автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обеспечение эффективности и оптимальной безотказности элементов конструкций сельскохозяйственных машин при статических и переменных нагрузках

На правах рукописи,

Ои-э

Кузьменко Анатолий Владимирович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ПРИ СТАТИЧЕСКИХ И ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону, 2007

003068242

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете на кафедре технической эксплуатации и сервиса автомобилей и оборудования.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Касьянов Валерий Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жаров Виктор Павлович (ДГТУ, г. Ростов-на-Дону) кандидат технических наук, профессор Косилов Олег Николаевич (РГАСХМ, г. Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: ЗАО «Красный Аксай»

(г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится «/2» 2007 г. в /-3 часов на заседании

диссертационного совета К.212.205.01 в государственном образовательном учреждении «Ростовская-на-Дону государственная академия сельскохозяйственного машиностроения» (РГАСХМ ГОУ) по адресу: 344023, г. Ростов-на-Дону, ул. Страны советов, 1, корп. 2, ауд.82.

С диссертацией можно ознакомиться в научном отделе библиотеки государственного образовательного учреждения «Ростовская-на-Дону государственная академия сельскохозяйственного машиностроения», а с авторефератом диссертации - в сети интернет по адресу: http://www.rgashm.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «. ¿Г>> 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета"

кандидат технических наук, профессор С.М. Красноступ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы - повышение надежности сельскохозяйственных машин, простои которых в течение сжатого агротехнического срока не допустимы.

Один из путей решения этой задачи заключается в разработке и использовании аналитических и вероятностно-статистических методов, повышающих точность определения минимального ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин.

Применение более точных и менее трудоемких методов оценки вероятности безотказной работы сельскохозяйственной техники позволит обеспечить снижение трудоемкости получения экспериментальных данных, уменьшить затраты на ремонт и расходы, связанные с простоем машин, и как результат даст возможность сократить себестоимость произведенной продукции. Следовательно, существует необходимость дальнейшего совершенствования методов обеспечения безотказности сельскохозяйственных машин.

Цель исследований - разработка методов обеспечения эффективности и повышения безотказной работы элементов конструкций сельскохозяйственных машин.

Научная новизна:

- разработана модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при динамических нагружениях, позволяющая рассчитать и оптимизировать вероятность безотказной работы элемента конструкции для заданного ресурса;

- предложена модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин, позволяющая на этапе проектирования определить оптимальный вариант изготовления элемента конструкции и сократить затраты на производство и эксплуатацию;

- с использованием теории распределения крайних членов выборки разработаны аналитические методы определения параметров распределения Вей-булла для совокупности конечного объема действующих напряжений, прочности и ресурса;

- для определения параметров нагруженности предложен метод определения параметров распределения действующих напряжений с использованием закона Вейбулла с тремя параметрами (метод зеркального преобразования вариационного ряда).

Практическая значимость:

- на основе моделей разработаны методики и комплекс прикладных программ, необходимых для выполнения оптимизационных расчетов вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- предложенные методики продемонстрированы на примере рамы сцепки СПШ 2 и корпуса подшипника РСМ- 100.70.05.629А. Более высокая точность

предлагаемых методов подтверждена оценками надежности элементов конструкций, полученными традиционными методами;

- установлена зависимость использования параметра сдвига трехпарамет-рического закона Вейбулла вместо первого значения вариационного ряда (крайнего члена выборки);

- установлены характерные особенности определения действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин: для культи-ваторной сцепки обосновано псевдостатическое нагружение, а для корпуса подшипника - переменное нагружение, наиболее точно описываемые законом Вейбулла с тремя параметрами или распределением Фишера-Типпета;

- предложен вариант замены реального распределения амплитуд напряжений для каждого однотипного элемента конструкции сельскохозяйственной машины, одним средневзвешенным значением, что позволит значительно уменьшить размах действующих напряжений и сделать более точную оценку ресурса элементов конструкций;

- проведен анализ выборочных параметров закона Вейбулла для совокупностей различного объема Н;=102 - 105 машин;

- выполнено вероятностное исследование потока отказов машины, позволяющее определить на начальных этапах проектирования оптимальный срок ее эксплуатации.

Реализация результатов исследований. Методика обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного ресурса корпуса подшипника внедрена в ОАО «Аксайкардандеталь». Методика обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки внедрена в ЗАО «Красный Аксай».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в Ростовском государственном строительном университете в 2003 - 2006 гг.; на четвертом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике, на объединенном научном семинаре по средствам механизации сельского хозяйства РГАСХМ (г. Ростов-на-Дону, 2007).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, включающего 32 таблицы, 94 рисунка, список используемой литературы из 149 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена оценка современного состояния решаемой проблемы и ее актуальность. Приведены основные научные положения, составляющие предмет диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ литературных источников по теме исследования.

При анализе методов обеспечения надежной работы машины, источников повышения ее ресурса использованы работы отечественных и зарубежных ученых посвященные данной области: B.C. Антошкевича, А.И. Аристова, Д.М. Беленького, И.А. Биргера, Б.В. Бойцова, В.В. Болотина, Н.Г. Бруевича, Б.В. Гнеденко, JI.M. Грошева, С.С. Дмитриченко, В.П. Жарова, О.Н. Косилова, В.Е. Касьянова, В.П. Когаева, Д. Ллойда, М.П. Марковца, A.A. Полушкина, В.В. Радина, C.B. Серенсена, В.И. Труфякова, Б.Ф. Хазова и др.

Проведенный анализ показал, что одним из способов обеспечения надежной, конкурентоспособной машины является оптимизация ресурса и вероятности безотказной работы элементов конструкций и машины в целом.

В связи с вышеизложенным сформулированы задачи исследований:

- разработать модели с использованием вероятностно-статистических методов для обеспечения эффективности, оптимизации вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- на основе моделей установить закономерности изменения параметров нагруженности, прочности и ресурса, опасное сечение с помощью метода конечных элементов, моделировать ресурс и вероятность отказа по параметрам прочности и нагруженности, аналитически переходить от выборочных значений параметров распределения Вейбулла к значениям совокупности конечного объема;

- предложить методы аналитического определения распределения совокупности конечного объема по выборке (прочность, нагруженность, ресурс); установить характерные особенности нагружения элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- разработать методики, комплекс алгоритмов и прикладных программ для оценки эффективности и безотказной работы сельхозмашин;

- произвести оценку предлагаемых методов на примере конкретных сельскохозяйственных машин.

Во впгорой главе диссертации приводится описание разработанных моделей обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин.

Разработанная модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин позволяет производить расчет и оптимизацию вероятности безотказной работы элементов конструкций сельскохозяйственных машин; для полного учета всех членов совокупности осуществлять переход от выборочных значений к значениям совокупности конечного объема; осуществлять моделирование выборок прочности и нагруженности из совокупности конечного объема для последующего определения распределения сдвигов совокупности; сократить срок выполнения расчетов.

Из блок-схемы модели (рис. 1) и обозначений к ней видно, что она состоит из 4 основных блоков: I - параметров, связанных с прочностью материала и

элемента конструкции; II - параметров, связанных с нагруженностью элемента конструкции; III - расчет вероятности отказа и безотказной работы; IV - оптимизационный блок.

Блок I включает - определение параметров выборочного распределения трехпараметрического закона Вейбулла предела прочности и текучести с последующим переходом к параметрам совокупности конечного объема и формированием распределения сдвигов совокупностей.

Во II блоке произво-] дится определение дейст-| вующих напряжений в опасном сечении элемента конст--1 рукции с помощью метода I конечных элементов; пара-I метров распределения закона I Фишера-Типпета для дейст-| вующих напряжений; пере-| ход от выборочных парамет-| ров распределения к пара] метрам распределения сово-| купности конечного объема; | формирование распределения | сдвигов совокупностей. 1 Блок III - предусматри-| вается определение вероятно-| сти отказа и безотказной ра-| боты по экстремальным зна-| чениям распределения сдви-| гов совокупностей прочно-I сти и нагруженности. I Блок IV - нахождение

I минимальной себестоимости I элемента конструкции и оп-I ределение оптимального зна-I чения вероятности безотказ-I ной работы.

| На основе разработан-

| ной модели предложен алго-1 ритм определения оптималь-Рис. 1. Модель обеспечения эффективности ной вероятности безотказной и оптимальной безотказности при статиче- работы по экстремальным ском нагружении элементов конструкций значениям прочности и на-

сельхозмашин груженности.

Модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при

1 V Г"

>

Ч' ^ \

ц 3,Р Тр п«х

III

Г"

■>1 I

-Е

ЗСв мод ^Св мод сСв мод

с.»

А ™

"в мод «од

С, „„д"

мргеу —ЧГ~

мод> Ск

Ьв МОД5

~>Г

А„с"°, В," С,с"°

Мргсу

ав, Ь„ с,

>ыб

ЗСт мод

Ьг С иСт мод

сСт мод

-ЧГ

С КО I > С КО

С КО

Ат моа ВТ мод

СТ„0дС" ф-

м

1 ргсу

М/

Эт мод* Ьт мод,

с,™

Атск°, Вт'

м

""ргсу

а,, Ьт,

ф—•-

II

нв

О, у

V "

« <

«Са мод Ьса мод ^Са мод

с ко

^ а мод

С с

^-а мод

ско

ЗЕ

м,„ "Ж"

Ж

м,

иод1 м( ^а мод

А,ско, В,с С,"0

м,„

м,

»■ ь„ с,

а,""6

мкэ V

----- L. -- -----

Р„л„

Уопт -> Ц»

C„,i„

-> ТРид

ш, т2

динамических нагружениях предусматривает возможность расчета и оптимизации гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций; использования метода конечных элементов при определении напряженно-деформированного состояния элементов конструкций машин вместо экспериментального метода (тензо-метрирования); перехода от выборочных значений действующих напряжений к значениям совокупности; сокращения трудоемкости выполнения расчетов и уменьшения объема необходимой исходной информации.

Блок-схема модели представлена на рис. 2, она состоит из 5 основных блоков: I — параметров, связанных с прочностью материала и элемента конструкции; II - параметров, связанных с нагруженно-стыо элемента конструкции; III - параметров усталостной кривой; IV -расчет гамма-процентного ресурса совокупности элементов конструкций; V -оптимизационный блок.

Данная модель дает возможность определения оптимального значения ВБР элемента конструкции путем минимизации удельных суммарных затрат на ее приобретение и эксплуатацию.

На основе предложенной модели разрабо-

^ГГГТ

а-1<>/ -W

АД БД С'

а', Ь\ с'

II

1— гг—

И

и m

АЛ

ма

Ж

к,,

нв

Ж

Р, £а И др.

МКЭ

Рис. 2. Модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций при динамических нагружениях

тан алгоритм обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин.

В разработанных алгоритмах используется аналитический переход от выборочных параметров к параметрам совокупности конечного объема.

Для осуществления перехода от сдвига выборочных распределений к параметру сдвига совокупности конечного объема для нагруженности, прочности и ресурса предложены аналитические методы, предусматривающие на предварительном этапе определение параметров закона распределения крайних членов выборки.

Согласно теории крайних членов, закон распределения максимальных членов выборки или приближенно сдвигов выборочных распределений выражается равенством

^(х)=Р(м„<х)=И*)]". (1)

Решение данной задачи предусматривает выполнение следующего условия: сдвиг выборочного распределения равен математическому ожиданию распределения крайних членов выборки или приближенно сдвигов выборочных распределений (ц=с).

Учитывая вышеизложенное условие, по известным параметрам выборки и распределению крайних членов находим параметры распределения совокупности конечного объема из системы уравнений

Сс=И + АсКв- Ас= С-м. (2)

Аналогичным способом, учитывая, что закон распределения минимальных членов выборки или приближенно сдвигов выборочных распределений выражается равенством .РО) = />(£„ <х) = 1-[1-Р(х)]", получаем параметры сдвига Сс, формы Вс и масштаба Ас распределения Вейбулла для совокупности конечного объема

п . „ _к«с _ У» - сх . А ^ ~с (-3ч

Для определения совокупности конечного объема для правой ветви вероятностного распределения действующих напряжений предложен метод зеркального преобразования вариационного ряда, подтвержденный аналитическим путем.

Сущность метода заключается в получении зеркального отображения вариационного ряда. Данная операция выполняется для того, чтобы в дальнейшем можно было осуществить переход от выборочных значений параметров распределения к значениям совокупности, так как существует ряд методов перехода от выборки к совокупности для левой ветви.

В третьей главе диссертации проводится расчетно-экспериментальное определение параметров прочности, нагруженности и ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин.

Произведя анализ технологических процессов культивации и скашивания тонкостебельных культур, а также осциллограмм напряжений элементов конструкций при данных технологических операциях, обосновали, что для культи-ваторной сцепки характерно псевдостатическое нагружение, а для корпуса подшипника - переменное нагружение.

Установлено, что для описания опытных данных по нагруженности элементов конструкции сельскохозяйственных машин целесообразно применять распределение Фишера-Типпета (распределение максимальных значений), а по прочности и ресурсу - распределение Вейбулла с тремя параметрами.

Совершенствование методов расчета усталостного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин привело к использованию вероятностно-статистических методов, в частности метода Монте-Карло, который предусматривает моделирование различных параметров нагруженности и несущей способности, входящих в формулу накопления усталостных повреждений Веллера-Серенсена-Когаева

Т,

-1д,

1, 2, ... , п. (4)

3600/;

Распределение предела выносливости находят аппроксимацией экспериментальных данных, определенных по выборке из п элементов конструкций. Функцию распределения действующих напряжений при этом получают обработкой осциллограммы, обычно снятой с одного элемента конструкции, т.е. определяют распределение напряжения по времени для одного элемента конструкции, а не по выборке элементов конструкций, что нарушает равные условия для параметров, и такое моделирование ресурса по формуле Веллера-Серенсена-Когаева некорректно.

Предложена замена реального распределения амплитуд напряжений для каждого однотипного элемента конструкции сельскохозяйственной машины одним средневзвешенным значением (рис. 3), что позволит значительно уменьшить размах действующих напряжений и сделать более точную оценку ресурса элементов конструкций

А-

Рис. 3. Плотности распределения амплитуд напряжений для однотипных элементов конструкций /(сГа) И ПЛОТНОСТЬ распределения средневзвешенных напряжений /((Усе)

В соответствии с теорией крайних членов выборки следует использовать первый член выборочного вариационного ряда Х|. Поэтому представляет определенный интерес сопоставление выборочных сдвигов С с крайними членами выборок НВ| и Трь

Данное сопоставление произведено по разработанному алгоритму (рис. 4), построен график зависимости расхождения между С и НВЬ С и Тр( в зависимости от размаха Я (рис. 5).

1 Исходные данные: "N„0, п, т, Аск0, Вск0, С„„

2 Моделирование Мск0 значений равномерно распределенной случайной величины Р на интервале (0; I)

3 Формирование выборки р;, ;'=/, .... я

4 НВ> = Снп +Ат"'л1-Н1-Ю • 1 = 1.....п

5 ;=/,..., и

6 Определение параметров и НВ(, ^ и Тр,

*

7 Сравнение параметров С^ и НВЬ О, и Трь

Рис. 4. Алгоритм расчета параметра сдвига С и минимальных значений выборок НВ|, Тр)

по вероятностным

Рис. 5. Кривые расхождения между С и НВЬ а также между С и Тр, в зависимости от размаха И.

Таким образом, величина расхождения 5 составляет: при размахе усталостного ресурса Я>=50 5=12...17 % и при 11=100 5=18...23 % (рис. 5). Для характеристик прочности и износового ресурса 5=0,05...0,15 % и 5=1,5...2,2 %, что при инженерных расчетах может не учитываться.

Создание сельскохозяйственных машин высокой надежности требует исследования потока ее отказов, который распределениям ресурса элементов конст-

формируется рукций.

Вероятностное исследование потока отказов машины выполнено с учетом ряда условий:

1. Ресурс каждого элемента конструкции описывается законом Вейбулла с тремя параметрами.

2. Минимальный ресурс каждого элемента конструкции равен заданному ресурсу машины.

3. Все элементы конструкций машины разделены на пять групп с различными размахами ресурса (11=5; 10; 20; 50 и 100).

4. Доли групп элементов конструкций /,- составили: 10; 20; 30; 20 и 20%.

5. Количество элементов конструкций в машине принято: Л^=102; 103; :103; 104 и 2х 104.

6. Заданный ресурс машины равен 10000 часов.

Получены результаты расчета в виде плотности распределения ресурса пяти групп элементов конструкций (а, Ь, с, с1, е) (рис. 6), а также распределение числа отказов для машины (рис. 7) при числе элементов конструкций в машине N¿=100; 1000; 5000; 10000; 20000.

Кривая плотности распределения числа отказов машины характерна асимметрией и почти вертикальной левой ветвью этой кривой.

Рис. 6. Плотности распределения ре- Рис. 7. Плотность распределения ресурса групп элементов конструкций сурса машины

Кроме того, это свидетельствует о том, что с момента времени 10000 часов проявит себя «дождь» отказов, достигнув максимальной величины У(Трм) к 24000 часов.

Такой быстрый рост числа отказов указывает на то, что эксплуатацию машин надо прекратить по экономическим соображениям уже к 11-15 тыс.ч, однако более точное значение ресурса до списания машины возможно определить только с помощью технико-экономического расчета.

Таким образом, располагая плотностями распределения ресурса элементов конструкций, сконцентрированными в несколько групп в зависимости от величины относительного размаха ресурса, можно на начальных этапах проектирования сельскохозяйственной машины рассчитать ее поток отказов.

В четвертой главе диссертации представлены методики обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки и определения оптимального гамма-процентного ресурса корпуса подшипника.

По разработанной методике произведен расчет гамма-процентного ресурса и оптимизация значений вероятности безотказной работы корпуса подшипника РСМ- 100.70.05.629А, входящего в состав режущей части жатки для уборки трав, отказавшего в результате усталостного разрушения. Для определения вероятностно-статистических прочностных характеристик корпуса подшипника (табл.1), изготовленного из стали 35, в месте разрушения (излома) (рис. 8) произведено измерение твердости стали на прессе Роквелла.

Места измерения твердости

Место излома

Рис. 8. Определение твердости в опасном сечении

С помощью известных корреляционных зависимостей осуществлен переход от твердости к пределу выносливости для последующего расчета усталостного ресурса.

Таблица 1 Действующие напряже-

Вероятностно-статистические прочностные ния в опасном сечении корпуса характеристики корпуса подшипника (сталь 35) подшипника определены с

помощью программного комплекса ANS YS, в основу которого положен метод конечных элементов, при рабочих нагрузках 300 - 400 кгс.

В результате обобщения данных по нагруженности корпуса подшипника (материалы полевых испытаний и результаты исследований) построены кривые вероятностного распределения средневзвешенного напряжения корпуса (рис.9).

Согласно разработанной методике для получения выборки значений ресурса, необходимо иметь набор значений cr_w, и схса, подчиняющихся какому-либо закону распределения и определенных случайным образом. Для нахождения таких случайных значений использован метод статистического моделирования (метод Монте-Карло).

Место измерения твердости п R а b с ш2

Лицевая сторона 50 1,06 1,75 1,22 92,65 1,01

Лицевая сторона 43 1,08 1,55 1,15 93,82 1,08

Обратная сторона 30 1,05 3,64 5,91 92,76 0,85

30 40 50 60 кгс/мм

Рис. 9. Кривые вероятностного распределения средневзвешенного напряжения корпуса

Так как предел выносливости подчиняется трехпараметрическому закону Вейбулла, то для получения статистического ряда значений используется выражение =с + йг[-1п(1-/<].)]4, 1=1,2,..., п. Для средневзвешенных напряжений

асш =с~а\г )]* > 1=1,2,..., п.

Подставив ранее полученные значения прочности и нагруженности в мо-

„

дернизированную расчетную формулу усталостного процесса 1р, - ,

]сгсв13600

определяем ряд значений выборочного ресурса корпуса подшипника и его параметры распределения (табл. 2). С помощью разработанного аналитического метода осуществлен переход от выборочных параметров к параметрам совокупности конечного объема (табл. 3).

Таблица 2 Параметры распределения выборочного ресурса корпуса подшипника

Таблица 3

Параметры распределения ресурса совокупности Мс=104 деталей

п а Ь с со1

30 34023,08 0,93 5162,37 0,58

п Ас Вс Сс

30 12420 0,425 5143,24

Рассчитан гамма-процентный ресурс совокупности с различными значениями у(0,9...0,94) ,1

Трг=Сс+Ас[-Чг)}к. (5)

Полученные значения аппроксимированы полиномом третей степени:

(6)

Р = - ОДЮОЗТр3 + 0,0012Тр2 + 0,0112Тр + 0,9493.

По данным ОАО «Аксайкардандеталь» заданный ресурс корпуса подшипника равен 6000 ч. Таким образом, произведя расчет по формуле (6) для заданного ресурса, получим вероятность безотказной работы Р = 0,998, т.е. предполагается 2 отказа на 1000 деталей совокупности конечного объема Ыс = 104.

Выполненные расчеты показали, что предлагаемая методика дает другое значение вероятности безотказной работы Р=0,998 по сравнению с заводскими данными Р=0,980.

Определены значения вероятности безотказной работы и стоимость корпуса подшипника, изготовленного из сталей 25, 30, 40, также рассчитаны затраты, связанные с отказами у'-го корпуса, и суммарные затраты на создание и эксплуатацию (рис. 10).

Минимальное значение затрат соответствует вероятности безотказной работы Р(Тр) = 0,998, следовательно, оптимальным вариантом является

изготовление корпуса подшипника из стали 35.

Решением следующей задачи предусматривалось выполнение статического расчета рамы прицепной широкозахватной сцепки СПШ 2. Определена оптимальная вероятность безотказной работы конструкции, предложен вариант изготовления сцепки, позволяющий снизить затраты при производстве и получить определенный экономический эффект.

з, руб.

800

Зт;„-

700

600

500

400

300

200

100

О

........—г.....--......... .......-...........,

т в_____ Т '

' : / ;

3, ■ зс, ------ ------------------- -- ------

Зз, - :....................; .....-

' 1 Н---1_

0,96

0,99

Рис. 10. Зависимость суммарных затрат 3,, затрат на создание Зу и затрат, связанных с отказами у'-го корпуса подшипника Зэу, от вероятности безотказной работы

Определены прочностные характеристики рамы, изготовленной из стали 18ЮТ с размером профиля 140x140x6 мм, получены вероятностно-

Минимальное значение затрат соответствует вероятности безотказной работы Р=0,999, следовательно, оптимальным вариантом является изготовление рамы из стали СтЗ и профиля 100,1 х 100,1 хб.

Однако, учитывая небольшое расхождение суммарных затрат 3, (менее 30 р.), можно изготовить раму сцепки го стали СтЗ и профиля 100x100x6, что не потребует переоборудования производства выпуска тестированных профилей и практически не изменит оптимальное значение вероятности безотказной работы.

В результате использования предложенной методики расчета годовой экономический эффект от оптимизации вероятности безотказной работы рамы составит 47246 р. на годовую программу выпуска сцепок 100 шт.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена для стадии проектирования модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин, позволяющая сократить затраты на производство, уменьшить металлоемкость конструкции и получить определенный экономический эффект.

2. Разработана модель обеспечения эффективности и определения оптимального. гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при динамических нагрузках. Данная модель дает возможность как на этапе проектирования, так и при доводке уже существующих элементов конструкций производить расчет и оптимизацию ресурса за счет сокращения удельных суммарных затрат на производство и эксплуатацию.

3. Предложен ряд методов, позволяющих осуществлять переход от выборочных параметров масштаба, формы и сдвига распределения Вейбулла к параметрам совокупности прочности, нагруженности и ресурса:

- метод определения распределения совокупности конечного объема по выборке;

- метод определения параметров распределения действующих напряжений с использованием закона Вейбулла с тремя параметрами (метод зеркального преобразования вариационного ряда);

- аналитический метод определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений в элементах конструкций машин.

4. Установлена закономерность использования параметра сдвига трехпарамет-рического закона Вейбулла вместо первого значения вариационного ряда (крайнего члена выборки). Величина расхождения 5 составляет: при размахе усталостного ресурса 11>=50 8=12...17 % и при 11=100 5=18...23 %. Для характеристик прочности и износового ресурса 5=0,05...0,15 % и 5= 1,5...2,2 %, что при инженерных расчетах может не учитываться.

5. Установлены характерные особенности определения действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин: для культи-

ваторной сцепки обосновано псевдостатическое нагружение, а для корпуса подшипника - переменное нагружение, наиболее точно описываемые законом Вейбулла с тремя параметрами или распределением Фишера-Типпета.

6. Предложен вариант замены реального распределения амплитуд напряжений, для каждого однотипного элемента конструкции сельскохозяйственной машины, одним средневзвешенным значением (статистическим распределением действующих напряжений), что позволит значительно уменьшить размах действующих напряжений и сделать более точную оценку ресурса элементов конструкций.

7. Выполнено вероятностное исследование потока отказов машины и установлено, что, располагая плотностями распределения ресурса элементов конструкций, сконцентрированными в несколько групп в зависимости от величины относительного размаха ресурса, можно на начальных этапах проектирования машины рассчитать ее поток отказов.

8. По разработанной методике обеспечения эффективности и определения оптимального усталостного ресурса выполнен расчет гамма-процентного ресурса корпуса подшипника PCM - 100.70.05.629А для вероятностей Р = 0,9; 0,99; 0,999; 0,9999, а также совокупности Nc=104 деталей для тех же значений Р. Для разных вариантов определены прочностные характеристики деталей, изготовленных из сталей 25, 30, 35, 40, и рассчитаны действующие напряжения в их опасном сечении. Оптимальным материалом для изготовления корпуса подшипника выбрана сталь 35, так как минимальное значение затрат при заданном ресурсе 6000 часов соответствует вероятности безотказной работы 0,998.

9. Разработана методика обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки, нагруженной статической силой. По данной методике произведен вероятностно-статистический расчет рамы прицепной широкозахватной сцепки СПЩ 2 и определены значения вероятности безотказной работы для разных вариантов изготовления. Минимальные удельные затраты на производство и эксплуатацию соответствуют вероятности безотказной работы Р = 0,994, оптимальным вариантом является изготовление рамы сцепки из стали СтЗ с размером профиля 100 х 100x6 мм.

10.В результате использования предложенной методики расчета годовой экономический эффект от оптимизации вероятности безотказной работы рамы составит 47246 р. на годовую программу выпуска сцепок 100 шт.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих статьях:

1. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Дудникова В.В. Определение средневзвешенных напряжений в деталях машин при переменных напряжениях / Рост. гос. строит, ун-т, 2003. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.05.03. № 910.

2. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Прянишникова Л.И., Дудникова В.В. Определение параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объ-

ема по выборке прочностных характеристик сталей / Рост. гос. строит, ун-т, 2004. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 3.03.04. № 389.

3. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Определение плотности распределения отказов для машины / Рост. гос. строит, ун-т, 2003. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 8.04.04. № 585.

4. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Прянишникова Л.И., Дудникова В.В., Прянишников В.В. Метод определения распределения совокупности конечного объема по выборке // Тезисы докладов VI Всерос. симп. по прикладной и промышленной математике. - Петрозаводск, 2004. - Вып. 2. - Т. 11. С. 238-239.

5. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Кладенок Л.А., Голен-ко М.В. Анализ выборочных параметров закона Вейбулла для совокупностей различного объема машин / Рост. гос. строит, ун-т, 2005. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ 11.03.05. № 333.

6. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Анализ минимальных прочности и ресурса деталей машин / Рост. гос. строит, ун-т, 2005. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ

30.05.05. № 766.

7. Кузьменко A.B. Определение гамма-процентных ресурсов деталей сельскохозяйственных машин / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ

13.02.06. № 148.

8. Кузьменко A.B. О сравнении параметров сдвига закона Вейбулла и минимального выборочного значения прочности и ресурса деталей машин // Известия РГСУ. - 2006.-№10. С. 389.

9. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Ямоков С.Г., Платонов Д.Е. Определение параметров распределения действующих напряжений с использованием закона Вейбулла с тремя параметрами / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 3.05.06. №581.

10. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Определение запаса статической прочности в опасных сечениях прицепной широкозахватной сцепки СПШ 2/ Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 14 с. - Деп. в ВИНИТИ 23.05.06. № 686.

11. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Ямоков С.Г. Аналитический метод определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений в деталях машин / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 19 с. - Деп в ВИНИТИ 23.05.06. № 687.

12. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Оптимизация вероятности безотказной работы рамы культиваторной широкозахватной сцепки СПШ 2/ Рост. гос. строит, ун-т, 2006,- 12 с.-Деп в ВИНИТИ 13.10.06. № 1237.

13. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Модель определения оптимальной вероятности безотказной работы при статическом нагружении металлоконструкции сельхозмашин / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. — 13 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.11.06. № 1466.

14. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е. Модель определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса деталей / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 12 с. -Деп. в ВИНИТИ 28.11.06. № 1465.

15. Кузьменко A.B., Касьянов В.Е., Ямоков С.Г. Анализ параметров распределения совокупности действующих на деталь напряжений, полученных аналитическим методом и методом преобразования выборочного вариационного ряда / Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - 10 с. - Деп в ВИНИТИ 28.11.06. № 1467.

16.Кузьменко A.B. Метод определения вероятности отказа при статическом на-гружении рамы сцепки СПШ 2 // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Приложение. 2006. № 4.

Подписано в печать 20.03.07. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ 97.

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ методов обеспечения надежной работы машины.

1.2. Специфика нагружения сельскохозяйственных машин.

1.3. Использование метода конечных элементов при анализе напряженно-деформированного состояния элементов конструкций машин.

1.4. Анализ методов определения минимальной прочности.

1.5. Анализ использования запаса прочности.

1.6. Выводы, цель и задачи исследования.

2. МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИИ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ И ГАММА-ПРОЦЕНТНОГО РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН.

2.1. Модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин.

2.2. Модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при динамических нагружениях.

2.3. Метод определения распределения совокупности конечного объема по выборке.

2.4. Метод определения параметров распределения действующих напряжений с использование закона Вейбулла с тремя параметрами (метод зеркального преобразования вариационного ряда).

2.5. Аналитический метод определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений в элементах конструкций машин.

2.6. Алгоритм обеспечения эффективности и определения оптимальной вероятности безотказной работы по экстремальным значениям прочности и нагруженности.

2.7. Алгоритм обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций.

2.8. Выводы.

3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ, НАГРУЖЕННОСТИ И РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН.

3.1. Анализ минимальных прочности и ресурса элементов конструкций машин.

3.2. Определение действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин

3.2.1. Характерные особенности определения действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин.

3.2.2. Определение средневзвешенных напряжений в элементах конструкций машин при переменных нагрузках.

3.3. Расчетный метод определения действующих напряжений с помощью МКЭ.

3.3.1. Расчет напряженно-деформированного состояния с помощью расчетного комплекса SCAD.

3.3.2. Расчет напряженно-деформированного состояния с помощью расчетного комплекса ANSYS.

3.4. Анализ выборочных параметров закона Вейбулла для совокупностей различного объема машин.

3.5. Определение плотности распределения отказов для машины.

3.6. Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. 116 4.1. Оптимизация вероятности безотказной работы сцепки при статических нагрузках.

4.1.1. Методика обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки.

4.1.2. Статический расчет рамы прицепной широкозахватной сцепки СПШ 2.

4.1.3. Оптимизация значений вероятности безотказной работы рамы сцепки.

4.1.4. Определение экономического эффекта от оптимизации вероятности безотказной работы рамы сцепки.

4.2. Обеспечение гамма-процентного усталостного ресурса корпуса подшипника.

4.2.1. Методика обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного ресурса корпуса подшипника.

4.2.2. Расчет гамма-процентного усталостного ресурса корпуса подшипника.

4.2.3. Оптимизация значений вероятности безотказной работы корпуса подшипника.

4.3. Выводы.

Проблема повышения эффективности сельскохозяйственного производства неотделима от темпов обновления сельскохозяйственной техники. Известно, что ряд сельскохозяйственных машин и оборудования в процессе работы имеют частые отказы и подвергаются быстрому износу. Очевидно, что такого рода события приводят не только к снижению производительности этих машин, но и к увеличению затрат труда и средств на их ремонты и техническое обслуживание, к повышению расходов топлива и горюче-смазочных материалов. Затраты средств, при этом, на поддержание работоспособности отдельных машин и их ремонты, нередко настолько значительны, что замена на новые экономически оказывается вполне оправданной [78]. Для сельского хозяйства весьма важной является задача определения оптимальных сроков использования машин. Оптимальность в данном случае означает экономически наиболее выгодный период эксплуатации и замены сельскохозяйственной техники.

Обеспечение эффективности и безотказной работы сельскохозяйственной техники ведет к сокращению затрат на ремонт и техническое обслуживание, затрат связанных с простоем техники и других расходов, уменьшается потребность в запасных частях. И как результат дает возможность сократить себестоимость произведенной продукции и увеличить прибыль.

Значительные экспериментальные и теоретические работы по разработке методов обеспечения безотказной работы машины выполнили Беленький Д.М., Биргер И.А., Бойцов Б.В., Болотин В.В., Далальянц А.Г., Дмитриченко С.С., Жаров В.П., Когаев В.П., Коновалов JI.B., Коршунов А.И., Косилов О.Н., Кузьменко В.А., Марковец М.П., Полушкин А.А., Радин В.В., Серенсен С.В., Степнов М.Н., Трощенко В.Т., Труфяков В.И., Хозяев И.А. и другие.

Вместе с тем, как показал анализ проведенных исследований, существует необходимость дальнейшего совершенствования методов обеспечения безотказной работы машин, так как в перечисленных методах не учитываются особенности имеющие место при совокупности конечного объема, приводящие к завышению полученных данных.

Целью данной работы является разработка методов обеспечения эффективности и повышения безотказной работы элементов конструкций сельскохозяйственных машин. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать модели с использованием вероятностно-статистических методов для обеспечения эффективности, оптимизации вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- на основе моделей установить закономерности изменения параметров нагруженности, прочности и ресурса, опасное сечение с помощью метода конечных элементов, моделировать ресурс и вероятность отказа по параметрам прочности и нагруженности, аналитически переходить от выборочных значений параметров распределения Вейбулла к значениям совокупности конечного объема;

- предложить методы аналитического определения распределения совокупности конечного объема по выборке (прочность, нагруженность, ресурс); установить характерные особенности нагружения элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- разработать методики, комплекс алгоритмов и прикладных программ для оценки эффективности и безотказной работы сельхозмашин;

- произвести оценку предлагаемых методов на примере конкретных сельскохозяйственных машин.

В первой главе проводится анализ методов расчета статической прочности и методов определения усталостного ресурса, а также различных подходов к определению параметров прочности и нагруженности элементов конструкций машин.

Вторая глава посвящена описанию разработанных моделей обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкции сельскохозяйственных машин. Произведено описание разработанных методов аналитического определения распределения совокупности конечного объема по выборке (прочность, нагруженность, ресурс). Также рассматриваются составленные на основе данных моделей алгоритмы.

В третьей главе проанализирована возможность использовании параметра сдвига трехпараметрического закона Вейбулла вместо первого значения вариационного ряда (крайнего члена выборки). Также возможность использования метода конечных элементов при определении напряженно-деформированного состояния в опасном сечении элемента конструкции. Установлены характерные особенности определения действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин. Предложен вариант замены реального распределения амплитуд напряжений, для каждого однотипного элемента конструкции, одним средневзвешенным значением. Проведен анализ выборочных параметров закона Вейбулла для

О ^ совокупностей различного объема Nc=10 - 10 машин. Выполнено вероятностное исследование потока отказов машины.

В четвертой главе представлены методики обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы рамы сцепки и определения оптимального гамма-процентного ресурса корпуса подшипника. Произведен расчет гамма-процентного ресурса и оптимизация значений вероятности безотказной работы, корпуса подшипника PCM - 100.70.05.629А. Также выполнен статический расчет рамы прицепной широкозахватной сцепки СПШ 2 в опасных сечениях. Определена оптимальная вероятность безотказной работы конструкции, предложен вариант изготовления рамы сцепки позволяющий снизить затраты при производстве и получить определенный экономический эффект.

В заключении сделаны выводы о проделанной работе.

Научная новизна выполненной работы состоит в следующем:

- разработана модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при динамических нагружениях, позволяющая рассчитать и оптимизировать вероятность безотказной работы элемента конструкции для заданного ресурса;

- предложена модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин, позволяющая на этапе проектирования определить оптимальный вариант изготовления элемента конструкции и сократить затраты на производство и эксплуатацию;

- с использованием теории распределения крайних членов выборки разработаны аналитические методы определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений, прочности и ресурса;

- для определения параметров нагруженности предложен метод определения параметров распределения действующих напряжений с использование закона Вейбулла с тремя параметрами (метод зеркального преобразования вариационного ряда).

Практическая значимость выполненных аналитических и экспериментальных исследований заключается в следующем:

- на основе моделей разработаны методики и комплекс прикладных программ, необходимых для выполнения оптимизационных расчетов вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса элементов конструкций сельскохозяйственных машин;

- предложенные методики продемонстрированы на примере рамы г' сцепки СПШ 2 и корпуса подшипника PCM - 100.70.05.629А. Более высокая точность предлагаемых методов подтверждена оценками надежности элементов конструкций, полученными традиционными методами.

- установлена зависимость использования параметра сдвига трехпараметрического закона Вейбулла, вместо первого значения вариационного ряда (крайнего члена выборки);

- установлены характерные особенности определения действующих 5 напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин: для культиваторной сцепки обосновано псевдостатическое нагружение, а для корпуса подшипника переменное нагружение, наиболее точно описываемые законом Вейбулла с тремя параметрами или распределением Фишера-Типпета;

- предложен вариант замены реального распределения амплитуд S напряжений, для каждого однотипного элемента конструкции сельскохозяйственной машины, одним средневзвешенным значением, что позволит значительно уменьшить размах действующих напряжений и сделать более точную оценку ресурса элементов конструкции;

- проведен анализ выборочных параметров закона Вейбулла для совокупностей различного объема Nc=102 - 105 машин;

- выполнено вероятностное исследование потока отказов машины, позволяющее определить на начальных этапах проектирования оптимальный срок ее эксплуатации.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в Ростовском государственном строительном университете в 2003 - 2006 гг.; на четвертом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике, на объединенном научном семинаре по средствам механизации сельского хозяйства РГАСХМ (г. Ростов-на-Дону, 2007 г.).

По материалам диссертационной работы опубликовано 16 статей. Методика обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного ресурса корпуса подшипника внедрена в ОАО «Аксайкардандеталь».

Методика обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки внедрена в ЗАО «Красный Аксай».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена для стадии проектирования модель обеспечения эффективности и оптимальной безотказности при статическом нагружении элементов конструкций сельхозмашин, позволяющая сократить затраты на производство, уменьшить металлоемкость конструкции и получить определенный экономический эффект.

2. Разработана модель обеспечения эффективности и определения оптимального гамма-процентного усталостного ресурса элементов конструкций сельхозмашин при динамических нагружениях. Данная модель дает возможность, как на этапе проектирования, так и при доводке уже существующих элементов конструкций производить расчет и оптимизацию ресурса за счет сокращения удельных суммарных затрат на производство и эксплуатацию.

3. Предложен ряд методов позволяющих осуществлять переход от выборочных параметров масштаба, формы и сдвига распределения Вейбулла к параметрам совокупности прочности, нагруженности и ресурса:

- метод определения распределения совокупности конечного объема по выборке;

- метод определения параметров распределения действующих напряжений с использованием закона Вейбулла с тремя параметрами (метод зеркального преобразования вариационного ряда);

- аналитический метод определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений в элементах конструкций машин.

4. Установлена закономерность использования параметра сдвига трехпараметрического закона Вейбулла вместо первого значения вариационного ряда (крайнего члена выборки). Величина расхождения

8 составляет: при размахе усталостного ресурса R>=50, 8=12- 17% и при R=100, 8=18-23%. Для характеристик прочности и износового ресурса 8=0,05-0,15% и 8=1,5 -2,2%, что при инженерных расчетах может не учитываться.

5. Установлены характерные особенности определения действующих напряжений в элементах конструкций сельскохозяйственных машин: для культиваторной сцепки обосновано псевдостатическое нагружение, а для корпуса подшипника переменное нагружение, наиболее точно описываемые законом Вейбулла с тремя параметрами или распределением Фишера-Типпета.

6. Предложен вариант замены реального распределения амплитуд напряжений, для каждого однотипного элемента конструкции сельскохозяйственной машины, одним средневзвешенным значением (статистическим распределением действующих напряжений), что позволит значительно уменьшить размах действующих напряжений и сделать более точную оценку ресурса элементов конструкций.

7. Выполнено вероятностное исследование потока отказов машины и установлено, что, располагая плотностями распределения ресурса элементов конструкций, сконцентрированными в несколько групп в зависимости от величины относительного размаха ресурса, можно на начальных этапах проектирования машины рассчитать ее поток отказов.

8. По разработанной методике обеспечения эффективности и определения оптимального усталостного ресурса выполнен расчет гамма-процентного ресурса корпуса подшипника РСМ -100.70.05.629А для вероятностей Р = 0,9, 0,99, 0,999, 0,9999, а также совокупности Nc=104 деталей для тех же значений Р. Для разных вариантов определены прочностные характеристики деталей изготовленных из сталей 25, 30, 35, 40 и рассчитаны действующие напряжения в их опасном сечении. Оптимальным материалом для изготовления детали выбрана сталь 35, так как минимальное значение затрат при заданном ресурсе 6000 часов соответствует вероятности безотказной работы 0,998.

9. Разработана методика обеспечения эффективности и оптимизации вероятности безотказной работы сцепки, нагруженной статической силой. По данной методике произведен вероятностно-статистический расчет рамы прицепной широкозахватной сцепки СПШ 2 и определены значения вероятности безотказной работы для разных вариантов изготовления. Минимальные удельные затраты на производство и эксплуатацию соответствуют вероятности безотказной работы Р = 0,994, оптимальным вариантом является изготовление рамы сцепки из стали СтЗ и размером профиля 100 х 100x6 мм.

10. В результате использования предложенной методики расчета годовой экономический эффект от оптимизации вероятности безотказной работы рамы составит 47246 руб. на годовую программу выпуска сцепок 100 шт.

1. Александров А.В., Шапошников Н.Н. Об использовании дискретной модели при расчете пластинок с применением ЦВМ. - труды МИИТ. -Вып. 194, 1966.-С. 50-67.

2. Александров А.В., Лащеников Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы. М.: Стройиздат, 1983. - 488 с.

3. Антошкевич B.C. Экономика повышения надежности сельхозмашин / Тракторы и сельхоз машины, 1985. №7. - С. 38-41.

4. Аристов А.И. и др. Ремонтопригодность машин. М.: Машиностроение, 1975. - 368 с.

5. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982.448 с.

6. Беленький Д.М., Касьянов В.Е. Повышение надежности серийных машин путем увеличения ресурсов лимитирующих деталей// Вестник машиностроения. 1980. № 1. С. 12 - 14.

7. Беленький Д.М., Ряднов В.Г. О законе распределения предельных напряжений // Проблемы прочности. 1974. - № 2. - С. 73 - 76.

8. Беленький Д.М., Ханукаев М.Г. Теория надежности машин и металлоконструкций. Ростов н/Д: «Феникс», 2004. - 608 с.

9. Беленький Д.М., Бескопыльный А.Н. Обеспечение высокой надежности деталей строительно-дорожных машин // Строительные и дорожные машины, 1995. №4. - С. 24-27.

10. Береснев О.В., Ксендзов В.Н. Прогнозирование надежности изделий машиностроения при проектировании // Надежность и контроль качества. -1988. №10. - С. 3-11.

11. Бескопыльный А.Н. Метод определения механических свойств и контроля качества конструкционных сталей вдавливанием индентора: Дис. д-ра техн. Наук. Ростов-н/Д, 1997. - 333 с.

12. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иоселевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. -М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

13. Биргер И.А. Принципы построения норм прочности и надежности в машиностроении / Вестник машиностроения, 1988. №7. - С. 3-5.

14. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

15. Бондарович Б. А., Даугелло В. А. Метод статистического моделирования Монте-Карло при расчетах металлических конструкций землеройных машин на прочность.-Строительные и дорожные машины, 1980, №12, С. 20-21.

16. Бойцов В.В., Орлова Т.М., Сигалев В.Ф. Определение закона распределения ресурса деталей машин и механизмов методом статистических испытаний. Вестник машиностроения, 1983. №2, С. 20-22.

17. Бойцов Б.В. Надежность шасси самолета. М.: Машиностроение, 1976. -216 с.

18. Большая советская энциклопедия. Изд. 3-е. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1969-1978.

19. Бруевич Н.Г. Развитие теории надежности / Машиностроение, 1978. -№2.-С. 11-13.

20. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности / Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 542 с.

21. Веремеенко А. А, Дудникова В.В. Определение напряженно-деформированного состояния стойки культиватора АКВ-4. Деп. В ВИНИТИ № 1586 в 2005, 02.12.05.

22. Вернези H.JI. Разработка метода оценки оптимальной безотказности сельскохозяйственных и мелиоративных машин: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону. -1990. - 24 с.

23. Вилипыльд Ю.К., Хархурим И.Я. Расчет упругих систем по методу конечных элементов. -М.: Гипротис, 1969. Вып. 1-108.

24. Галаджев Р.С., Андреев П.А., Борисов B.C., Далальянц А.Г. Анализ нагруженности приводов и рабочих органов. М.: Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1993, № 2 - 30 с.

25. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 428 с.

26. Гличев А.В., Панов В.П. Комплексная экономическая оценка надежности и долговечности изделий. М.: Издательство стандартов, 1970.-215 с.

27. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

28. Гнеденко Б.В. Статистические методы в теории надежности. М.: Знание, 1964.

29. Гнеденко Б.В., Ушаков И.А. О некоторых современных проблемах теории и практики надежности // Вестник машиностроения. 1988. -№12.-С. 3-9.

30. Гнеденко Б.В., Ушаков И.А. Современная теория надежности: состояние, проблемы, перспективы // Надежность и контроль качества. 1989.-№1.-С. 6-22.

31. ГОСТ 11.007 75 Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров распределения Вейбулла. - М.: Изд-во стандартов, 1975.

32. ГОСТ 27.002 83. Надежность в технике. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1983.

33. ГОСТ 23677-79. Твердомеры для металлов. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1986.

34. ГОСТ 1050-88. Сталь качественная и высококачественная. Сортовой и фасонный прокат, калиброванная сталь. М.: Изд-во стандартов, 1996.

35. ГОСТ 30245-94. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1994.

36. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1971.

37. ГОСТ 9012-59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. -М.: Изд-во стандартов, 1993.

38. ГОСТ 25577-83. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1984.

39. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. М.: Изд-во стандартов, 1983.

40. ГОСТ 24026-80. Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1980.

41. ГОСТ 23603-79. Надежность в технике. Статистическая оценка нагруженности машин и механизмов. -М.: Изд-во стандартов, 1979.

42. Грошев J1.M., Дмитриченко Н.Ф., Рыбак Т.И. Надежность сельскохозяйственной техники. Киев: Урожай, 1990. 188 с.

43. Грошев J1.M. Оценка рассеивания характеристик нагруженности сельскохозяйственных машин // Динамика, прочность и надежность сельскохозяйственных машин / РИСХМ. Ростов-на-Дону, 1991. С.44-48.

44. Гудков А.А., Славский Ю.И. Методы измерения твердости металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1982. - 168 с.

45. Далальянц А.Г. Обеспечение надежности сельскохозяйственных машин / РИАТМ. Ростов-на-Дону, 1995. - 85 с.

46. Дмитриченко С.С. Современные методы оценки надежности машин. -М.: Машиностроение, 1986. 56 с.

47. Дружинин Г.В. Распределение показателей надежности по элементам сложной системы с учетом затрат на проектирование, производство иэксплуатацию / Надежность и контроль качества, 1974. №2. - С. 9-12.

48. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М.: Наука, 1975.-472 с.

49. Заренин Ю.Г., Стоянова И.П. Определительные испытания на надежность. -М.: Изд-во стандартов, 1978. 168 с.

50. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике.: пер. с англ. М.: Мир, 1975.-514 с.

51. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация.: пер. с англ.-М.: Мир, 1986.-318 с.

52. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред: пер. с англ. М.: Недра, 1975. - 240 с.

53. Кадидов В.П., Чесноков С.С., Выслоух В.А. Метод конечных элементов в задачах динамики. М.: Изд-во МГУ, 1980. - 165 с.

54. Капур К., Ламберсон JI. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980.- 606 с.

55. Касьянов В.Е. Системное обеспечение надежности машин, применяемых в мелиоративном строительстве: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Ростов-на-Дону. - 1991. - 48 с.

56. Касьянов В.Е., Аннабердиев А.Х.-М. Определение статистического распределения действующих напряжений при нестационарном нагружении деталей одноковшовых экскаваторов. Деп. в ЦНИИТЭСТРОЙМАШ №51сд-85 от 20.04.85.

57. Касьянов В.Е., Топилин И.В. Определение функции распределения средневзвешенных напряжений по амплитудным значениям напряжений для расчета усталостного ресурса деталей методом Монте-Карло. Деп в ВИНИТИ № 364-В99, 13.02.99.

58. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н. Статистическая оценка прочности сталей с помощью полинома. Надежность и контроль качества, №8. 1996, С. 28-36.

59. Касьянов В.Е. Основы теории создания практически безотказныхмашин // Известия РГАС. 1996. - №1. - С. 75-86.

60. Касьянов В.Е., Игнатенко Ю.А., Беленький Д.М., Вернези H.JI. Оптимизация безотказности зерноуборочных машин / Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989. - №9. - С. 11-13.

61. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Топилин И.В. Определение корреляционной связи параметров функции распределения генеральной совокупности конечного объема деталей и выборочных распределений. Деп. В ВИНИТИ №3038 В99,11.10.99.

62. Касьянов В.Е. Принципы создания практически безотказных машин / Стандарты и качество. 1988. - №7. - С. 39-42.

63. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Топилин И. В. Определение связи между минимальными значениями ресурса деталей для генеральной совокупности конечного объема и выборки. Деп. в ВИНИТИ. №611-В99, 26.02.99.

64. Касьянов В.Е. Анализ применения трехпараметрического распределения Вейбулла в расчетах надежности машин // Надежность и контроль качества. 1989. - № 4. - С. 23-28.

65. Касьянов В.Е., Прянишникова Л.И., Дудникова В.В., Кузьменко А.В. Определение параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема по выборке прочностных характеристик сталей. Деп. в ВИНИТИ. №389-в 2004, 3.03.04.

66. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Топилин И.В. Анализ методов расчета минимального ресурса деталей машин. Деп. в ВИНИТИ 08.07.99, №3002 В99.

67. Касьянов В.Е., Кузьменко А.В., Ямоков С.Г., Платонов Д.Е. Определение параметров распределения действующих напряжений с использованием закона Вейбулла с тремя параметрами. Деп. в ВИНИТИ, № 581 - в 2006, 03.05.06.

68. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н., Щулькин Л.П. Основы теории и практики создания надежных машин// Вестник машиностроения. -2003.-№10.-С. 3-6.

69. Касьянов В.Е. Интегральная оценка, повышение и оптимизация надежности машин (на примере одноковшового экскаватора)// Вестник машиностроения. 1990. - №4. - С. 7-8.

70. Касьянов В.Е, Кузьменко А.В., Ямоков С.Г. Аналитический метод определения параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема действующих напряжений в деталях машин. Деп. В ВИНИТИ № 687 в 2006, 23.05.06.

71. Касьянов В.Е., Роговенко Т.Н. Выбор показателя степени кривой усталости для сверхмногоцикловой области. Деп. В ВИНИТИ № 1594 -в 1995,31.05.95.

72. Когаев В.П. Расчеты на прочность при нагружениях переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. - 233 с.

73. Когаев В.П. Определение надежности механических систем по условию прочности. М.: Знание, 1976. - 48 с.

74. Когаев В.П., Петрова И.М. Расчет функций распределения ресурса деталей машин методом статистических испытаний // Вестник машиностроения. -1981. -№1. С.9-11; №3. - С. 24-27.

75. Колегаев Р.Н. Экономическая оценка качества и оптимизация системы ремонта машин. М.: Машиностроение, 1980. - 239 с.

76. Колегаев Р.Н. Определение наивыгоднейших сроков службы машин. Экомиздат, 1963.

77. Конкин Ю.А. Износ и амортизация техники в сельском хозяйстве. -М.: Колос, 1965.

78. Конкин Ю.А. Экономика ремонта сельскохозяйственной техники. -М.: Колос, 1978. 383 с.

79. Конкин Ю.А., Новиков B.C., Калинченко В.И. и др. Методика определения нормативных сроков службы машин в сельском хозяйстве. М.: НИИПиН, 1975. - 54 с.

80. Коновалов JI.B. Методы и практическая реализация обеспечения высокой конструкционной надежности деталей машин по критериям усталости // Вестник машиностроения. 1998. - №2. - С. 3-8.

81. Консон А.С. Экономические расчеты в приборостроении. М.: Высшая школа, 1973. - 200 с.

82. Коротких Ю.Г. и др. Анализ методом конечных элементов задач динамики сплошных сред // Метод конечных элементов в строительной механике. Горький, 1975. - С. 96-107.

83. Клафф Р. Метод конечного элемента в решении плоской задачи теории упругости // расчет строительных конструкций с применением электронных машин. -М.: Стройиздат, 1967. С. 181-193.

84. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994.

85. Крамер Г. Математические методы статистики. М: Мир, 1975. - 648с.

86. Кугель Р.В. Надежность машин массового производства.-М: Машиностроение, 1981. 244 с.

87. Кудашов В.И., Козачевский А.И. К решению трехмерной задачи теории упругости железобетона методом конечных элементов. Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1979, №3.

88. Кулаков Н.И., Загоруйко А.О. Методы оценки повышения надежности технических изделий по технико-экономическим показателям. -Новосибирск: Наука, 1969. 141 с.

89. Ллойд Д.К., Липов М. Надежность: организация, исследования, методы, математический аппарат. М.: Советское радио, 1964. - 252 с.

90. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. -М.: Колос, 1970.

91. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНЕ. Пер. с англ. М.: Мир, 1977.

92. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. -М.: Машиностроение, 1979. 191 с.

93. Методика определения экономического ущерба от отказов. М.: Изд-во стандартов, 1975.

94. Морозов И.В. Основы теории сельскохозяйственных машин. М.: ВСХИЗО, 1993.

95. Мяченков В.И. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник. М.: Машиностроение. 1989. -340 с.

96. Надежность машиностроительной продукции: Практическое руководство по нормированию подтверждению и обеспечению. М.: Издательство стандартов, 1990. - 328 с.

97. Норри Д. Же де Фриз. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981.-304 с.

98. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. -М.: Мир, 1976.-459 с.

99. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность / Под ред. П.М. Волкова, М.М. Тененбаума. -М.: Машиностроение, 1977. 310 с.

100. Ю1.Плоткин Я.Д. Экономика качества и надежности измерительных приборов. -М.: Изд-во стандартов, 1976. 192 с.

101. Повышение эффективности и качества эксплуатации дорожных машин. Сборник научных трудов. М.: МАДИ, 1980. - 130 с.

102. Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчете судовых конструкций. JL: Судостроение, 1974. 342 с.

103. Прочность и ресурс автомобильных и дорожных конструкций. М.: МАДИ, 1986.- 122 с.

104. Резников JI.A., Ещенко В.Т., Дьяченко Г.Н., Сокол Н.А. Основы проектирования и расчет сельскохозяйственных машин. М.: Агропромиздат, 1991. - 543 с.

105. Роговенко Т.Н. Вероятностно-статистическая оценка гамма-процентного ресурса ответственных деталей машин: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону. -1995. - 24 с.

106. Розин JI.A. Вариационные постановки задач для упругих систем. JL: Лениздат, 1978. - 223 с.

107. Розин Л.А. Метод конечных элементов в применении к упругим системам. М.: Стройиздат, 1977. - 129 с.

108. Розин Л.А. Решение статических и динамических задач расчета гидросооружений МКЭ // Численные методы решения задач строительной механики. Киев: КИСИ, 1978. - С. 3-7.

109. Розин Л.А. Задачи теории упругости и численные методы их решения. СПб. Изд-во СПб ГТУ. 1998. - 532 с.

110. Рустамов С.И. Высоко-производительные режущие аппараты сельскохозяйственных уборочных машин. Киев: Вища школа, 1985.-96 с.

111. Рустамов С.И. Физико-механические свойства растений и совершенствование режущих аппаратов уборочных машин. Киев: Вища школа, 1981. 172 с.

112. Ряхин В.А., Машкомаев Т.Н. Долговечность и устойчивость сварных конструкций строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1982.-230 с.

113. Ряхин В.А. Прогнозирование ресурса металлических конструкций строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. -1994. №4. - С. 24-27.

114. Сегерлинд Л.Н. Применение метода конечных элементов. М.: Мир.1979.-272 с.

115. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. Машгиз, 1964.

116. Сельскохозяйственные машины и оборудование. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-16 / Под общ. Ред. И.П. Ксеневича. М.: Машиностроение, 1998. 592 с.

117. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность: Руководство и справочное пособие. Изд. 3-е, перераб. доп. /Под ред. С.В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1975.

118. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. Для технических приложений. М.: Наука, 1969.-512 с.

119. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973. -312с.

120. Справочник по надежности. Том 1: пер. с англ. М.: Мир, 1969. -340 с.

121. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов: пер. с англ. -М.: Мир, 1977.-350 с.

122. Уилкс С. Математическая статистика. М.: Наука, 1967. - 632 с.

123. Фокин Ю.Г. Надежность при эксплуатации технических средств. -М.: Воениздат, 1970. 224 с.

124. Форрест П. Усталость металлов. М.: Машиностроение, 1968. -352 с.

125. Фомин В.Н. Нормирование показателей надежности. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 140 с.

126. Хазов Б.Ф. Надежность строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1979.- 192 с.

127. Хазов Б.Ф. Обеспечение показателей надежности строительных и дорожных машин при проектировании. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1974.-51 с.

128. Хазов Б.Ф. Эффективность повышения показателей безотказностимашин // Строительные и дорожные машины. 1990. - №9. - С. 24-26.

129. Хозяев И.А. Основы обеспечения надежности при проектировании производственных линий животноводческих ферм и комплексов: Учебное пособие. / РИСХМ. Ростов-на-Дону, 1984. - 94 с.

130. Хозяев И.А. Исследование надежности машин для животноводства и кормопроизводства и оптимизация их показателей. / Машины и оборудование для животноводства и кормопроизводства: Сб. тр. -ВНИИКОМЖ. М., 1985. - С. 24-30.

131. Хэйвуд Р.Б. Проектирование с учетом усталости 1962, 504 с.

132. Шапошников Н.Н., Римский Р.А., Полторак Г.В., Бабаев В.Б. Применение метода конечных элементов к решению динамических задач // Расчеты на прочность. М.: Машиностроение, 1982. - вып. 23. с. 73-86.

133. Шапошников Н.Н. Расчет пластинок на изгиб по методу конечного элемента. Вопросы прикладной механики. Вып. 260. М.: МИИТ, 1968.-с. 134-144.

134. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows -М.:ДМК Пресс. 2001. - 448 с.

135. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. -М.: Советское радио, 1962.

136. Шухгальтер Л.Я. Управление качеством машин. М.: Машиностроение, 1977. - 97 с.

137. Шухгальтер Л.Я. Экономика долговечности и надежности машин. -М.: Экономиздат, 1963.

138. Arguris J.H., Dunne Р.С. and Angelopos Т. Nonlinear oscillations using the finite element technique, Comput. Meth. Appl. Mech. And Eng. vol. 2, 1973, pp. 203-250.

139. Arguris J.H. Recent advances in matrix methods of structural analysis. -Pergamon Press, 1964.

140. Bathe K.J. An assessment of Current finite element analysis of nonlinearproblems in solid mechanics. Symposium on the Numerical solution of Partial differential equations, May, 1975, Academic Press, Inc., 1976.

141. Dubey S.D. Hyper efficient of the location parameter of the Weibull laws/ Noval/Rec. Logist., 1966, № 13, p. 253.

142. Fisher R.A., Tippet L.H.C. Limiting forms of the frequency distribution of longest of smallest member of a sample. OCPS, 24 (1928). 180 p.

143. Gurtin M.E. Variational principles for linear elastodynamics. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 1964, vol. 16, pp. 34-50.

144. Gurtin M.E. Variational principles for linear value problems, Quart. Appl. Math., 1964, vol. 22, n3, pp. 252-256.

145. Gurtin M.E. Variational principles for linear theory of viscoelasticity. -Archive for Rational Mechanics and Analysis, 1963, vol. 13, pp. 179-191.

146. Zienkiewich O.C., Holister G.S., eds. Stress analisis. Wiley, 1965.

147. Weibull W. A statistical theory of the strength of materials, Ing. Vetenskaps Akad. Handl, N151. 1939.

148. Weibull W. A statistical distribution function of wide applicability. J. Appl. Mech. 1951. p. 293-297.