. 5).
Каждому эксперту присваивается порядковый номер и выдается опросный лист, где в соответствующей колонке он выставляет баллы от 1 до 7, определяя менее или более важные критерии для него. В каждом приводе по разным критериям можно присваивать только одну оценку от 1 до 7.
Полученные оценки каждого из членов экспертной комиссии заносим в общие таблицы и находим средние значения по критериям (табл. 2).
Находим итоговое процентное значение:
о=100% • & • о/7,%
Итоговые значения предоставлены в табл. 3.
Бланк опросного листа для проведения экспертной оценки ни этапе ашкнш
Объект анализ а:_
ФИО эксперта:
Должность:_
Оцените важность того иш иного критерия в приведенных приводам На один критерий ставится только одна отметка (плюс ши галочка) в каждом из приводов
1 балл -самый вявчнюй кривдой;
2 балла - нез-начнмый критерий: I балла - энаяюшй артерий;
4 балла - более значимый критерий:
5 баллов - наиболее значимый критерий;
6 баллов - очень значимый критерий;
7 баллов - самый значимый критерий
11 нс|!зи1нт^]|И Пруыйьыый
1 5 Л 4 Ь 7 1 3 э 4 1 Л 7 1 .1 4 5 б 7
Стоимость
Пдивнисп. и
Гяшкоггь ШНШй
Доштнкчыасгк
Г^шлиГв
Рмнггшфнгоднютъ
Ндожнт )>
Дата__Подпись_
Рис. 5 Форма второго опросного листа
Таблица 2
Результаты опроса по второй форме опросного листа__
Критерий Гидравлический Qср
Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3 Эксперт 4 Эксперт 5
Стоимость 6 7 4 5 6 5,6
Плавность работы 3 1 3 3 1 4,2
Сложность монтажа 5 4 5 6 5 4,8
Долговечность 7 5 7 4 4 3,6
Габариты 1 2 2 1 2 6,2
Ремонтопригодность 4 6 6 7 7 3,4
Надежность 2 3 1 2 3 4,4
Стоимость 4 1 4 2 5 3,2
Плавность работы 5 4 3 5 3 4,0
Сложность монтажа 2 3 2 2 2 2,2
Долговечность 3 2 3 4 3 3,2
Габариты 2 1 3 1 2 1,8
Ремонтопригодность 4 4 3 3 3 3,4
Надежность 4 5 5 4 3 4,2
Критерий Пружинный Qср
Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3 Эксперт 4 Эксперт 5
Стоимость 6 7 7 7 6 6,6
Плавность работы 3 3 2 3 3 2,8
Сложность монтажа 7 6 6 6 5 6,0
Долговечность 2 1 3 2 2 1,6
Габариты 7 6 5 6 5 5,8
Ремонтопригодность 4 5 4 5 4 4,4
Надежность 3 3 2 2 3 2,6
Для подтверждения точности экспертных оценок воспользуемся коэффициентом кон-кордации:
*=. 125
т2
(п3 - п)
где т - число экспертов в группе; п - число факторов; 5 - сумма квадратов разностей рангов (отклонений от среднего).
Сумма квадратов разностей рангов, проставленных всеми экспертами равна:
\2
{ \ п т
$=ЕЕз
V ^'=1 У
Полученные значения предоставлены в табл. 4.
^ п т ^ .¿=1'=1
п
Таблица 3
Итоговые значения
Параметры Гидравлический Пневматический Пружинный
» Qср » Qср а% » Qср а%
0,20 5,6 16,0 0,20 3,2 9,14 0,20 6,6 18,8
Q2 0,08 4,2 4,80 0,08 4,0 4,57 0,08 2,8 3,20
Qз 0,18 4,8 12,3 0,18 2,2 5,67 0,18 6,5 15,4
Q4 0,19 3,6 9,77 0,19 3,2 8,68 0,19 1,6 4,34
Q5 0,06 6,2 5,31 0,06 1,8 1,54 0,06 5,8 4,97
Q6 0,21 3,4 10,2 0,21 3,4 10,2 0,21 4,4 13,2
Q7 0,08 4,4 5,02 0,08 4,2 4,80 0,08 2,6 2,97
Итого 63,4 44,6 62,8
Таблица 4
Значения коэффициентов конкордации_
Критерий Гидравлический
Сумма Квадрат суммы S W
Стоимость 28 784
Плавность работы 11 121
Сложность монтажа 25 625
Долговечность 27 729 544 0,78
Габариты 8 64
Ремонтопригодность 30 900
Надежность 11 121
Пневматический
Критерий Сумма Квадрат суммы S W
Стоимость 16 256
Плавность работы 20 400
Сложность монтажа 11 121
Долговечность 15 225 116 0.166
Габариты 9 81
Ремонтопригодность 17 289
Надежность 21 441
Пружинный
Критерий Сумма Квадрат суммы S W
Стоимость 33 1089
Плавность работы 14 196
Сложность монтажа 30 900
Долговечность 10 100 522 0.75
Габариты 29 841
Ремонтопригодность 22 484
Надежность 13 169
Если W < 0,2 - 0,4 - значит согласованность экспертов слабая, если W > 0,6 - 0,8 -согласованность экспертов сильная.
Слабая согласованность обычно является следствием следующих причин: в рассматриваемой группе экспертов действительно отсутствует общность мнений; внутри группы существуют коалиции с высокой согласованностью мнений, однако, обобщенные мнения коалиций противоположны.
По результатам табл. 3 можно сделать вывод, что наилучший общий процент у гидравлического амортизатора.
Таким образом, в ходе исследования было обоснована целесообразность использования демпфирующего устройства в звене механической ноги машины для ликвидации последствий аварий с выбранным демпфирующим элементом, которая удовлетворяет начальным требованиям для применения на данной модели
Список литературы
1. Черенков А.Г. Универсальная машина для ликвидации последствий аварий // «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе»: материалы Всероссийской науч.- технич. конф., 17-19 ноября. 2020. Калуга, 2020.
2. Экскаватор XCMG ET110. [Электронный ресурс] -URL: https://xcmg.com.гu/catalog/ekskavatoг^-xcmg/et110(дата обращения:01.()9.2()21).
3. Дербаремдикер А.Д. Гидравлические амортизаторы автомобилей, М.: Изд-во Машиностроение 1969. 239 с.
4. Новиков В.В. и др. Экспериментальное исследование пневматической подвески с комбинированным демпфированием // Грузовик. 2018. №. 9. С. 3-7.
5. Лисецкий Ю.М. Метод комплексной экспертной оценки для проектирования сложных технических систем // Математические машины и системы. 2006. Т. 1. №. 2. С. 141 - 146.
6. Дивина Т.В., Петракова Е.А., Вишневский М.С. Основные методы анализа экспертных оценок // Экономика и бизнес: теория и практика. 2019. №. 7. С. 42 - 44.
Мокин Дмитрий Геннадьевич канд. техн. наук, доцент, mdg-80@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана» (национальных исследовательский университет),
Черенков Александр Григорьевич студент, al. cherenckov2013@,yandex. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана» (национальных исследовательский университет)
SELECTION OF THE DAMPING ELEMENT OF THE MECHANICAL LEG OF THE MACHINE FOR ELIMINATION OF THE CONSEQUENCES OF ACCIDENTS
D.G. Mokin, A.G. Cherenkov
The article discusses the choice of a damping device for a machine to eliminate the consequences of accidents by the method of expert assessment of quality indicators and product properties. The aim of the study is to substantiate the effectiveness of a damping device on a mobile excavator with a drive on mechanical legs. The main task of the study is to select a damping device based on previously used devices from road construction equipment, which can be used in a link of a mechanical leg.
Key words: damping element, mechanical leg, emergency response vehicle, expert judgment, quality indicators, shock absorber.
Mokin Dmitry Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, mdg-80@yandex.ru, Russia, Kaluga, Moscow State Technical University named after N.E. Bauman (Kaluga Branch),
Cherenkov Alexander Grigorievich, student, al.cherenckov2013@yandex.ru, Russia, Kaluga, Moscow State Technical University named after N.E. Bauman (Kaluga Branch)
