автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение долговечности дорожно-строительных машин путем совершенствования системы технического обслуживания и ремонта



московским государственный автомобильно-дорожный

институт (технический университет)

диум ВАК России ' 19^2 г.,

XI-О 8 3 и-

(решение от («присудил ученую

И Ф^а^.

НачамМ^

степень ДОКТОР А

1?

_____ наук р

унравленняьВАК России |

а правах рукописи

Кандидат технических наук, профессор

ЗОРИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПУТЁМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА

Специальность 05.05.04 - дорожные и строительные машины

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 1

1.0.ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДОРОЖНО-

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН 5 1.1 .Технический прогресс и проблема обеспечения долговечности машин 5

1.2.Система обеспечения долговечности машин и факторы, определяющие эффективность ее функционирования 7

1.3.Анализ проблемы с позиции теории систем 14

1.4.Анализ существующих методов управления долговечностью машин 19

1.4.1.Методы обоснования рациональной периодичности проведения управляющих воздействий 21

1.4.2.Анализ методов обоснования периодичности замены смазочных материалов и рабочих жидкостей 25

1.4.3.Методы формализации процессов технического обслуживания и ремонта машин 32

1.5. Задачи и общая методика исследования 3 5 2.0.МО ДЕЛИ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАШИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1 .Структурная модель системы обеспечения долговечности машин 40

2.2.Математическая модель системы обеспечения долговечности ДСМ 47 2.3 .Анализ стратегий проведения управляющих воздействий 48

3.0 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Общее описание системы 52

3.2 Пространство состояний системы 53

3.3 Распознавание состояния системы с учётом разброса значений диагностических параметров 55

3.4 Информационное описание состояния ДСМ 58

3.4.1 Формирование диссипативных структур 59

3.4.2 Системы с одним параметром состояния 63

3.4.3 Двухпараметрические системы 64

3.5 Анализ изменения состояния ДСМ с применением аппарата теории катастроф 67

3.6 Математическая модель процесса возникновения отказа ДСМ 71

4.0 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СНИЖЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДСМ

4.1 Причины снижения работоспособности ДСМ 78

4.2 Смазочные материалы и рабочие жидкости, как конструктивные элементы ДСМ 80

4.3. Влияние смазочного материала на процесс трения деталей 82

4.4 Изменение состояния смазочных материалов в процессе эксплуатации 85

4.5 Влияние воды на работоспособность масел 87

4.6 Влияние состава и температурного режима работы на интенсивность окисления масел 89

4.7 Анализ состояния работавших моторных масел 91

4.8 Влияние состояния смазочного материала на характер смазки 92

4.9 Влияние состояния смазочных материалов и рабочих жидкостей на долговечность ДСМ 97

4.9.1 Программа-методика экспериментальных исследований 98

4.9.2 Методика лабораторных исследований влияния состояния масел на долговечность элементов ДСМ 100

4.10 Анализ экспериментальных исследований по оценке влияния состояния рабочих жидкостей на долговечность элементов гидросистем ДСМ 109

5.0 ФОРМИРОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДСМ

5.1 Обоснование значимости факторов, определяющих работоспособность смазочных материалов и рабочих жидкостей гидросистем ДСМ 113

5.2 Исследование процесса изменения технического состояния механической системы в результате изнашивания (на примере подшипникового узла) 119 5.2.1 Лабораторное оборудование 119

5.2.2. Оценка значимости факторов, определяющих долговечность ДСМ 121

5.2.3. Определение закономерности изменения точности функционирования подшипникового узла в процессе работы 124

5.3 Динамика изменения показателей эксплуатационных свойств масел ДСМ в эксплуатации 127

5.3.1 Изменение кинематической вязкости рабочей жидкости 127

5.3.2 Содержание механических примесей в рабочих жидкостях ДСМ 128

5.3.3 Содержание воды в масле 129

5.3.4 Изменение кислотного числа масел 130

5.3.5 Изменение свойств моторных и трансмиссионных масел ДСМ 130

5.4 Обоснование показателей состояния элементов ДСМ 132

5.5 Формирование комплексного критерия оценки состояния элементов ДСМ

135

5.6 Формирование комплексного критерия состояния элемента ДСМ на примере смазочного материала или рабочей жидкости гидросистемы 137

5.7 Оценка предельного значения комплексного показателя состояния системы по результатам статистического анализа 139

6.0 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДСМ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА МАСЕЛ

6.1 Сравнительный анализ методов технического диагностирования по составу масел 143

6.2 Исследование применимости феррографии при анализе и оценке состояния элементов ДСМ 155

6.2.1 Методика феррографического анализа 155

6.2.2 Оборудование и принцип действия феррографа с непосредственным считыванием параметров 161

6.2.3 Общая методика и основные результаты экспериментальных исследований 162

6.3 Технико-экономический анализ методов оценки состояния ДСМ 164

6.4 Теоретическое обоснование параметров оптической системы прибора для анализа состояния масел 165

6.5. Принципиальная схема анализатора состояния масел 167

6.6 Принципиальная схема системы контроля состояния масел 170

7.0.МЕТОДОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДСМ С ПОМОЩЬЮ МАСЕЛ

7.1 .Восстановление эксплуатационных свойств масел 175

7.2 Технологическое оборудование для восстановления работоспособности масел ДСМ 177

7.3 Результаты экспериментальных исследований процессов очистки масел ДСМ 180

7.4 Оптимизация режимов технологического процесса восстановления работоспособности масел 181

7.5 Система обеспечения работоспособности масел ДСМ 182

7.6 Восстановление работоспособности ДСМ с помощью масел 187 8.0.СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДСМ

8.1.Организационные принципы формирования системы обеспечения долговечности ДСМ 189

8.2 Структура системы обеспечения долговечности смазочных материалов и рабочих жидкостей ДСМ 191

8.3 Модульный принцип технологического проектирования специализированных средств обеспечения долговечности ДСМ 193

8.4 Модель оптимизации средств обеспечения долговечности ДСМ 197

8.4.1 Формирование критерия оценки эффективности системы обеспечения долговечности ДСМ 198

8.4.2 Анализ затрат на ТО и ремонт ДСМ 201

8.4.3 Формирование потоков требований на ТО и ремонт 204

8.4.4 Анализ временных характеристик технических воздействий 206

8.4.5 Модель оптимизации потребности в передвижных средствах ТО и ремонта 209

8.5 Математическая модель обоснования места и способа выполнения управляющих технических воздействий 211

8.6 Формирование специализированных модулей 220

8.7 Имитационная модель системы обеспечения долговечности ДСМ 225

8.8 Рекомендации по внедрению методики оперативного планирования и корректирования управляющих воздействий 234

8.9 Автоматизированная система управления долговечностью ДСМ 235 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 240 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 246 Литература 249

Приложения

273

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Коренная организационная и техническая реконструкция народного хозяйства неминуемо ведёт к интенсификации использования строительной и дорожной техники. В сложившихся условиях паралича отечественного дорожно-строительного машиностроения формируется тенденция увеличения потребности техники в ремонтных воздействиях, что в сочетании с замедлением темпов развития системы технического обслуживания и ремонта дорожно-строительных машин (ДСМ) вызывает существенное повышение потерь всех видов ресурсов. В связи с этим, основной проблемой развития дорожно-строительного комплекса страны является повышение долговечности машин.

Важнейшими направлениями работ, обеспечивающих возможность решения этой проблемы, являются:

■ внедрение стратегии обслуживания и ремонта дорожно-строительных машин (ДСМ) по техническому состоянию;

■ разработка эффективных методов и средств, обеспечивающих возможность оценки технического состояния ДСМ в условиях эксплуатации и ремонта;

■ разработка ресурсосберегающих технологических процессов восстановления работоспособности элементов машин, обеспечивающих возможность полной реализации уровня надёжности, заложенного при проектировании и производстве;

■ развитие и внедрение автоматизированных систем оперативного управления надёжностью ДСМ.

Масштабность проблемы управления долговечностью ДСМ требует разработки и внедрения комплекса работ и организационно-технических мероприятий с учетом всего многообразия физических процессов, вызывающих снижение работоспособности механических систем, ужесточения экологических требований к состоянию средств механизации, а также сложившейся в стране социально-экономической ситуации.

Цель работы - разработка методологии обоснования управляющих воздействий, направленных на обеспечение долговечности ДСМ и коренное улучшение с позиций ресурсосбережения действующей в дорожно-строительном комплексе страны системы ремонта и технического обслуживания машин.

Методика исследований предусматривала проведение теоретического анализа процессов снижения работоспособности ДСМ, лабораторных исследований, стендовых, полигонных и эксплуатационных испытаний машин с целью изучения закономерностей изменения технического состояния основных элементов и оценки эффективности управляющих воздействий. При проведении исследований применялся аппарат математической физики, системного анализа, теории катастроф, математического моделирования и инженерного анализа.

Научная новизна работы заключается в разработанных

методах управления долговечностью ДСМ на основе применения математических моделей, физических методов и технологического оборудования, обеспечивающих возможность обоснования и проведения ресурсосберегающих управляющих воздействий при техническом обслуживании и ремонте машин по техническому состоянию.

Научные результаты работы:

■ разработанная теоретически и экспериментально подтвержденная методология управления долговечностью ДСМ с помощью смазочных материалов и рабочих жидкостей;

■ комплекс математических моделей изменения технического состояния ДСМ;

■ комплекс математических моделей систем обеспечения долговечности машин в эксплуатации;

■ имитационная модель системы обеспечения долговечности ДСМ с учётом применяемых методов и средств технического обслуживания и ремонта;

■ принципиальная схема системы контроля состояния машин;

■ методика обеспечения долговечности элементов машин на основе эксплуатационного нагруженного резервирования;

■ модульный принцип проектирования специализированных средств обеспечения долговечности ДСМ;

■ принципы формирования автоматизированной системы управления долговечностью ДСМ

Практическую ценность представляют:

■ разработанные нормативно-информационные материалы системы технического обслуживания и ремонта машин;

а разработанный и запатентованный комплект приборов для оценки работоспособности смазочных материалов и рабочих жидкостей ДСМ;

■ технологические методы восстановления работоспособности смазочных материалов и рабочих жидкостей ДСМ;

в методы оценки работоспособности смазочных материалов и рабочих жидкостей ДСМ;

■ методики оценки технического состояния ДСМ по результатам анализа масел;

■ система обеспечения долговечности ДСМ с применением ресурсосберегающей технологии технического обслуживания и ремонта.

Реализация результатов работы. Разработанные методы, технологические процессы и оборудование внедрены на сотнях предприятий строительного комплекса страны: в Приморском крае (более 50 предприятий), Сибири (около 30 предприятий), на Урале (более 20 предприятий), в европейской части России (около 60 предприятий); в республиках СНГ (Узбекистане -18, Украине - 2, Беларуси - 6, Армении - 1), а также за рубежом (КНР - 3, Марокко - 1).

Разработанные математические модели " и технологическое

оборудование используются в учебном процессе при подготовке инженерных кадров и повышении квалификации специалистов в области технической эксплуатации и ремонта машин в МАДИ(ТУ) на кафедрах ПРАДМ, ОБЖД, ЭДМ, и в МГСУ на кафедре строительных машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены:

на 36,37,38,41,42,46,47,53,54,55, и 56 научно-исследовательских конференциях профессорско-преподавательского состава Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета) в период с 1978 по 1998 г.г.;

на Всесоюзной научно-технической конференции «Трибоника и антифрикционное материаловедение», Новочеркасск, 1980 г.

на международной конференции «Наука и автомобильный транспорт», СФРЮ, Крагуевац, 1981 г.

на Всесоюзной научно-технической конференции «Пути повышения эффективности использования дорожно-строительной техники», гор. Рязань, 1984 г.

на международных конференциях и симпозиумах в КНР в 1986 г.(гор. Пекин), 1987 г. (гор. Шанхай), 1992 г.(гор. Шанхай),1994 г.(гор. Харбин), 1995 г. (Шеньян), 1996 г.(гор.Шанхай);

на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции «Технологическое управление триботехническими характеристиками узлов машин», Кишинёв, 1985 г.

на научно-практическом семинаре «Методы эффективного использования то пливно-смазочных материалов», гор.Чита, 1990 г.;

на научно-исследовательской конференции «Экологическая безопасность городов в условиях перехода к рынку», гор: Нижний Новгород, 1994 г.;

на научно-технической конференции «Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации двигателей, автомобилей, вездеходных, специальных строительных и дорожных машин», гор. Нижний Новгород, 1994 г.

на научно-техническом семинаре «Современные технологии восстановления и упрочнения деталей - эффективный способ повышения надёжности машин», ЦРДЗ, Москва, 1996 г.;

на международной научно-технической конференции «Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ», Москва, 1996 г.;

на конференции «Экологические проблемы городского транспорта», Москва, 1996 г.;

на научно-технических семинарах «Метрополитен РФ»: в 1996, 1997 г.г.( гор. Москва);

на научно-технических семинарах Министерства обороны РФ: в 1996г. (гор. Урюпинск), в 1997 г. (гор. Балашиха);

на заседании • кафедры «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета) в 1998 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 72 печатных работах, в том числе в 5 авторских свидетельствах и патентах на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 274 страницах машинописного текста, содержит 98 рисунков, 31 таблицу, библиографию из 290 наименований и 120 страниц приложений.

1.0. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДОРОЖНО-

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

1.1. Технический прогресс и проблема обеспечения долговечности машин

Научно-технический прогресс по мере своего развития ставит перед человечеством все более сложные проблемы, решение которых требует разработки новых научных теорий и методов исследований.

В частности, в машиностроении усложнение конструкции машин, их технической эксплуатации, а также технологических процессов, требует обобщения и более квалифицированного, строгого инженерного подхода к решению задач обеспечения долговечности техники.

Технический прогресс связан с созданием сложных, современных машин, приборов и рабочего оборудования, с постоянным повышением требований к показателям их качества, характеризующим долговечность, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, металлоемкость, экономичность, эстетичность и проч., а также с ужесточением режимов работы: увеличением скоростей, рабочих температур, нагрузок. Это ведет к возникновению новых научно-технических проблем, решение которых является условием дальнейшего развития производительных сил общества.

Для развития строительного и дорожного машиностроения характерны следующие основные направления:

- расширение функционального назначения изделий, создание сложных машин, предназначенных для выполнения большого числа различных рабочих операций;

повышение требований к качеству продукции, вызывающее необходимость повышения точности функционирования машин;

повышение эффективности работы машин: увеличение производительности, мощности, грузоподъемности, - то есть ужесточение рабочих режимов машин, увеличение скоростей, рабочих нагрузок, температур, вибрации;

- снижение материалоемкости, ведущее к уменьшению габаритных размеров изделий и повышению удельных нагрузок, скоростей относительного перемещения рабочих поверхностей, к ухудшению условий теплообмена;

- автоматизация, предъявляющая особые требования к надежности и вы