Научная статья на тему 'Зависимость потока отказов элементов автомобиля от температурных условий'

Зависимость потока отказов элементов автомобиля от температурных условий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
446
92
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАССИВНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ / ПОТОК ОТКАЗОВ / ТЕМПЕРАТУРА / ЗАВИСИМОСТЬ / ПОДВИЖНЫЙ СОСТАВ / ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ / АППРОКСИМАЦИЯ / PASSIVE EXPERIMENT FAILURE FLOW / TEMPERATURE DEPENDENCE / ROLLING STOCK / HARMONIC ANALYSIS / APPROXIMATION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Муратбакиев А.М.

В статье рассматривается влияние температурных условий эксплуатации на поток отказов систем и агрегатов автомобильной техники. Показана необходимость изучения зависимости изменения интенсивности отказов узлов и механизмов автомобильной техники от температуры воздуха при эксплуатации подвижного состава в Республике Саха (Якутии). Рассмотрены этапы проведения экспериментальных исследований и вопросы организации сбора статистических данных для проведения пассивного эксперимента. Изучены закономерности изменения температуры по данным многолетних метеорологических наблюдений и основных параметров потока отказов подвижного состава автотранспортных предприятий по месяцам в течение года. На основе гармонического анализа определены основные параметры моделей зависимости потока отказов агрегатов автомобилей от температуры воздуха и доказано их соответствие выдвинутым в теоретических исследованиях гипотез.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Муратбакиев А.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEPENDENCE OF FLOW CELL CAR FAILURE OF TEMPERATURE CONDITIONS

The article discusses the influence of temperature operating conditions on the flow of failures of systems and components of motor vehicles. The necessity of studying the dependence of change of failure rate of knots and mechanisms of motor vehicles on the air temperature at the rolling operation in the Republic ofSakha (Yakutia). The stages of experimental studies and the organization of the collection of statistical data for passive experiment. Studied the patterns of temperature change according to many years of meteorological observations and the main parameters of the flow offailures of rolling stock of road transport enterprises by month throughout the year On the basis of harmonic analysis of the main parameters of the temperature dependence of the flow patterns of failures of cars and aggregates shown to correlate with advanced studies in theoretical hypotheses.

Текст научной работы на тему «Зависимость потока отказов элементов автомобиля от температурных условий»

УДК 629.35

ЗАВИСИМОСТЬ ПОТОКА ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМОБИЛЯ ОТ

ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

Муратбакиев А.М., аспирант кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», ФГБОУВПО «Оренбургский государственный

университет»

В статье рассматривается влияние температурных условий эксплуатации на поток отказов систем и агрегатов автомобильной техники. Показана необходимость изучения зависимости изменения интенсивности отказов узлов и механизмов автомобильной техники от температуры воздуха при эксплуатации подвижного состава в Республике Саха (Якутии). Рассмотрены этапы проведения экспериментальных исследований и вопросы организации сбора статистических данных для проведения пассивного эксперимента. Изучены закономерности изменения температуры по данным многолетних метеорологических наблюдений и основных параметров потока отказов подвижного состава автотранспортных предприятий по месяцам в течение года. На основе гармонического анализа определены основные параметры моделей зависимости потока отказов агрегатов автомобилей от температуры воздуха и доказано их соответствие выдвинутым в теоретических исследованиях гипотез.

Ключевые слова: пассивный эксперимент, поток отказов, температура, зависимость, подвижный состав, гармонический анализ, аппроксимация.

DEPENDENCE OF FLOW CELL CAR FAILURE OF TEMPERATURE CONDITIONS

Muratbakirev A., the post-graduate student, Operation of motor transport chair, FSFEIHPE «Orenburg State University»

The article discusses the influence of temperature operating conditions on the flow offailures of systems and components of motor vehicles. The necessity of studying the dependence of change of failure rate of knots and mechanisms of motor vehicles on the air temperature at the rolling operation in the Republic ofSakha (Yakutia). The stages of experimental studies and the organization of the collection of statistical data for passive experiment. Studied the patterns of temperature change according to many years of meteorological observations and the main parameters of the flow offailures of rolling stock of road transport enterprises by month throughout the year. On the basis of harmonic analysis of the main parameters of the temperature dependence of the flow patterns offailures of cars and aggregates shown to correlate with advanced studies in theoretical hypotheses.

Keywords: passive experiment failure flow, temperature dependence, rolling stock, harmonic analysis, approximation.

В Якутском регионе сконцентрирована большая доля природных ресурсов, изучение, разработка и добыча которых будут способствовать развитию и укреплению экономического потенциала Республики Саха (Якутия) и России в целом. Развитие добывающей отрасли, геологоразведка и всестороннее обеспечение жизнедеятельности населенных пунктов требует активного использования автомобильного транспорта. Вместе с тем климат Якутии является одним из самых суровых, отрицательное его влияние на технику и человека очевидно. Зимой и в переходные периоды техника работает в очень тяжелых климатических условиях. К эксплуатируемым автомобилям здесь предъявляются повышенные требования.

Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования особенностей эксплуатации техники при низких климатических температурах в работах советских и российских ученых [1, 4, 8, 9] показали, что с понижением температуры работоспособность и надежность нефтегазового оборудования, транспортной и горнодобывающей техники, резко падает. Интенсивность образования повреждений в зимнее время и в переходной осенне-весенний период резко увеличивается и по сравнению с летним сезоном превышение составляет порой десятикратную величину.

По этой причине вопросы ремонтопригодности и надежности машин, равно как и обеспечение их технического обслуживания, актуализируются в условиях эксплуатации на Севере и в Сибири.

Исследования свойства приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации для определения рациональных сроков проведения технических воздействий с целью обеспечения требуемой надежности подвижного состава подразумевают сбор и анализ информации как о надежности автомобилей в самых разнообразных условиях, так и непосредственно об условиях эксплуатации, в которых работали исследуемые транспортные средства, количественная оценка показателей, характеризующих данные условия. Увеличение анализируемых диапазона условий эксплуатации автомобилей и числа моделей исследуемых автомобилей позволяют обеспечить большую корректность результатов, полученных в ходе эксперимента.

Для определения зависимости отказов систем и агрегатов подвижного состава нами были проведены экспериментальные исследования на базе Амакинской геологоразведочной экспедиции акционерной компании "АЛРОСА" [10]

Эксперимент проводился в два этапа. Во время проведение первого этапа производился сбор статистических сведений относительно интенсивности эксплуатации, фактических показателях температуры воздуха, о количестве отказов систем и узлов автомобилей на предприятии.

Второй этап предусматривал эксперимент по оценке интенсивности отказов автомобилей при различных температурах воздуха для определения рациональных сроков технических воздействий при различных интенсивностях эксплуатации автомобилей.

Сбор экспериментального материала, характеризующего интенсивность отказов автомобилей, осуществлялся в транспортных подараз-делениях Амакинской геологоразведочной экспедиции акционерной компании "АЛРОСА".

Получены сведения за 2010-2015 гг. о числе отказов автомобилей, с последующим их распределением по агрегатам. Информация по отказам извлекалась из журнала учета текущего ремонта, заполняемого мастерами зоны текущего ремонта.

Собранная информация об отказах подвижного состава за последние 5 лет систематизировалась и обрабатывалась по следующей форме (рис. 1.).

Фиксировались отказы основных узлов автомобилей, при этом особое внимание обращалось на причины их вызывающие. Учитывались простои подвижного состава за время отказов (в ремонтах), а также пробеги с начала эксплуатации и после последнего ремонта.

Средний параметр потока отказов за месяц рассчитывается [7]

ю = Notk

Lo (1)

где N - число отказов за месяц; L - общий пробег всех автомобилей данной марки.

Данные о фактических температурах в населенных пунктах Республики Саха (Якутия) анализировались за несколько лет по данным ФГБУ Якутское Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды [11], ООО "Расписание Погоды" [12] и Научно-прикладного справочника по климату СССР [6].

88 TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №3 2016 |

ФОРМА № 1 Сведения об отказах систем автомобиля Подразделение_

Марка и модель автомобиля Государственный номерной знак Номер кузова Номер шасси Год выпуска

Дата ввода в эксплуатацию Количество и вид ремонтов

Дата отказа Система (агрегат, узел) Пробег с начала эксплуатации Пробег после замены (ремонта) Краткое описание отказа Время в ремонте

Рисунок 1. Форма № 1. Сведения об отказах систем автомобиля

Данные о температуре заносились в таблицы. Одна таблица вмещает данные за год. Форма таблицы приведена ниже (табл. 1). Методика расчета среднестатистического значения температуры воздуха за период эксплуатации состоит в следующем. В местном отделении ФГБУ Якутское Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды собирается информация о зарегистрированных за период температурах воздуха. На их основе рассчитаны средние месячные значения и средние квадратические отклонения [3]:

г =

+ + ¿3 +... + гп

1 ^

= х ^

п 1=1

о =

X а - и)

п =1

где 1 - среднесуточная температура воздуха в отдельный день работы автомобиля, °С; п - число дней в месяце.

(2)

(3)

Кроме того, обычно в Гидрометеоцентре проводят обработку информации и можно узнать уже рассчитанные значения среднемесячных температур. Поэтому, для некоторого облегчения расчетов можно использовать и среднемесячные значения температур воздуха. Расчет средних за период эксплуатации транспортных средств температур воздуха можно проводить по следующей формуле [3]:

X т

Т = ¿-I сР

(4)

где Т^ - среднесуточная температура воздуха в отдельный день работы автомобиля, °С; п - количество дней эксплуатации автомобиля.

Для решения задач экспериментальных исследований было предложено использовать методику гармонического анализа. Для того чтобы описать полигармоническими моделями изменения но времени качественных факторов, например, изменения температуры, необходимо перейти к относительным единицам - долям времени.

Алгоритм проведения гармонического анализа изменений факторов по сезонам включал такие этапы:

Таблица 1 - Форма таблицы для сбора данных о температуре воздуха

Дни Значения температуры, °С, по месяцам

месяца 1 2 3 5 12

1 -9,1 -16,7 -5,9 2,2 -30,5

2 -10,5 -22,1 -9,7 5,6 -24,0

3 -7,4 -27,7 -9,8 0,7 -16,4

4 -12,0 -28,7 -6,4 -0,8 -11,5

28 -9,4 -2,4 -5,5 13,5 -29,4

29 -17,9 -4,3 -5,4 14,1 -11,2

30 -17,9 -2,5 13,5 -23,4

31 -16,4 -0,4 13,6 -26,8

ТЯАШРОЯТ БШТКЕББ Ш КШЗТА | №3 2016 | 89

п

1

2

п

Рисунок 2. Изменение по времени температуры воздуха (экспериментальные точки, аппроксимирующие

кривые и гармоники 1 ...5 порядков)

- на первом этапе формировалось графическое представление результатов эксперимента, на основе чего осуществлялась предварительная оценка степени изменения фактора;

- после этого производилась аппроксимация данных гармонической моделью;

- производилось оценивание вклада гармоник в изменение фактора;

- в конечном итоге гармоники линеаризовались, на основании чего производилась оценка значимости каждой из них.

Проверка зависимостей на адекватность проводилась по критерию Фишера и средней ошибке аппроксимации еср.

В результате проведенных исследований установлено, что закономерность изменения среднемесячной температуры воздуха в течение года можно аппроксимировать гармонической моделью

/ = 2,1 +15,5 • соб(30 • (Т - 6,9)) (5)

На рис. 2 представлен график изменения температуры в течение года.

Анализ полученных результатов показал, что:

1 - температура воздуха циклически существенно меняется в течение года;

2 - отклонение в показателях температуры воздуха по времени достаточно точно описывается гармоническими моделями;

3 - в каждом случае наиболее значимой является первая гармоника (с периодом 1 год); намного менее значимо влияние второй гармоники (с периодом 2 года); остальные гармоники оказывают статистически не значимое влияние.

После этого по аналогичной методике производилось оценивание изменение потока отказов транспортных средств в целом, их узлов и отдельных агрегатов на протяжении года. Было обосновано утверждение о том, что для основных узлов и агрегатов транспортного средства существует существенное сезонное изменение потока отказов (рис. 3).

Модели изменения потоков отказов для элементов автомобиля рационально выразить описанной ниже формулой:

- для двигателей автомобилей:

б)

а - двигателей; б - рулевых управлений Рисунок 3. Изменение по времени параметра потока отказов элементов автомобилей КамАЗ-5320

90 ТЯАШРОЯТ ВШШЕВВ Ш ЯШВТА | №3 2016 |

w, = 0,054 +15,5 • cos(30 • (Г -11,3)) + 0,011- cos(30 • (2 • T -11,8))

(6)

- для раздаточных коробок автомобилей

wPK = 0,042 + 0,02 • cos(30 • (Т -11,5)) + 0,021- cos(30 • (2 • Т - 9,7)) + 0,016 • cos(30 • (4 • Т - 8,8))

На следующем этапе определялись закономерности влияния температуры на параметр потока отказов и разрабатывались математические модели этих закономерностей.

Можно отметить лишь частичное подтверждение выдвинутых в теоретических исследованиях гипотез. В частности, делалось предположение, что влияние температуры может быть описано квадратичной моделью. В результате анализа можно сделать вывод о том, что для двигателя и автомобиля в целом эта модель адекватна, но для раздаточной КПП и ведущих мостов оптимальную аппроксимацию обеспечивает экспоненциальная модель

Температура не оказывает существенное влияние на поток отказов остальных узлов и агрегатов автомобиля. В соответствии с работами [7, 2], для КПП основными факторами являются доля дней с осадками;

для рулевого управления - коэффициент сопротивления качению;

для прочих отказов - показатель влажности атмосферы (воздуха);

Таким образом, проведенные в данной главе экспериментальные исследования позволяют констатировать подтверждение гипотез о виде математических моделей, разработанных ранее. Основываясь на данных эксперимента, были выведены численные значения параметров данных моделей.

Полученные результаты исследования могут быть направлены на выявление сезонных изменений в надежности автомобилей. Эти изменения должны учитываться при корректировании нормативов для планирования сроков и объемов технического обслуживания подвижного состава.

Литература:

1. Бакуревич Ю.Л., Толкачев С.С., Шевелев Ф.Н. Эксплуатация автомобилей на Севере. - М.: Транспорт, 1973. - 180 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Быков Д.С. Моделирование потока отказов специальных автомобилей с учетом сезонной вариации интенсивности и условий эксплуатации: Дис. ... канд. техн. наук. - Тюмень, 2006. - 165 с.

3. Захаров Н.С. Влияние сезонных условий на процессы изменения качества автомобилей. Дисс. д-ра техн. н - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 510 с.

4. Ишков А. М. Математическая ритмология в работоспособности техники на Севере. / А. М. Ишков - Якутск: Изд-во СО РАН, 2000. - 320 с.

5. Ишков А.М., Кузьминов М.А., Зудов Г.Ю. Теория и практика надежности техники в условиях Севера / Отв. ред. В.П. Ларионов. -Якутск: ЯФ ГУ «Изд-во СО РАН», 2004. - 313 с

6. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1 - 6. Выпуск 24. Якутская АССР. Книга 1 - Л.: Гидромеоиздат. 1989 г. - 608 с.

7. Ракитин А.Н. Влияние сезонных изменений условий и интенсивности эксплуатации на ноток отказов автомобилей: Дис. ... канд. техн. наук. - Тюмень, 2004. - 160 с.

8. Резник Л.Г., Ромалис Г.М., Чарков С.Т. Приспособленность автомобилей к низким температурам воздуха: Учебное пособие. - Тюмень: ТГУ, 1985. - 105 с.

9. Семенов Н.В. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур - Л.: Транспорт, 1993. - 190 с.

10. Официальный сайт акционерной компании "АЛРОСА". URL: http://www.alrosa.ru/corporate-structure/амакинская-грэ/ (дата обращения 07.05.2016)

11. Сайт "Федеральное государственное бюджетное учреждение Якутское Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды". URL: http://ykuthydromet.ru/index.h1:ml (дата обращения 07.05.2016)

12. Сайт ООО "Расписание Погоды" Архив погоды в Якутске. URL http://rp5.ru/Архив_погоды_в_Якутске (дата обращения 07.05.2016)

TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №3 2016 | 91

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.