автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технической эксплуатации лесотранспортных машин

На правах рукописи

005060977

Яковлев Константин Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

а

6 ИЮН 2013

Москва-2013

6

' а

005060977

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Скрыпников Алексей Васильевич

Официальные оппоненты: Заикин Анатолий Николаевич

доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная инженерно-технологическая академия», декан

Камусин Альберт Абеттдинович

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса», заведующий кафедрой транспорта леса

Смирнов Михаил Юрьевич

доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет», профессор кафедры транс-портно-технологических машин

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 14 июня 2013 г. в Ю00 час на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» по адресу: 141001, г. Мытищи, ул. 1-ая Институтская, д. 1)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО С] • «МГУЛ».

Автореферат разослан « 29 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Рыбин Б.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В середине 90-х годов начался резкий спад лесозаготовительного производства. По причине физического и морального износа лесозаготовительной техники резко снизилась прибыль предприятий лесного комплекса. В настоящее время на лесосечных работах и при вывозке древесины используется устаревшая техника, созданная в 70 ... 80-х годах прошлого столетия.

Из-за отсутствия собственных средств у предприятий лесного комплекса в последние годы не проводится обновление машин и оборудования, в которых за срок их службы изнашиваются не только исходные образцы, но и целый комплекс повторно вводимых в те же машины сменяемых деталей и других недолговечных элементов. В структуре действующего парка лесозаготовительной техники 80 % занимает полностью амортизированная техника, которая должна быть модернизирована или списана, а коэффициент выбытия в 10 раз превышает коэффициент обновления.

Существующая ремонтная политика сформировалась в дорыночных условиях при соответствующих соотношениях цен на сырьевые ресурсы и машины. В тот период и была создана действующая до сегодняшнего дня концепция планово-предупредительной системы технического обслуживания лесотранспортных машин: допуски, регламенты, нормативы и т.д. В нынешних экономических условиях требуются новые подходы к формированию методологии технической эксплуатации и ремонта лесотранспортных машин.

Для поиска оптимальных решений среди множества возможных необходимо определение момента проведения работ по восстановлению технического состояния машины, зависящего от различных факторов, часто противоречащих друг другу.

Техническое сопровождение эксплуатации лесотранспортных машин необходимо рассматривать как инструмент управления запасом их потенциальных возможностей, заложенных при изготовлении и пополняемых при техническом обслуживании и ремонте. В результате этих исследований можно получить существенное упорядочение структуры составляющих элементов машин того или другого назначения и дать соответствующую оценку их конструктивного и технологического совершенства. Последнее позволит выявить и подвергнуть первоочередному улучшению отдельные узлы и детали машин, постепенно подчинить общий прогресс техники определенным закономерностям и контролировать его количественными показателями. Подготовка базы для этого направления исследований машин и составляет главное содержание диссертационного исследования.

Работа выполнялась автором в соответствии с темой: «Разработка ресурсосберегающих и экологически перспективных технологий эксплуатации лесовозного автомобильного транспорта» (№ гос. регистрации 01960010574) и Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Минпром-торга России и Минсельхоз России от 31 октября 2008 г. №248/482).

Степень разработанности проблемы. Важной проблеме эксплуатации машин на лесозаготовках посвящены работы A.B. Селиванова, В.И. Посметьева, В.П. Немцова, В.К. Курьянова. Однако вопросы сбережения ресурса в этих работах не ставились.

Среди работ, характеризующих технологию лесозаготовительного производства, выделим труды A.A. Камусина, В.В. Винокурова, Ю.А. Ширнина, А.И. Иевлева. Сделана попытка формирования стратегии развития лесопромышленного комплекса РФ. Однако она основывается на насыщении парка машин новой техникой.

В работах И.М. Маликова, В.А.Барановского и др. представлен чрезмерно большой перечень показателей для количественной оценки надёжности (вероятность исправной работы, среднее время исправной работы, среднее время между двумя соседними отказами), который явно неприемлем. Кроме того, эти авторы исследовали надёжность различных элементов без учёта заранее предусмотренной сменяемости элементов современных конструкций.

Имеются многочисленные исследования по ресурсосбережению технического потенциала машины и повышению долговечности её элементов (Я.Б. Шор, Г.А. Кур-гузкин, В.Н. Тайер и др.). Но, к сожалению, авторы долговечность характеризуют наработкой на отказ, то есть по существу также некоторым сроком службы изделия. При отождествлении долговечности со сроком службы теряется возможность качественно новой оценки долговечности машины, отражающей разнообразие сроков службы отдельных её элементов и их значимость в обеспечении работоспособности машины.

Аспектами управления техническими ресурсами парка машин занимались такие учёные как А.Н. Заикин, В.М. Котиков, В.К. Курьянов, Н.И. Лебедев, П.М. Ма-зуркин, Ф.В. Пошарников, A.B. Скрыпников и др. Основной недостаток имеющихся разработок по эксплуатации машин заключается в том, что при анализе сложных объектов (машин) соединяются вместе достоверные, невозможные и случайные события, то есть не учитываются специфические особенности современных технических устройств, обладающих неравной износостойкостью различных элементов уже в исходном образце.

Вопросами эксплуатационной оценки лесотранспортных машин занимались такие учёные как A.B. Скрыпников, Д.Н. Афоничев, Б.А. Бондарев. Однако в этих работах главный показатель эксплуатационной оценки лесовозного автотранспорта -коэффициент эксплуатационной производительности не даёт должной оценки машин по характеристикам, так как он построен лишь на учёте простоев машины. При одинаковых простоях машина, требующая периодической регулировки без замены конструктивных элементов, и машина, требующая замены быстроизнашиваемых элементов, получают одинаковую оценку, хотя для потребителя они неравноценны.

Предлагаемые в некоторых работах так называемые ремонтные характеристики лесотранспортных машин в форме пожеланий по взаимозаменяемости деталей, приспособленности к ремонтным операциям малоэффективны, так как они не обязывают конструкторов подготовлять машины, отличающиеся малым количеством точек смазки, сокращенным количеством типоразмерных деталей, простотой процессов смены недолговечных конструктивных элементов и т.д.

Концепцию научного направления, рассматривающую износ основных производственных фондов на лесозаготовках, совершенствование методов технической эксплуатации лесозаготовительных машин на основе оптимизации параметров управления состоянием исследовали учёные В.В. Быков, И.М. Бартенев, В.И. Черно-иванов. Поиск новых, эффективных технологических решений требует продолжения и существенного развития научных исследований по этой проблеме.

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации лесотранспортных машин путём моделирования процессов их функционирования.

Задачи исследований:

1 Исследовать закономерности, описывающие колебательный процесс движения специального подвижного состава.

2 Усовершенствовать методику оценки надёжности лесотранспортных машин.

3 Исследовать зависимости, описывающие влияние условий эксплуатации на производительность лесотранспортных машин.

4 Изучить влияние эффективной мощности двигателя на процесс торможения лесовозного автопоезда.

5 Усовершенствовать методику оценки устойчивости и тяговой динамики колесных и гусеничных трелёвочных тракторов.

6 Обосновать критерии вероятности технологического риска травмирования водителей и операторов лесотранспортных машин.

Предмет исследования.

Предметом исследования являются методы и математические модели функционирования лесотранспортных машин.

Объекты исследования: параметры надежности, системы технического обслуживания и ремонта лесотранспортных машин и их элементов.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследований.

Методы дифференциального и интегрального исчислений, теории вероятностей, аналитической геометрии, теоретической механики, имитационного моделирования, экономического анализа, натурные наблюдения и эксперимент. Обработка результатов производилась методами математической статистики с применением современных компьютерных методов обработки информации.

Научной новизной обладают:

1 Математическая модель колебательной системы движения специального подвижного состава, отличающаяся учётом влияния динамики механизмов на ресурс отдельных деталей и подвижных соединений.

2 Методика определения технического состояния лесотранспортных машин и их элементов, отличающаяся учётом критических зон их значений и прогнозом появления отказов элементов по мере роста наработок.

3 Закономерности, описывающие влияние условий эксплуатации на производительность лесовозного автотранспорта, отличающиеся учётом предельного состояния конструкций.

4 Аналитические зависимости процесса торможения лесовозного автопоезда и технического состояния двигателя, отличающиеся учётом эффективной мощности.

5 Методика оценки устойчивости и тяговой динамики колесных и гусеничных трелёвочных тракторов, отличающаяся учётом состояния среды эксплуатации.

6 Методика оценки профессиональной пригодности водителей и операторов по индивидуально-типологическим особенностям личности, отличающаяся учётом влияния человеческого фактора на безопасность системы «оператор-машина-среда».

Значимость для науки заключается в уточнении рекомендаций по сближению допускаемых значений контролируемых параметров состояния деталей с предельными значениями, уменьшении потерь остаточного ресурса заменяемых агрегатов лесотранспортных машин при групповых ремонтных процедурах; обосновании ограничений на применение предупредительных ремонтных работ; математической модели для определения единого допуска для случаев аппроксимирования издержек

эксплуатации элемента непрерывными функциями; закономерности, описывающие влияние условий эксплуатации на надёжность лесотранспортных машин.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные модели и рекомендации позволяют:

- обеспечить устойчивость движения автомобиля установкой угла продольного наклона шкворня на величину 2° ... 4°;

- уменьшить вероятности простоев лесотранспортных машин из-за отсутствия запасных частей за счёт уточненных нормативов их потребления;

- определить фактический расход запасных частей по номенклатуре и количеству;

- установить сроки и объемы проведения групповых ремонтных процедур, обеспечивающих минимальные эксплуатационные затраты на единицу продукции за срок службы лесотранспортных машин;

- установить причины отказов механизмов и узлов лесотранспортных машин;

- повысить эффективность выполнения текущего ремонта машин с возможностью объективного распределения ресурсов между предприятиями, эксплуатирующими машины в различных условиях эксплуатации;

- оценить профессиональную пригодность водителей и операторов, и тем самым снизить травматизм на 10 ... 11 %.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Математическая модель колебательной системы движения лесотранспортных машин, позволяющая определить первопричину автоколебаний и установить допустимые значения дисбаланса колес.

2 Методика оценки надёжности лесотранспортных машин, позволяющая на её основе разработать прогрессивные нормативы, регламентирующие техническую эксплуатацию лесотранспортных машин.

3 Закономерности, описывающие влияние условий эксплуатации на производительность лесотранспортных машин, позволяющие определить зону граничных условий и предельных состояний рабочих процессов и внутренних сред в функциональных системах лесотранспортных машин.

4 Аналитические зависимости процесса торможения лесовозного автопоезда и технического состояния двигателя, позволяющие рассчитать показатели его безопасности и экономичности.

5 Методика оценки устойчивости и тяговой динамики колесных и гусеничных трелёвочных тракторов, позволяющая увеличить полезную нагрузку на транспортную систему правильным выбором точек приложения технологических сил в условиях эксплуатации лесотранспортных машин.

6 Критерии вероятности технологического риска травмирования водителей и операторов лесотранспортных машин, позволяющие оценить их профессиональную пригодность.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Наиболее существенные результаты, выносимые на защиту, относятся к пунктам 11 — Исследование надёжности машин и технологического оборудования с целью обоснования нормативов их безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, 12 - Разработка методов оценки качества, обоснование эффективности технического обслуживания и сервиса машин и оборудования лесопромышленного и лесохозяйственного назначения паспорта специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Достоверность получаемых результатов подтверждается методологической базой исследований, обеспечена проведением системного анализа проблемы и применением аналитических, теоретических и экспериментальных исследований, а также методов математической статистики при планировании экспериментов и обработке их материалов.

Апробация работы. Разработанные на основе полученных результатов рекомендации и программы для ЭВМ использовали: ЛОГУП «Тербунский лесхоз» (2009 г., Липецкая обл.) - при оценке динамической нагруженности узлов и деталей лесовозных автопоездов, ООО «АДМ-проект» (2010 г., Калужская и Воронежская обл.) - при вычислении показателей динамической нагруженности узлов и деталей лесовозных автопоездов при испытаниях; ЦЦМП «Магистраль» (2011 г., Воронежская обл.) - при оценке соотношения требований к лесовозным автомобильным дорогам при движении лесовозных автопоездов; ОАО «Ремонтно-техническое предприятие «Мухоудеровское» (2011-2012 гг., Белгородская обл.) - при оценке надёжности машин и их элементов; ООО «Розоптсервис» (2011-2012 гг., Воронежская обл.) - при оценке профессиональной пригодности водителей по индивидуально-типологическим особенностям личности; ООО «Дедал» (2011-2012 гг., Курская обл.) - при улучшении условий и охраны труда работников при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации; ООО «Союзсервис» (2011-2012 гг., Тульская обл.) -при апробации методики расчёта предельной величины параметров состояния элементов лесозаготовительных машин, обеспечивающей полное использование годности; ГУ «Серебряноборское опытное лесничество» Института лесоведения РАН (2012 г., Московская обл.) - при оценке продольной и поперечной устойчивости ле-сотранспортных машин; ремонтно-строительная компания «Альфа» (2012 г., Воронежская обл.) - при апробации методики оценки надёжности операторов машин; ООО «Автокар» (2012 г., Архангельская обл.) - при определении колебаний при движении лесотранспортных машин.

Разработанные математические модели, алгоритмы и программы для ЭВМ, реализующие модели, используются в учебном процессе Воронежской государственной лесотехнической академии.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных научных и научно-практических конференциях.

Публикации. Результаты исследований отражены в 37 научных работах, в том числе 21 статья в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ, 1 свидетельстве на программное обеспечение, 4 монографиях (1 монография отмечена дипломом «Лучшее учебно-методическое издание в отрасли», Москва, 2012 г.). В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении теоретических и экспериментальных исследований и анализе их результатов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 210 наименований и 4 приложений. Основное содержание работы изложено на 389 страницах машинописного текста, иллюстрировано 58 рисунок и 34 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Изложено содержание диссертационной работы, показаны актуальность и научная новизна выполненных исследований, их практическая значимость, результаты внедрения, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе представлен анализ методов технической эксплуатации ле-сотранспортных машин с рассмотрением вопросов сбережения их ресурсов.

Содержание научных основ технической эксплуатации машин в основном направлено на изучение динамики и выявления причин изменения их состояния, оценки и прогнозирования последующего изменения технического состояния деталей, узлов и машины в целом с целью выработки оптимальных методов и способов управления техническим состоянием машин.

Надёжность формируется на всех этапах создания и использования техники, начиная от конструктивной проработки новой модели и кончая выбраковкой последних экземпляров машин. Эксплуатация машины сопровождается процессами естественного старения, следствие которых - снижение технико-экономических показателей их использования. Для поддержания высоких показателей надёжности и эффективности работы машины необходимо управление их техническим состоянием, что достигается с помощью методов и средств ремонта и технического обслуживания.

В соответствии с этим были сформулированы основные направления исследований, продиктованные необходимостью повышения эффективности технической эксплуатации лесотранспортных машин.

Во втором разделе исследована вертикальная динамика лесовозных автопоездов с учётом дисбаланса колес и разработаны рекомендации по вопросам целесообразности проведения балансировки колес с учётом типов лесовозных автопоездов.

Наличие неуравновешенности и биения колес ведёт к ухудшению управляемости лесовозного автопоезда, снижает срок службы шин, амортизаторов, рулевого управления.

Статическая и динамическая несбалансированность колес в совокупности с радиальными и торцевыми биениями являются постоянными источниками вынужденных вертикальных колебаний колес на подвеске и горизонтальных колебаний управляемых колес вокруг осей шкворней с частотой вращения колес.

Малые вынужденные вертикальные колебания колеса на направляющем устройстве независимой двухрычажной подвески можно описать неоднородным дифференциальным уравнением 2-го порядка

m^ z+ ha z+ cnz = Fjjg sin cot, (2.1)

где nifc - неподрессоренная масса колеса; z - вертикальное перемещение колеса от положения статического равновесия; ha - коэффициент линейного сопротивления амортизатора; сп - жесткость подвески колеса.

После необходимых преобразований получим общее решение:

z = e_nt (zq coskt + Z° * "Z° sin kt) +

. _nt, . . nsine-cocoss ...

+ Ae (smscoskt +-sinkt) +, (2.2)

k

+ Asin(cot-e)

где е - основание натуральных логарифмов; г0 - начальное перемещение колеса на подвеске (в момент времени 1=0); ¿0 - начальная вертикальная скорость колеса (в момент времени 1=0); А - амплитуда вынужденных колебаний; е - угол сдвига фазы колебания по сравнению с фазой возмущаемой силы, г0 и ¿0 легко находятся из начальных условий движения.

Первые два слагаемых выражения (2.2) соответствуют свободным и свободным сопровождающим колебаниям. Так как они с течением времени сравнительно быстро затухают, они не рассматривались.

После затухания свободных и свободных сопровождающих колебаний система будет совершать вынужденные колебания согласно выражениям:

2 = А8т(оЛ-е) (2.3)

А = , Н (2.4)

где

7(к2 - со2)2 +4п2ю2

ё можно подсчитать по формуле tg£ = ■ (2.5)

к2 - со2

Полученные выражения (2.4) и (2.5) дают возможность рассчитать вынужденные колебания колес на независимой двухрычажной подвеске в вертикальном направлении для любых моделей автопоездов. Для расчета максимальной амплитуды колебаний необходимо определить скорость движения, при которой будут наблюдаться наиболее интенсивные колебания колеса на подвеске

V- (2.6)

V тк 2т2

Ощутимые колебания возникают только в узком диапазоне скоростей движения вблизи скорости (резонансной), при которой круговая частота вращения колеса со совпадает с собственной к частотой колебания колеса на подвеске. На рисунке 2.1 представлена зависимость сдвига фазы колебаний колеса по отношению к фазе внешнего возмущающего воздействия при различных значениях коэффициента сопротивления амортизатора Ьа.

Сложные колебательные процессы, протекающие в подвесках и рулевых управлениях автомобилей, обусловлены свойством пневматических шин вносить в колебательную систему дополнительные степени свободы. Это свойство описывается уравнениями неголономных кинематических связей эластичного колеса с дорогой. Уравнения связей составляются в предположении, что пневматическая шина является линейным объектом.

Шина имеет боковую X и угловую <р деформации. Угол поворота плоскости колеса к вектору скорости обозначим 0. Тогда уравнения амплитудно-частотных характеристик:

а) для боковой деформации

Ха сф

2 2 со .2 2 ш

(2.7)

Фа

С А. -

б) для угловой деформации — =

9 I 2

а , со а 2 со

|(сх - —) +сф

в) для фазового угла

(2.8)

(2.9)

50 55 56 60 65 V. км/ч

Скорость

Рисунок 2.1 - Зависимость угла сдвига фазы вынужденных колебаний колес ( £, град) от скорости движения (V, км/ч) автопоезда

На рисунках 2.2-2.5 представлены рассчитанные по формулам (2.7)-(2.9) и в результате проведения эксперимента амплитудно-частотные характеристики боковой и угловой деформации шины. Качественное сравнение теоретических частотных характеристик шины с экспериментальными показывает, что при малых колебаниях и в диапазоне эксплуатационных скоростей движения шину можно рассматривать как линейное звено системы автоматического регулирования. При возрастании амплитуды колебаний вследствие проскальзывания в пятне контакта шины с дорогой линейность шины нарушается.

Составлена система дифференциальных уравнений движения, описывающая колебательную систему управляемых колес вокруг осей шкворней, с учетом движений колес по всем обобщенным и дополнительным координатам (в уравнениях него-лономных связей пневматических шин с дорогой):

) + Ее

)-Ш, — Ьф = РдП совал,

(2.10)

X + Уф + Яуб + У0 = О, (2.11)

ф + СфУф - с^УЯ, + 0 + саУу0 = О, (2.12)

где 0 - угол поворота колес вокруг шкворней (обобщенная координата); Л, - боковая деформация шины (дополнительная координата); ф - угловая деформация шины (дополнительная координата); е9,Ее,М,Ь,РеЯ,у,сф,с^,са - постоянные коэффициенты, определяемые через параметры колебательной системы; О - угловая скорость (круговая частота) вращения колес; V - скорость движения.

Рисунок 2.2 - Амплитудно-частотная характеристика боковой деформации шины:

мнимая частотная характеристика

Рисунок 2.3 - Экспериментальные амплитудно-частотные характеристики

Рисунок 2.4 - Амплитудно-частотная ха- Рисунок 2.5 - Экспериментальные ам-рактеристика угловой деформации шины плитудно-частотные характеристики

угловой деформации шины Диапазон вынужденных колебаний управляемых колес вокруг осей шкворней на различных скоростях движения был рассчитан на ЭВМ (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617525). При расчетах варьировались следующие параметры колебательной системы: угол продольного наклона шкворня у от -0,261 рад до 0,348 рад (8 значений); жесткость рулевого управления с„; дисбаланс колес О.

Результаты расчетов показывают, что с увеличением у резонансная скорость движения возрастает. Одновременно возрастает и амплитуда резонансных колебаний, что объясняется возрастанием величины центробежной силы инерции неуравновешенных масс пропорционально квадрату скорости движения. При отрицательных значениях угла у амплитуда резонансных колебаний резко падает. Повышение жесткости рулевого управления отодвигает резонансную скорость за пределы эксплуатационных скоростей и повышает плавность хода автопоезда.

Для проверки теоретических исследований влияния дисбаланса колес автопоезда на колебания в системах подвески и рулевого управления, были проведены эксперименты на автопоездах с тягачами: МАЭ-5434 и КАМАЗ-53215. Эксперимент проводился в дорожных условиях. Автопоезда были укомплектованы отбалансированными колесами. На период испытаний дисбаланс всех колес изменялся в пределах от 0 до 77 н-м.

В процессе проведения экспериментов осциллографировались: углы поворота управляемых колес вокруг шкворней, вертикальный ход колес на подвеске, угол поворота рулевого колеса, обороты управляемых колес для регистрации скорости движения.

Заезды показали, что интенсивность колебаний определяется двумя факторами: амплитудой колебаний и их частотой. От этих факторов зависит ускорение, а. следовательно, и динамическая нагрузка в колебательной системе. Частота вынужденных колебаний управляемых колес от дисбаланса строго совпадает с угловой скоростью вращения колес. Амплитуда колебаний зависит от соотношения частоты приложения возмущающего воздействия и собственной частоты колебаний системы.

При исследовании влияния параметров ходовой части и шин на интенсивность колебаний колес автомобилей разработана модель колебательной системы автомобиля с двумя управляемыми осями и независимой подвеской колес.

Уравнение движения по обобщенным координатам 6 и у в форме уравнения Лагранжа второго рода имеет вид

с! 8Е дЕ ЭП „

-----+-= Як, (2.13)

Л 5як

где Е - кинетическая энергия системы; П - потенциальная энергия системы.

Для решения задачи выбираем две системы координат. Одна система связана с колесом, а её начало находится в геометрическом центре колеса. Вторая система прямоугольных координат связана с автомобилем и движется поступательно вместе

с ним со скоростью V. После переноса векторов 0 и в центр колеса, получаем выражение для кинетической энергии системы:

2

Е = ^{щ[ё2ге + П2Я2 + ч/2(а - Ь0)2 + \|/2 + 20уг0(к - Ьо)0 +

+ 20Гтг0 + 2Йуге ® Кспу] + ,г(ё2 + V2 + 20ч/у)+ (2.14)

+ ^ (о2 + 02р2 + у2Э + 2Пу0)+ 1Т92 + 10У21п + МП2Я2 }

где Я - радиус колеса;

гд — расстояние от центра колес до оси шкворня;

- коэффициент относительной жесткости подвески, который показывает, какая часть суммарной деформации (подвески и шины) приходится на шину; у - угол продольного наклона шкворня.

Найдем изменение потенциальной энергии системы при переходе её из одного положения в другое. Изменение уровня энергии происходит за счет деформации, упругих элементов и изменение положений центров масс по высоте. Потенциальная энергия системы составляет

n = Mg{(aí(, +2bv -H0J[l-cos(inv|/)]-(av +2bv)nv|/sin(inv|/) +

+ b^y2i2 cos(iny)}+ + ^Cp92 - mg[l - cos(ey + V)]R - (2.15)

-2NRy9i(/-|v|/inCBreye

где C^ - приведенная угловая жесткость рамы, подвески и шин, приходящихся

на один мост (определяется экспериментально);

N - номинальная нагрузка на колесо, приведенная к средней его плоскости; а((, - коэффициенты параметрических уравнений подвижной центр иды

подрессоренной массы.

Исходя из формул (2.14)-(2.16), после преобразований получаем уравнение движения

2 В *

Je = J + Jp +mre ;J0V|/ = J + ш—reKcn;NeC6R-CT N0;

ДСе =(R-p)2Noy2;C0v =2N0(2R-p)+BC6in(Ra0 -pcc0 -re); Cv =Cvi2 -Mg(H0 +av)2 -mg(R-ho)-(BCbinao +2N)(a*h0 -p) ■N¥ =Cbh0-N0cr*; (2.16)

B2

=->0Ín +J + m(R-h0)2 + m —K2n; Cv0=2No(cr*ho -P + r) ANV = ^BCbina*

Для проверки теоретических исследований использовался автомобиль МАЗ-5434, имеющий заводскую установку параметров управляемых колес. Влияние параметров установки колес, шин, зазоров в системе рулевого управления на устойчивость движения определялось в зависимости от скорости движения. Регулируемым параметром шины было давление в ней воздуха. Для исключения внешних возмущений все колеса на автомобиле были тщательно отбалансированы динамически, испытания проводились на ровных участках дороги. Возбуждение автоколебаний осуществлялось резким поворотом рулевого колеса или наездом на специально установленную неровность. С помощью реоходных датчиков и гироагрегатов фиксировались следующие параметры: углы поворота управляемых колес, вертикальный ход колеса, угол поворота корпуса автомобиля в поперечной плоскости в различных се-

13

чениях по длине, угол поворота автомобиля в горизонтальной плоскости. Основным варьируемым параметром, по которому определялись области существования автоколебаний и их интенсивность, была выбрана скорость движения автомобиля. Диапазоны и последовательность изменения параметров:

1. Скорость движения автомобиля V изменялась через каждые 5 км/ч (в области существования автоколебаний).

2. Схождение колес е - в пределах ±20 мм через 5 мм (в диапазоне е= ±5 мм через 2,5 км).

3. Давление воздуха в шинах рв устанавливалась от 0,1 до 0,35 МПа через 0,05

МПа.

4. Угол предельного наклона шкворня у в пределах ±8° через Г.

5. Угол развала а от +2° до -1° через 0,5°.

Для оценки запаса устойчивости движения управляемых колес против автоколебаний часть эксперимента проводилась с увеличенным свободным ходом в рулевом механизме Д и шарнирах гидроусилителей 5.

На рисунке 2.6 построен график зависимости амплитуды автоколебаний управляемых колес от угла продольного наклона шкворня у. Из графика видно, что автоколебания на испытываемом автомобиле существуют при у<-1,9°. То есть устойчивость движения управляемых колес обеспечивается при установке угла у в пределах от -1,5° до -9°. При углах у меньше -9° наступает апериодическая неустойчивость. Устойчивость движения управляемых колес возможна и при других значениях утла у - при больших положительных. Судя по результатам теоретического анализа и виду кривых на графике (рисунок 2.6) можно предположить, что движение будет устойчиво и при у>13°. Наибольшая интенсивность колебаний наблюдалась при у=3° ... 5°

угол продольнсго наклона шкворня

угол продольного наклона шкворня

Рисунок 2.6 - Влияние угла у на ам- Рисунок 2.7 - Влияние зазоров в шарнирах плитуду автоколебаний гидроусилителей на устойчивость движе-

ния управляемых колес Давление воздуха в шине оказывает заметное влияние на интенсивность автоколебаний управляемых колес. Наибольшая интенсивность автоколебаний наблюдалась при рв=0,2 МПа. Амплитуда автоколебаний при этом составляла 0 = 3,5° (параметры установки колес заводские, у=55 км/ч). При минимально допустимом давлении рв=0,1 МПа амплитуда автоколебаний снижалась в 2 раза, а при давлении рекомендуемом для движения по дорогам с твёрдым покрытием (рв=0,35 МПа) - в 1,5

раза. То есть давление воздуха в шинах рв=0,35 МПа можно считать вполне «благоприятным» с точки зрения устойчивости движения управляемых колес.

Для определения сочетания параметров, при которых потребная энергия демпфирования автоколебаний будет наименьшей, были проведены эксперименты с различными величинами зазоров в шарнирах гидроусилителя. Определялась амплитуда автоколебаний на наиболее «неблагоприятной» скорости у=45 км/ч в зависимости утла у. Результаты эксперимента приведены на рисунке 2.7.

Экспериментальные исследования позволили сформулировать подходы и рекомендации по прогнозированию интенсивности износа шин в зависимости от конструкции и условий нагружения. Этими исследованиями установлено, что с увеличением нормальной нагрузки и снижением внутреннего давления воздуха в шине интенсивность изнашивания протектора шин возрастает по линейным зависимостям вида

I = а + Ьх, (2.17)

где а и Ь - коэффициенты, зависящие от конструкции и условий нагружения шины; х - изменяемый параметр.

В интервале средних рабочих крутящих моментов грузовых автомобилей расчетные зависимости позволяют оценить износ шин со сравнительно небольшой погрешностью, приемлемой для практических целей: составлены частные уравнения регрессии для рассматриваемых восьми подгрупп автомобильных шин: 1ЛДШ = 0,168в - 26,Ор + 0,522М2 + 23,453'25 + 0,000472у2'5 + О.бЬ1'6 - 71,84; 1лдр = 0,152в - 23,64р + 0,474м2'1 + 21,853'25 + 0,000428у2'5 + О^бЬ1'6 - 66,35; 1лрш = 0,1280 - 20,04р + 0.0402М2'1 +18,053'25 + 0,000364у2'5 + 0,464Ь1'6 -55,38;

1лрр = 0,1160 -18,2р + 0,0365м2'1 +16,853'25 + 0,000330у2'5 + О^гЬ1'6 - 50,7; 1ГДШ = 0,06080 - 22,6р + 0.1904М1'6 + 49,652'12 + 0,0017у2'4 + 0,688Ь''4 -112,51;

■грш

,(2.18)

1гдр = 0,0520 - 19,68р + 0.1637М1'6 + 43,1652'12 + 0,00148у2'4 + О.бЬ1'4 - 97,92; = 0,060 -18,08р + 0,224м1'5 + 33,0852'12 + 0,00136у2'4 + 0,552Ь!'4 - 87,30;

Цр = 0,0520 -15,72р + 0,1948М1'5 + 28,7652'12 + 0,0011 8у2'4 + 0,48Ь1,4 - 75,86;

где I - интенсивность изнашивания протектора данной шины при заданных величинах нагрузки О, внутреннего давления р, крутящего или тормозящего момента М, угла увода 5, скорости качения v и высоты выступов рисунка протектора Ь.

В третьем разделе рассмотрены вопросы эксплуатационного показателя надёжности лесотранспортных машин.

В связи с расширением диапазона условий применения машин, увеличением их использования на границах этого диапазона, изменением самих условий и конструкций возникла необходимость в разработке уточненной классификации дорожных условий и системы корректирования нормативов. При разработке классификации в качестве основных характеристик дорожных условий выбраны: вид покрытия дороги, тип рельефа местности, помехонасыщенность маршрута и техническая категория дороги. Все дороги по виду покрытия разделяются на пять групп в соответствии с проведённой классификацией по такому показателю, как коэффициент сопротивления качению.

При проведении классификации в качестве обобщенного показателя, характеризующего надёжность машины в конкретных дорожных условиях, выбран параметр потока отказов. Таким образом, на классификацию предъявляется последовательность вида {coi} (i=l ... 75), где coi- значение параметра потока отказов для i-ro вида условий. Расчёт элементов последовательности {со} производится на основе уравнения регрессии, описывающего влияние факторов дорожных условий на параметр потока отказов машины

со = 0,21 +16,8f + 65 • 10"4i + 0,27П, (3.1)

где со - параметр потока отказов, отказ/1000 км; f - коэффициент сопротивления качению; i - среднее значение продольного угла наклона дороги, %>; П - коэффициент помехонасыщенности маршрута.

Уравнение (3.1) рассчитано на основе обработки методом множественного регрессионного анализа экспериментальной информации, полученной на 14 предприятиях лесного комплекса. На основе использования в качестве выходной информации результатов расчётов по уравнению (3.1) производится разработка классификации дорожных условий эксплуатации лесотранспортных машин. В качестве меры сходства видов дорожных условий при расчёте элементов матрицы связи принята величина

ico; — со :i

Pij —X— ' (3-2)

где co;,coj - значения параметра потока отказов машины соответственно для i-ro и j-ro вида дорожных условий, входящие в последовательность {coi}; Amax - максимальная величина модуля разности в последовательности {coi}.

На основе проведенных исследований получено выражение для коэффициента технической готовности dT =

=__1 - г(ю+(0» )т + хп [со + солГ ((d+(0* ft 1_

TWra + [l - Г^ )Т + + (t2 + tT0 + + tp W + per} + perl + per2

9

где per = t^ [(l — W)Fco + сол ]; perl = fn [со - coni~^U)+t0jI ^ j; F - вероятность того, что

при отказе потребуется контроль lq; per2 = (tk2 + tTO + Т*пр )(w + wo )i_^<B+COjI ^; W -

вероятность того, что отказ является скрытым, обнаруживаемом при регулярном ТО; 7 - вероятность того, что после контроля к 2 выявляется потребность в предупредительном ремонте; со - параметр потока отказов; tp - среднее время простоя автомобиля в текущем ремонте; сол - параметр потока ложных отказов; Т - периодичность регулярного технического обслуживания; тп - среднее время простоя машины в резерве; t^ - средняя длительность контроля k[; tT0 - средняя продолжительность регулярного технического обслуживания; - средняя длительность контроля к2; tnp - средняя продолжительность предупредительного ремонта.

Анализ уравнения для расчёта коэффициента технической готовности показывает, что этот показатель является функцией периодичности технического обслуживания и при определенном значении периодичности имеет максимум. Это объясняется тем, что при увеличении периодичности технического обслуживания возрастает поток отказов, и следовательно, простои в текущем ремонте, а при её уменьшении часть автомобилей непроизводительно простаивает.

Таким образом, для каждой категории условий эксплуатации могут быть определены значения оптимальной периодичности технического обслуживания, при котором значение коэффициента технической готовности максимально.

Расчёт коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания приведён в таблице 3.1.

Проведенные исследования по оценке влияния дорожных условий на показатели надёжности лесотранспортных машин позволили расширить номенклатуру показателей, которые необходимо корректировать в зависимости от факторов эксплуатационных условий. На основе обработки методом множественного регрессионного анализа статистической информации по заменам деталей машин построена математическая модель, описывающая влияние факторов дорожных условий на такой показатель, как параметр потока замен деталей автомобиля. Данная зависимость имеет следующий вид

со3 = 1,06 + 6,9Г + 24 • Ю-4! + 0,ЗП, (3.3)

где со3 - параметр потока замен, детали/ авт. -1000 м км.

Таблица 3.1 - Значение коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания__

Категория условий эксплуатации Оптимальная периодичность технического обслуживания автомобиля, км Коэффициент корректирования периодичности технического обслуживания автомобилей

ЗИЛ КАМАЗ ЗИЛ КАМАЗ

I 2870 3060 1,0 1,0

II 2390 2660 0,9 0,9

III 1980 2100 0,7 0,7

IV 1670 1740 0,6 0.6

V 1380 1460 0,5 0,5

На основе использования данного уравнения могут быть рассчитаны коэффициенты корректирования норм расхода запасных частей автомобиля (таблица 3.2). Таблица 3.2 - Значения коэффициентов корректирования норм расхода запасных частей

Категория условий эксплуатации Параметр потока замен, детали/авт-1000 км (ЗИЛ) Коэффициент корректирования

I 1,4 1,0

II 1,51 1,1

III 1,68 1,3

IV 2,1 1,4

V 2,26 1,5

Результаты расчётов коэффициентов корректирования нормативов технической эксплуатации лесотранспортных машин сведены в таблицу 3.3. Так как коэф-

фициент корректирования норм расхода запасных частей вводятся впервые, то в разрабатываемом нормативном документе они приведены в качестве рекомендуемых.

На основе данных таблиц 3.2 и 3.3 можно сделать вывод о том, что коэффициенты корректирования для машин различных моделей (ЗИЛ и КАМАЗ) совпадают, что обуславливает возможность их использования при корректировании нормативов других моделей машин.

Одним из важных факторов в дереве целей транспортно-коммуникационной программы является техническая эксплуатация, важнейшие цели которой: увеличение удельного веса в парке технически исправного подвижного состава, повышение производительности труда ремонтного персонала и сокращение затрат на поддержание парка автомобилей в исправном состоянии.

Надежность, как свойство, характеризует и позволяет количественно оценить насколько быстро происходит изменение показателей качества машины при её работе в определенных условиях эксплуатации. Единичные показатели позволяют с их помощью количественно оценить каждое из свойств надёжности машины, агрегатов или деталей. Однако они не позволяют дать комплексную оценку надёжности машины или его составных частей. Ни один из существующих и принятых в настоящее время показателей на способен производить абсолютную и сравнительную оценку надежности как машины в целом, так и её составных частей.

Таблица 3.3 - Значения коэффициентов корректирования с учётом категории условий

Категория условий эксплуатации Коэффициент корректирования

Периодичность технического состояния обслуживания Удельная трудоёмкость текущего ремонта Пробег до капитального ремонта Рекомендуемые нормы расхода запасных частей

I 1,0 1,0 1,0 1,0

II 0,9 1,2 0,9 1,1

III 0,8 1,5 0,8 1,3

IV 0,6 1,8 0,8 1,4

V 0,5 2,0 0,5 1,5

В практике надежностных расчетов встречается величина произведения параметра потока отказов со на среднее время восстановления t (или трудоемкость tcp).

Физический смысл этого выражения состоит в том, что оно определяет среднее время восстановления на единицу времени работы изделия. Действительно, для машины в целом

rot = -V.10-3=Tlp, (3.4)

'отк

_-5

где со - параметр потока отказов за пробег L^p, 10 / км; tcp - средняя трудоемкость восстановления одного отказа за пробег Lj.p, чел.-ч; 1отк - наработка на отказ ■1

за пробег Ь)ф, км-10 .

Отнеся полученную величину к показателям сохраняемости и долговечности, а также введя коэффициент приведения, учитывающий влияние дорожных и климатических условий, а также особенностей подвижного состава, получим выражение, ко-

торое в самом общем случае можно рассматривать как комплексный показатель оценки надежности

1г

•кпн '

П„-Ш,=КУ . „ф , (3.5)

^кр^е^отк или

Пкпн-К (3.6)

^кр 1с

где ПКПН - абсолютное значение комплексного показателя надёжности; Ькр - ресурс до первого капитального ремонта, км; Тс - средний срок сохраняемости, лет; 1ср - средняя трудоёмкость восстановления одного отказа, чел.-ч; 1отк - наработка на отказ за пробег Ькр, км; Т^ - удельная трудоёмкость текущего ремонта,

ЧеЛ ■ 1| л

-:--10 ; Ку =К]-К.2-Кз - суммарный коэффициент приведения;

км

К1,К2,Кз - коэффициенты приведения дорожных условий, подвижного состава и

климатических условий.

Физический смысл комплексного показателя надежности в самом общем случае - это удельные затраты на устранение отказов, отнесенные к единице пробега до первого капитального ремонта и каждому году средней сохраняемости.

Для лесовозного автотранспорта комплексный показатель можно рассматривать как удельную трудоемкость на устранение отказов и неисправностей, возникших при одинаковых условиях эксплуатации и отнесенных к единице пробега до первого капитального ремонта. Вполне естественно, что чем полученная величина будет меньше, тем выше уровень надёжности у данного механизма или агрегата. В случае полного отсутствия отказов или наработки до первого капитального ремонта, равной бесконечности, комплексный показатель надежности достигнет предела оптимального значения, равного нулю. И, наоборот, наихудшее значение Пкпн примет при 1ср или Тф, равных бесконечности, и или 1отк, равных нулю.

Оценка надёжности лесотранспортных машин различных марок производится путём сопоставления абсолютного комплексного показателя надёжности, полученного при использовании в качестве исходных данных требований, содержащихся в ГОСТ, с абсолютным комплексным показателем надёжности, вычисленным для данной марки

0 ДшшЦ 00 (3 7)

попг

КПН1

где Он - оценка надёжности, %; ПК1Ш; - абсолютный комплексный показатель надёжности для оцениваемой машины; Попт - абсолютный комплексный показа-

КПН1

тель надёжности для требований ГОСТ по долговечности, безотказности и ремонтопригодности.

Разработанная методика позволила произвести сравнение надёжности целой группы автомобилей. Полученные результаты в некоторых случаях проверялись на ранговую корреляцию. Для этой цели использовался выборочный коэффициент ран-

говой корреляции Кеидалла тв, по которому можно оценить связь между двумя качественными признаками

(3.8)

где

где

в п(п-1)

Я - сумма рангов; п - объём выборки.

Значимость найденного коэффициента проверялась по критической точке Т^р

12(2п + 5) 19п(п -1)'

ткр = 2

кр

(3.9)

-кр

критическая точка двухсторонней критической области, которую находят по таблице функции Лапласа.

Значимая ранговая корреляционная связь существует, если тв > Т .

кр

С целью оценки эффективности разработанной методики была выполнена сравнительная комплексная оценка надежности некоторых марок автопоездов и автомобилей. Сравнение производилось по пяти маркам: ЗИЛ-433110; КАМАЗ-5Э215; КРАЗ-64Э71; МАЗ-543403-2120.

Поскольку не по всем маркам автомобилей имелись сведения о показателях надежности за межремонтный пробег, было решено для оценки уровня надежности автомобилей и последующего сравнительного анализа использовать данные по безотказности и ремонтопригодности, полученные за 100 тыс.км. пробега, а данные по долговечности - взять нормативные.

Для удобства сравнения все данные представлены в относительных единицах. За базовый автомобиль при этом принят ЗИЛ-433110, который обладает наиболее высоким уровнем надежности. Таблица 3.4 показывает, что надежность отечественных грузовых автомобилей не одинакова. Ресурс до капитального ремонта колеблется в значительных пределах. Большие отклонения имеют показатели безотказности и, особенно, ремонтопригодности (таблицы 3.4, 3.5). Таблица 3.4 - Комплексная оценка надёжности автомобилей_

Оценочный показатель Автомобили

ЗИЛ-433110 КАМАЗ-53215 КРАЗ-64371 5У1АЗ-543403-2120

Ресурс до капитального ремонта, 1,0 1,0 0,533 0,667

Средняя наработка на отказ, 1отк 1,0 0,742 0,805 0,807

Средняя трудоёмкость устранения отказа, ^ 1,0 4,33 3,134 3,358

Комплексный показатель надёжности (сравнит.) Пкпн 0,149 1,12 1,036 0,945

Оценка выполнения требований по надёжности, Он, % 85,6 51,5 36,8 46,1

Коэффициент технической готовности 0,96 0,892 0,905 0,932

Результаты наблюдений показывают, что у большинства автомобилей наибольшее количество отказов (около четверти) падает на двигатель и его системы. Высока доля отказов, приходящаяся на электрооборудование (до 21 %) и тормоза (до

15,4 %). На агрегаты силовой передачи, ходовой части и рулевого управления приходится меньшая доля отказов.

Приведенный в таблице 3.4 показатель Он, отражающий отношение достигнутого уровня надежности для данного автомобиля к требуемой; ГОСТом, позволяет судить о выполнении требований по надежности для данного автомобиля, т.е. о имеющихся резервах по повышению уровня надежности.

Таблица 3.5 - Оценки ранговой корреляции между ат и показателями надёжности

Наименование показателя надёжности Сумма рангов Выборочный коэффициент ранговой корреляции тв Численное значение критической точки Ткр

Комплексный показатель надёжности Пкпн 21 1,0 0,621

Наработка на отказ, 1отк 17 0,619 0,621

Средняя трудоёмкость восстановления одного отказа, 1ср 18 0,714 0,621

Ресурс до капитального ремонта. Ькр 18 0,714 0,621

В таблицах 3.6 и 3.7 сведены данные по надежности основных агрегатов автомобилей. При этом в таблице 3.6 помещены относительные комплексные оценки надежности агрегатов, позволяющие сравнивать надёжность агрегатов, установленных на данном автомобиле, с надежностью самого автомобиля, а в таблице 3.7 собраны абсолютные комплексные оценки, при помощи которых можно сравнивать надежность различных агрегатов, установленных на различных автомобилях. Прочерки в таблицах объясняется отсутствием данных.

Таблица 3.6 - Сравнение надёжности автомобилей и установленных на них агрегатов

Значения относительного комплексного показателя

Марка автомо- надёжности Пкпн

биля автомо- двига- коробка задний передняя рулевое

биль тель передач мост ось управление

ЗИЛ-433110 0,149 0,026 0,002 0,022 - 0,009

КАМАЗ-53215 1,12 0,065 - - - -

КРАЗ-64371 1,036 0,118 0,108 0,101 0,049 0,009

МАЗ-543403- 0,945 0,328 0,073 0,047 - -

2120

Таблица 3.7 - Сравнение надёжности основных агрегатов, установленных на автомобилях различных марок_

Значения абсолютного комплексного

Марка автомо- показателя надёжности Пкпн, 10"6

биля двига- коробка задний передняя рулевое

тель передач мост ось управление

ЗИЛ-433110 0,2 0,009 0,075 - 0,06

КАМАЗ-53215 2,26 - - - -

КРАЗ-64371 0,74 0,68 0,63 0,31 0,058

МАЗ-543403-2120 1,08 0,23 0,15 - -

Материалы таблицы 3.6 показывают, что уровень надёжности каждого из основных агрегатов выше, чем для самого автомобиля в целом (численные значения для агрегатов ниже, чем у автомобиля). Наименьшим уровнем надёжности для всех автомобилей, обладают двигатели и их системы. У ЗИЛ-433110 наибольшей надёжностью обладает коробка передач, у MA3-543403-2120 - задний мост и у КРАЗ-64371 - рулевое управление.

Сравним надёжность агрегатов различных автомобилей. Самый надежный двигатель и коробка передач у ЗИЛ-433110, самый ненадежный - у KAMA3-53215. Самые ненадёжные задний мост и передняя ось - у KPA3-64371. Наиболее надежное рулевое управление - у ЗИЛ-433110. Наиболее высоким уровнем надежности из всех агрегатов обладает коробка передач у ЭИЛ-433110, наименьшим - двигатель вместе с системами на автомобиле KAMA3-53215.

На основании анализа комплексных показателей надежности вырисовываются общие пути повышения надежности каждого из рассмотренных автомобилей.

Экономический эффект от внедрения разработанной методики достигается за счёт снижения затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт в результате повышения средневзвешенного значения коэффициента корректирования периодичности технического обслуживания и уменьшения средневзвешенного значения коэффициента корректирования удельной трудоемкости текущего ремонта при переходе от существующей классификации к более дифференцированной и уточненной и соответствующей ей системе корректирования нормативов. По результатам внедрения на предприятиях и расчетов и установлено, что экономический эффект на 1 автомобиль в год составит 24,7 тыс. р., а на парк основных моделей автомобилей в отрасли - 2 млн. р.

В четвертом разделе исследовано влияние условий эксплуатации лесовозных автопоездов на их производительность и безопасность движения.

Анализ и оценка воздействия условий эксплуатации на работу функциональных систем и, прежде всего, на возникновение предельного состояния будет способствовать повышению производительности и безопасности движения лесовозного автопоезда. Исследование влияния условий эксплуатации лесовозных автопоездов производилось на показатели: выходную характеристику системы двигатель - силовые передачи автопоезда; использование диапазона потенциальных свойств, оценивающих скоростную и тяговую динамику автопоезда.

В качестве обобщенного измерителя для оценки влияния активных параметров климата на мощностные показатели принята высота над уровнем моря.

Изменение величины максимального крутящего момента двигателей в зависимости от высоты над уровнем моря имеет линейный характер

Мен=Меа-аН, (4.1)

где Меа — максимальный момент двигателя, полученный в нормальных условиях; Н - высота над уровнем моря, м; а — постоянный для данного двигателя коэффициент, для МАЗ 5434A3-220 а = 0,005.

Кривые момента, полученные для разных высот, достаточно точно описываются полиномом второй степени

2

Мен =mj +ГП2П-1П3П , (4.2)

где Ш],Ш2,шз - коэффициенты, изменяющиеся с высотой, характеризуют протекание кривой момента; п - частота вращения двигателя, мин'1.

Располагая данными по изменению момента двигателя в функции частоты на различных высотах, теоретически определены время и путь разгона в эксплуатационных условиях (рисунок 4.1). У автопоезда на базе МАЗ 5434АЭ-220 с увеличением высоты время и путь разгона до максимальной скорости увеличивается больше, что влияет на производительность.

В таблице 4.1 представлены данные, позволяющие дать сравнительную характеристику степени влияния условий эксплуатации на показатели эксплуатационных качеств.

Время и путь разгона до 40 тем"г

Высота над уровнем моря Высота над уровнем моря Высота над уровнем моря

■ Автомобиль КрА'3-6233М6 — — *—— Автомобиль МАЗ- 5434АЗ-220 Рисунок 4.1 Изменение потенциальных свойств лесовозных автопоездов Таблица 4.1 - Влияние условий эксплуатации на эксплуатационные качества

№ Показатели эксплуатационных качеств Тип лесовозного автопоезда

МАЗ 5434A3-220+ГКБ-9383 КРАЗ-6233М6

1 Максимальный подъём, преодолеваемый на II передаче, % на высотах 500, 1000 и 1500 м 27;25;18 31;27;21

2 Снижение максимальной скорости лесовозных автопоездов на высоте 1500 м, % 14 17

3 Снижение грузоподъёмности от номинальной, % 5 7

4 Снижение производительности за один рейс на высоте 1500 м в сравнении с высотой 500 м, % 7 3

Теоретический анализ влияния выходных эксплуатационных качеств на приведенные затраты при вывозке древесины показал, что увеличение грузоподъёмности при неизменной полной массе лесовозного автопоезда приводит к значительному увеличению удельной производительности

0,5буу кк

=-р-г--^-=-1, (4.3)

+ М/1 ср + уср ^то.р + ^ео I Тц ] где g - номинальная грузоподъёмность, т; у - коэффициент использования грузо-средняя скорость непрерывного движения, км/ч; 8ТО р - сум-

марная удельная трудоёмкость ТО и ремонта; 8е0 - разовая трудоёмкость ежедневного обслуживания.

Из формулы (4.3) интенсивность влияния скорости Уср на удельную производительность зависит от особенностей конструкции, определяющих надёжность работы лесовозных автопоездов (8тор). Чем выше надёжность работы лесовозного

автопоезда, тем меньше удельные простои в ТО и ТР на 1 час непрерывного движения, тем интенсивнее влияние средней скорости на .

Удельные затраты учитывались коэффициентом полного поддержания надёжности

V _ Спн + С0

шш +с +с ' (4-4)

пн т о т

где Сга1 - затраты на устранение дефекта, или затраты на поддержание надёжности за ресурс, р.; С^ - стоимость автопоезда, р.; С0 - постоянные затраты за ресурс, связанные с другими видами работ, р.

Оптимальный ресурс агрегатов и систем по экономическому критерию

п + 1

-Саг , (4.5)

псо

где п - показатели степени удельных переменных затрат на поддержание надёжности автопоезда; со - угловой коэффициент кривой переменных удельных затрат.

В пятом разделе выполнен теоретический анализ взаимосвязи между эффективной мощностью двигателя и безопасностью движения с учётом технического состояния трансмиссии, ходовой части, системы управления и обеспечения топливной экономичности и меньшей токсичности автомобилей.

В условиях роста автопарка для повышения безопасности дорожного движения необходимо усиление контроля за техническим состоянием транспортных средств. Одним из направлений решения данной проблемы является периодическая проверка тормозных механизмов.

Тормозное качество автомобилей оценивается их тормозным путём. Для оценки тормозного качества автомобилей по значению максимального замедления и тормозного пути с учётом технического состояния различных марок двигателей получены формулы:

для автомобилей с дизельными двигателями со свободным впуском

;Д _ Ззтах _ §Фх . сд _ Уд КэКД1

^Зшах — ~тл тл ' -—--—--(5.1)

Д1 Э Д| . 2 ё<Рх

для автомобилей с дизельными двигателями с турбонаддувом и с охлаждением надувочного воздуха

2 V г'

■гтн _ .)3тах _ ёУх . сгтн _ с _ Ун

•>3тах — тгг тг, ' ьт -ЬткД1 — (5.2)

КД1 кэкд, 2 gфx

для автомобилей с карбюраторными двигателями

•к _23тах^__|Фх_. ск с и КэКд2

Д2 Э Д2 2 8Фх

где фх — коэффициент продольного сцепления шин с дорогой; Кэ - коэффициент эффективности торможений.

Поправочные коэффициенты КД), КД1 , КД2, характеризующие техническое

состояние двигателей, определяются по максимальной эффективной мощности:

КД1 =а2ехр

,КД, =a3exp(b3-^-1,(5.4)

Ь2-^|,К'Д2=а'2еЧ,

N

V 1 emax У

N

V emax

^ emax ,

где а2,а2,а3 и b2,b2,Ь3 - коэффициенты, зависящие от типа двигателя.

Из формул (5.1)-(5.3) видно, что для одинаковых условий дорог по заранее установленным значениям коэффициентов Кд , К'Д[, КД2 можно прогнозировать

тормозное качество автомобилей по значениям максимального замедления и тормозного пути. При этом положительный эффект обусловлен повышением точности определения значения тормозного пути автомобиля. Если отклонение значений максимального замедления и тормозного пути от номинального в зависимости от неисправности двигателей для известного значения коэффициента сцепления шин с дорогой будет больше допускаемого, то выявляются и устраняются неисправности.

Величина коэффициента, учитывающего увеличение выброса токсичных компонентов в зависимости от технического состояния (обобщенного диагностического показателя - мощности) автомобилей

1 Nemax , N

KNe=^- í KNe(NeH)dNe, (5.5)

^«W NeH

где N„ ,N„ - номинальная и максимальная мощности двигателя;

ин етах

KNe (NeH J - среднее значение коэффициента для автомобилей, имеющих

мощность, близкую к номинальному.

Значение коэффициента для технически исправных автомобилей равняется единице.

В шестом разделе разработана методика оценки устойчивости и тяговой динамики колесных и гусеничных трелёвочных тракторов.

Наиболее тяжёлые условия обеспечения продольной устойчивости возникают при движении груженого тягача на подъём, когда моменты от сил сопротивления движению М f , Mf и крюковая сила тяги Р^р будут вызывать дополнительное перераспределение нагрузок на оси. Составим уравнение равновесия относительно точки контакта задних колес с дорогой

Gbcosa-Ghfl sin a + Qibr cosa — Qihr sin a - Pjq,hr cos(3 + P^br sinp-

-Mf] -Mf2 -ZxL = 0.

(6.1)

Моменты сил сопротивления качению равны произведению нормальных реакций почвы на коэффициент сопротивления качению тягача f], и радиус колес R у :

Mf[ + Mf2 = l(G + Q, )cosa + Pkp sin pjf,!^. (6.2)

Крюковая сила тяги, потребная для перемещения перегруза может быть найдена по следующему приближенному выражению:

Pkp =Q2(f2 cosa + sin a). (6.3)

Подставляя значения моментов сил сопротивления качению и Ркр в уравнение (6.1) и преобразуя его, получим

Z1=I{a + b-c}, (6.4)

где a = G[(b-f1Ry)cosa-hJJ sinaj; b = Qi[(br -fjRyjcosa-hp sinaj;

c = Q2|hrcosp-(br - fjRy )sin pj(f2 cosa + sin a)).

Предельная устойчивость наступит тогда, когда реакция на передний мост Zj будет равна нулю. Полученное после преобразования выражение (6.5) даёт возможность вычислять предельный угол предельной устойчивости движущегося тягача, a =arctgG(b - flRl)+ Qr(br " fiRn)- Q2f2 [hr cosp - (br - f,Ra )sin pj

+Q,hr +Q2[hr cosp-(br -f1RfljsinpJ ' )

Возможности движения транспортной машины на предельных подъёмах ограничиваются мощностью двигателя (значением наибольшей силы тяги по двигателю) и силой сцепления двигателя с опорной поверхностью.

Наибольшую касательную силу тяги тягача по двигателю обозначим Р^, а суммарную силу сопротивления движению транспортной системы Р^г. Рассматривая режим установившегося движения с малой скоростью можно установить, что pZ=pf, +pf2 +(G + Q1)sina + PKpcosp.

Условие предельного равновесия на наибольшем подъёме запишется так

Pjj = Р^ или

Pk =(Gfi +Qif2 +Q2f2)cosa + (G + Q1 +Q2)sina. (6.6)

Преобразовав (6.6), получим

Pk -Pf cosa = G0 sina = 0. (6.7)

Решение уравнения (6.7) дает формулу для нахождения максимального подъёма, ограничиваемого мощностью двигателя

. РкС0-Р^Р~+02-Р2 aN=arcsm----. (6.8)

Pf +Go

В том случае, когда на тягач установлен двигатель с большим запасом мощности, ограничение движения может наступить из-за недостаточного сцепления колес с дорогой. Условие ограничения движения по силе сцепления движителя с опорной поверхностью будет

Рф >Р£ =Pf cosa + G0 sin a, (6.9)

где Рф - сила тяги по сцеплению, равная

Рф =(G + Q])cpcosa.

После преобразований максимальный подъём, ограниченный силами сцепления двигателя с дорогой будет

(G + Q,X<p-fi)-Qif2 а»=дс* G + q1+Q2 ■ (6Л0)

Необходимо отметить, что выражения (6.8) и (6.10) пригодны для определения предельных углов и для гусеничных машин.

При движении по кривой, когда полурамы развернуты друг относительно друга, происходит смещение центра тяжести (ц.т.) машины в поперечном направлении, что соответственно снижает запас устойчивости. При «изломе» рамы на кривой происходит смещение центра тяжести тягача относительно средней линии опорного контура в сторону наружных колес, что снижает запас устойчивости.

В качестве критерия оценки запаса устойчивости примем коэффициент запаса устойчивости

В°к _ до

вок В0к В 2

2

Из формулы (6.11) следует, ЧТО при прямолинейном движении Ку =1; при движении на кривой К у < 1 и с уменьшением радиуса поворота коэффициент запаса

устойчивости снижается, стремясь в пределе к нулю.

С учётом выражения (6.11)

2аЬ + В2

ктш =-^-• (6-12)

Анализ выражения (6.12) показывает, что для повышения маневренности колесных и гусеничных машин (уменьшение радиуса поворота) целесообразно проектировать их с короткой базой, а ц.т. машины располагать ближе к осям.

Приближение ц.т. машины к мосту повышает коэффициент запаса устойчивости у короткобазовых машин в большей степени, чем у длинобазовых. С точки зрения безопасности движения у колесных машин с шарнирно-сочлененной рамой необходимо конструктивно ограничивать минимальный радиус поворота значением 11тт >ЗВ (минимальный радиус поворота тягачей с шарнирно-сочлененной рамой не должен быть меньше тройной ширины колеи).

Все гусеничные машины имеют балансирную подвеску, вследствие чего точками опрокидывания их будут точки связи корпуса с каретками. В практике проект-но-конструкторских работ эту особенность учитывают редко, и все показатели вычисляют, считая катки жёстко закрепленными на раме.

Составим уравнение равновесия порожней и неподвижной машины относительно задней опоры корпуса :

0'(Ь-1)со5а-0'(Ьд -Я)зта = 0, где С - вес машины без задней тележки.

Из полученного уравнения наибольший угол продольной статистической устойчивости машины на подъёме будет

=агс1ё-^_ (6.13)

Ьд-Я

Проведя аналогичные вычисления для груженой машины, получим

дП^агс^ ^Ь-1)+д,(Ьг-1) ёо'(ьД-11)+дг(ьг-11)

Рассматривая режим установившегося движения груженой машины на подъём, вычислим наибольший угол продольной устойчивости в движении, полагая, что предельное состояние наступит тогда, когда сумма моментов всех внешних сил, прило-

женных к машине, будет равна нулю. Моментом силы любого сопротивления (P„h0 /2) пренебрегаем ввиду его малой величины, а момент от силы динамической реакции почвы

/£д(хд -1)=0, так как хд = 1.

Для рассматриваемого случая уравнение равновесия будет иметь вид

G'(b-l)eosa-G'(ha =-R)sin а + Qr(br -l)cosa-

- Qr (hr - R)sin а - Ркр (hr - R)cos(3 + PKp (br - l)sin p - (xд -1)= 0.

В полученном уравнении крюковую силу тяги заменим её величиной из выражения (6.14). После ряда подстановок и преобразований получим

да G'(b -1)+ Qj(br -1)-Q2f2[(hr -R)cosp-(br -l)sinp]

lmX gG(hr -R)+Q!(hr -R)+Q2[(hr -R)cosp-(br -I)sinp]' ( j

Расчёты на ЭВМ показали, что происходит завышение статического и занижение динамического угла продольной устойчивости в пределах 3,5 ... 5 %, что лежит в пределах точности технических расчётов. Следовательно, оценку устойчивости гусеничных тракторов можно вести по упрощенным формулам, полученным для машин с жёстким креплением катков.

В целях уменьшения сопротивления движению нагрузки между опорными катками по длине гусеницы должны распределяться равномерно, а координата центра динамического давления должна быть равной половине опорной длины гусеницы: хд ~ L/2. Этого можно достигнуть, если центр тяжести порожнего гусеничного трактора будет смещен вперед от середины гусеницы. Определим величину потребного смещения ц.т., рассматривая движение гусеничного трактора на горизонтальном участке. Величиной лобового сопротивления Рн пренебрегаем из-за малой величины.

Составим уравнение равновесия:

Gb + Qibr - PKphr cosp + PKpbr sin p - гдхд = 0.

Откуда

Gb + Chbj. -PKp(hr cosp-br sin p)

2д

(6.16)

Величина динамической реакции почвы равна

2д=0 + д1+Ркр8тр. (6.17)

После преобразований получим

с[ь-^ = д]^-ьг^ + Ркр^-Ьг^тр + РкрЬгсо8р. (6.18)

В выражении (6.18) величины в круглых скобках представляют собой смещение по длине базы точек приложения сил й, СЬ и Ркр.

Потребное смещение ц.т. составит:

ец +ркр(ег втр + Ьг совр)]. (6.19)

В седьмом разделе исследованы условия труда водителей и операторов системы «оператор-машина-среда» при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации лесотранспортных машин.

Установлено, что при функционировании системы «Оператор-Машина-Среда» водителю (оператору) сопутствуют основные источники опасности (рисунок 7.1).

При изучении шума в кабинах лесотранспортных машин средней грузоподъемности установлено, что его уровни при различных режимах и условиях эксплуатации колебались от 85 до 105 дБ. Уровень внутреннего шума в кабинах грузовых автомобилей (ЗИЛ, МАЗ и др.) варьирует в пределах 84...86 дБА ±4 ... 5 дБ, а в КрАЗе - до 90 дБА, в валочно-пакетирующих машинах - 85...90 дБа. При определенных условиях (использование низких передач, форсирование двигателя и т. д.) шум достигал 99 дБА, причем эквивалентный уровень за рабочую смену превышал 85 дБА.

Рисунок 7.1 - Основные источники опасности в лесном комплексе Третьоктавный анализ спектра вибрационных нагрузок (рисунок 7.2) показал, что максимум энергии вертикальных колебаний сосредоточен в третьоктаве 8 Гц, превышая существующие нормативы для транспортно-технологического оборудования на 6 дБ и технологического на 15 дБ соответственно. Наибольшие виброскорости как по оси х, так и по оси у отмечались в октавах со среднегеометрическими частотами 2 ... 8 Гц со снижением к высоким частотам по 2 ... 10 дБ на октаву.

С помощью детальных исследований изменений показателей работоспособности в динамике рабочего дня было выявлено довольно значительное неспецифическое влияние вибрации на организм оператора.

В дальнейшем было изучено специфическое влияние вибрации машины на водителя в реальных условиях его деятельности. Было установлено, что стабило-графические показатели как в сагиттальной, так и во фронтальной плоскости увеличиваются у операторов после 8 часов работы, причём резко возрастает коэффициент плоскостной асимметрии. О повышении к концу рабочей смены порога возбудимости вестибулярного анализатора к постоянному электрическому току говорят ре-

зультаты гальванометрии. Эти данные подтверждаются и результатами исследования устойчивости прямостояния в сенсибилизированной позе Ромберга. Уже через 1 ч работы показатели увеличиваются и достигают своего максимума в конце смены (рисунок 7.3).

140

120

1Д 100

Ч

к 80

S

3'

га а. 60

ю

5

m 40

20

0

s

— s ч— _

7 9 11 13 Частота (Гц)

15 17

х0 - горизонтальная ось от спины к груди; у„ - горизонтальная ось от правого плеча к левому; го - вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела. Рисунок 7.2 - Спектральная характеристика вибраций на рабочем месте водителя автопоезда МАЗ 5434АЗ-220+ГКБ-9383

Индекс Сила

Баланс равновесия, ас/і,Балл

А

динамии, TOKO,

стабилизации, V.

- 3.0

- 410 - 2.6

- 370 - г.г

- 330 - 1.8

- 290 - 1.4

- £50 - 1,0

150 140 130 120 110 100

100 200 300 400 500 600 ^ин Время роботы оператора Рисунок 7.3 Динамика коэффициента плоскостной асимметрии стабилографи-ческих показателей (1), показателей гальванометрии (2) у операторов машин в течение смены

Оценка вибронагруженности производится по отдельным полосам частот или же по средневзвешенному ускорению с учётом интенсивности и времени воздействия вибрации каждой полосы частот

(ТЭ =7x5^", (7Л)

где 8; - весовой коэффициент 1 -го диапазона частот;

С7] — средневзвешенное ускорение от вибрации ¡-ой полосы частот; стэ -средневзвешенное среднеквадратическое ускорение от вибрации во всем диапазоне частот.

Сравнивая фактический уровень виброускорения с допускаемым в данной полосе (третьоктавной) частот по стандартам, определяется допускаемая продолжительность рабочего дня водителя по условию неснижения производительности его труда.

Если вибронагруженность водителя будет превышать нормы, то допускаемая продолжительность рабочего времени Тр будет ограничиваться

Тр=8 [а]|/а?, (7.2)

где [о]8 - допускаемое значение среднеквадратического виброускорения за 8-часовой рабочий день;

а; - замеренное значение среднеквадратичного ускорения.

Введем критерий, обозначающий риск травмирования рабочего при выполнении им управленческих операций в технологическом процессе через II, выраженный функцией Я = Г(п,ш,р) и находящийся в пределах:

0<Я<1 (7.3)

В случае, когда уровень безопасности управления машиной низкий, т=0, К=0, то управление машиной может вскоре привести ее к аварийному состоянию.

В случае, когда ш=п, критерий безопасности технологического управления 11=1. При этом безопасность технологического управления машиной находится на высшем уровне и это означает, что управление машиной абсолютно безопасно.

Структура функции Я = Г(п,т) может быть записана в виде формулы

К = а1И-(311, (7.4)

где а,, Д - безразмерные параметры линейной модели критерия безопасности технологического управления машиной;

I - отношение количества безопасных операций управления (т) технологическим процессом к общему количеству операций (п), обеспечивающих безопасность управления и регулировок машины в технологическом процессе.

Отношение I количества безопасных операций управления (ш) технологическим процессом к общему количеству операций (п), обеспечивающих безопасность управления и регулировок машины в технологическом процессе изменяется в пределах 0 < I < 1.

Безразмерные параметры линейной модели критерия безопасности технологического управления машиной, при выше указанных значениях I, определяются из системы а,, Д

Г«.+Р>=1 |а1= 1,5 |2а, +0, =2,5 \Э, =-0,5

Тогда

- при условии, что I = 1 => Я = 1, то есть + Р] = 1;

- при условии, что I = 0,5 => Я = —, то есть 0,625 .

8

Таким образом, критерий безопасности технологического управления машиной Я определяется равенством:

п п2 о (Зп-ш)ш

или = ^-г^—. (7.6)

2п

Примем, что общее количество операций (п), количество безопасных операций управления (т), учитывающих конструктивные особенности машины, количество безопасных операций управления (р), учитывающих индивидуальные особенности оператора, а критерий риска травмирования оператора при выполнении им управленческих воздействий в производственном процессе II = 1-8, причем критерий 5, характеризует безопасность оператора и нормируется на множестве [0;1]. При этом структура должна быть линейной относительно величин ш/п;р/п;р/(т + 1), где 0<т<п;0<р<т;п>1.

С учетом того, что р/(ш + 1) не имеет неопределенности вида - (0/0) определим критерий безопасности оператора из формулы Б

8 = а2- + р2£ + У2-^, (7.7)

п п т + 1

где а.2, > 72 " безразмерные параметры модели критерия безопасности Б оператора.

Определив параметры а2,Р2>У2> и подставив значения их величин в выше указанные выражения, получим формулу

0,6п + 2 0,4т2 + Зп — 2т)

—--ш н—-—^-'с

п(п + 2) п(п + 2)(т +1)

При равном количестве управленческих и безопасных операций критерий риска Яр = 0 - управление машиной теоретически абсолютно безопасно.

На рисунке 7.4, а и б представлены трехмерные графические зависимости критерия риска Яр от п,т,р при различно допустимых сочетаниях их величин.

На основе приема и анализа информации о состоянии подсистем «машина», «среда» и «человек» у оператора машины формируется определенное психофизиологическое состояние, которое в изменяющихся условиях производственного процесса постоянно меняется. Изменение психофизиологического состояния оператора приводит к изменению его функционального состояния и как следствие работоспособности, которая обуславливает уровень его надежности и безопасности в технологическом процессе. Сравнительную оценку о профессиональной пригодности лиц с различным типом нервной системы с учетом медицинских осмотров нами предлагается проводить по методике, представленной в таблице 7.2.

Для проведения исследований была определена группа из пятидесяти человек (количество испытуемых устанавливалось с учетом репрезентативности). Группа была подобрана однородной по своему составу:

по возрастному и квалификационному критерию (анкетирование);

по критерию профессиональной успеваемости (по Айзенку).

Яр=1-

(7.8)

На компьютерном тренажере была проведена профессиональная оценка группы водителей и операторов. Соответственно каждому человеку по правильности и быстродействию выполнения предложенной программы рядом экспертов был присвоен коэффициент квалификации, соответствующий степени подготовленности человека к управлению технологическим процессом машины.

Исследования проводились в течение рабочего времени, при этом измерения параметров проводились интегрально: на протяжении всего цикла выполнения программы, фиксировались правильности выполнения управленческих воздействий и время их выполнения (свидетельство о регистрации на программное обеспечения для ЭВМ №2012617525). Параметры микроклимата в кабине каждой машины создавались с учётом эргономических требований к условиям рабочего места операторов

а-при т = 10, р = 2,6,10 Критерий , 1

риска Ер

0.1

010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Количество операций п б- т = 4,6,10 р = 2

Рисунок 7.4 - Зависимость критерия риска травмирования (Кр) при технологических регулировках от общего количества операций управления (п = 10... 20 ).

Таблица 7.2 - Шкала оценки тип темперамента с учётом психических качеств

Тип темперамента Психические качества, характерные для темперамента Суммарная оценка положительных качеств темперамента, баллы

Сила нервных процессов Урав-нове-вешен шен-ность Подвижн. (быстрота реакции) Эмоциональная устойчивость Концентрация внимания Координация движений Остр ота зрения Разли ли-чие цветов

Холерик + - + - + + + + 6

Сангвиник + + + + + + + + 8

Флегматик + + - + + + + + 7

Меланхолик - - - - - - + + 2

Как показывает анализ несчастных случаев наибольшему риску травмирования со смертельным исходом подвергаются операторы валочно-пакетирующих машин (26,8 % от общего числа погибших), трактористы-машинисты и слесари-ремонтники (19,9 %), а также водители автомобилей и автопоездов (14,6 %) и электрогазосварщики (10,2 %). Трактористы-машинисты получают смертельные травмы при выполнении ремонта и работ по техническому обслуживанию лесозаготовительной техники; водители автомобилей - при ремонте грузовых и легковых автомобилей; слесари-ремонтники - при ремонте и техобслуживании лесозаготовительной техники и стационарных машин и оборудования.

Анализ условий труда ремонтных работников показывает, что условия не в полной мере соответствуют существующим нормативам. Эксплуатируется много старой техники, что значительно влияет на уровень производственных травм и профессиональных заболеваний.

На основе разработанной методики при помощи шести отобранных экспертов была осуществлена оценка таких параметров приспособленности, как удобство, доступность, сложность и безопасность выполнения операций технического обслуживания лесозаготовительной техники. Параметр приспособленности оценен для основных видов машин, техническое обслуживание и ремонт которых осуществляется на ремонтных участках лесозаготовительных предприятий.

Оп ределение обобщенного показателя приспособленности для каждой технологической операции (на основе результатов экспертной оценки) выполнялся с помощью ЭВМ.

Проведенными исследованиями установлено, что наименьшую приспособленность имеют следующие операции: замена масла; проверка надежности крепления корпуса к раме; монтаж и демонтаж узлов и агрегатов; регулировка тормозов; смазка режущего аппарата, регулировка натяжения передач.

Большинство рабочих органов лесозаготовительной техники имеют недостаточную приспособленность к выполнению технического обслуживания. Наименее приспособленными рабочими органами, вызывающими повышенный риск травмирования ремонтных рабочих и требующими усовершенствования, являются: тормозная система, система смазки, гидросистема и др. Согласно расчета значения обобщенного показателя приспособленности в целом для валочно-пакетирующей машины (Як ) составляет 0,797, а величина риска травмирования работника при выполнении технического

обслуживания составляет 0,122; в целом для автопоезда II^ = 0,823 и риск травмирования 0,121; в целом для автомобиля = 0,831 и риск травмирования 0,119.

С целью подтверждения теоретических данных по расчету показателя риска травмирования ремонтного работника был проведен регрессивный анализ по результатам экспертной оценки риска травмирования при выполнении некоторых операций технического обслуживания. Анализ показал высокую сходимость теоретических и экспериментальных данных (Л^ =0,93) (рисунок 7.5).

Расчёты экономической эффективности произведены по разработанной программе (свидетельство о государственной регистрации программного обеспечения для ЭВМ №2012617525). Внедрение мероприятий по снижению риска травмирования, повышения уровня квалификации, позволяет снизить такие показатели как выплаты по временной нетрудоспособности, простои техники, затраты по больничным листам. В среднем по предприятию снижение составило 25 тыс. р. в год (таблица 7.3).

Р

з

0,2 0,4 0,6 0,5

Критерий риска травмирования Рисунок 7.5 - Результаты сравнительной оценки теоретических и экспериментальных данных

№ п/п Наименование Ед. изм. Значение

1 Прирост производительности труда за счёт снижения трудоёмкости % 12,5

2 Прирост производительности труда за счёт условного высвобождения численности работающих: - до внедрения - после внедрения % % 5,2 4,1

3 Материальные потери от производственного травматизма: - до внедрения мероприятий - после внедрения мероприятий р-р- 27239 14866

4 Сокращение материальных потерь в связи со снижением производственного травматизма Р- 15476

5 Годовой экономический эффект р. 3124

6 Срок окупаемости единовременных затрат в связи со снижением травматизма лет 5,2

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Разработанная в результате теоретических обобщений и экспериментальных исследований математическая модель, адекватно отражающая колебательный процесс движения лесотранспортных машин, позволяет дифференцированно определить допустимую величину дисбаланса колес для любой модели автопоезда.

При проектировании автопоездов следует не допускать близости собственных частот колебаний управляемых колес вокруг осей шкворней и на подвеске, так как это может привести к существенному повышению чувствительности колебательной системы к дисбалансу колес.

2 Решающее влияние на поведение управляемых колес оказывает величина плеча стабилизации, которое представляет собой сумму шинного и конструктивного (зависит от радиуса колеса и угла у, плеч стабилизации). Устойчивое движение управляемых колес возможно при малых значениях у (порядка 15°). Приемлемым является использование малых значений угла у, если при этом суммарное плечо стабилизации будет оставаться положительным для предотвращения апериодической неустойчивости.

3 Получены закономерности распределения нормальных контактных напряжений по площади контакта автомобильной шины, подтверждаемые экспериментальными исследованиями, позволяющие определить интенсивность износа протектора грузовых шин как в нормальных условиях, так и в заданных условиях нагружения, отличающихся от нормальных, а также оценить в заданных условиях нагружения влияние рассмотренных основных эксплуатационных параметров на износ автомобильных шин; нормальной нагрузки в интервале (0,5 ... 1,5)С; внутреннего давления

- (0,5 ... 1,5)р0; крутящего или тормозящего моментов - (0 ... 2,0)Мо; скорости качения - (0,5 ... 2,0) V; угла увода - (0 ... 5°) 5; высоты выступов, рисунка протектора

- от начальной до 1 ... 2 мм.

4 Разработанная методика оценки надёжности новых и капитально отремонтированных лесотранспортных машин, учитывающая наличие стохастических связей между дорожными и транспортными факторами, позволяет определить научно обоснованные коэффициенты корректирования нормативов технической эксплуатации лесотранспортных машин с совершенствованием их информационной базы.

Экономический эффект от внедрения разработок достигается за счёт снижения затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт в результате повышения средневзвешенного значения коэффициента корректирования периодичности технического обслуживания и уменьшения средневзвешенного значения коэффициента корректирования удельной трудоемкости текущего ремонта при переходе от существующей классификации к более дифференцированной и уточненной и соответствующей ей системе корректирования нормативов. По результатам расчетов установлено, что экономический эффект на 1 автомобиль в год составит 24,7 тыс. р., а на парк основных моделей автомобилей в отрасли - 2 млн. р.

5 Полученные закономерности, описывающие влияние условий эксплуатации на производительность лесовозного автотранспорта, позволяют определить диапазон его потенциальных свойств с учётом предельного состояния конструкций: при эксплуатации лесовозных автопоездов в сложных дорожно-климатических условиях тормозные системы их значительно перегружены; скорость движения автопоездов по элементам дорожно-транспортной сети колеблется в пределах 3,5 ... 18,75 км/ч и ограничивается в основном условиями безопасности движения; движение на укло-

нах 6 ... 7 % осуществляется в режиме торможения двигателем с периодическим подтормаживанием колесными тормозами; на каждый километр спуска в среднем приходится 5 ... 8 торможений.

6 Расчетами установлено, что совместно с коэффициентом эффективности торможения (Кэ) при учете в значениях максимального замедления и тормозного пути поправочных коэффициентов КД|, Кд(, КД2, характеризующих техническое

состояние двигателей и зависящих от значения мощности, значительно уменьшается фактический минимальный тормозной путь.

7 Предложенная методика оценки устойчивости и тяговой динамики колесных и гусеничных трелёвочных тракторов, учитывающая состояние среды эксплуатации, за счёт рекомендаций по установке углов продольной и поперечной устойчивости, угла сползания и определения местоположения центра тяжести, позволяет повысить их проходимость и увеличить тяговые качества, тем самым увеличив производительность.

8 Обоснованный и предложенный критерий технологической безопасности лесо-транспортных машин, обусловленный количеством безопасных регулировок управления и количеством технологических регулировок, позволяет прогнозировать операции с повышенной степенью риска, и по возможности, снижать их количество. Установлено, что при увеличении количества операций управления в два раза и технологических регулировок на 25 %, критерий технологической безопасности мобильных колесных машин снижается на 22 %.

9 Предложенная методика оценки профессиональной пригодности по индивидуально-типологическим качествам, как отдельных кандидатов-операторов мобильных машин, так и всего контингента операторов, позволяет выявить влияние человеческого фактора на безопасность системы «Оператор-Машина». Использование предложенной методики позволило снизить травматизм операторов на 10 ... 11 %.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1 Автоматизированная система управления машинно-тракторным парком [Текст] / К. А. Яковлев, В. А. Иванников, А. В. Чупахин, Ю. М. Помогаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2006. - №9. - С. 24-25.

2 Яковлев, К. А. Многокритериальная оптимизация и принятие решений в задачах управления комплексом лесотехнических машин [Текст] / К. А. Яковлев, А. В. Муратов // Системы управления и информационные технологии - 2008,- №4(34) -С.38-41.

3 Яковлев, К. А. Анализ основных задач управления на всех этапах жизненного цикла комплекса транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев // Системы управления и информационные технологии. - 2008.- №4(34). - С. 99-103.

4 Яковлев, К. А. Разработка концептуальной модели парка лесотехнической техники как сложной технической системы [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2009,- Т.5. - №8. - С. 14-19.

5 Яковлев, К. А. Определение оптимального числа точек контроля, обеспечивающих максимизацию глубины поиска дефекта при диагностике лесотехнической техники [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009- Т.5. - №8. - С. 42-44.

6 Яковлев, К. А. Определение оптимальной структуры состава парка лесотехнической техники [Текст] / К. А. Яковлев, А. В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №1. - С. 43-46.

7 Яковлев, К. А. Оптимизация показателей надежности транспортно-технологических машин (на примере лесотехнической техники) [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. -№1. -С. 118-122.

8 Яковлев, К. А. К вопросу эффективности решения многокритериальных задач управления машинами лесного комплекса [Текст] / К. А. Яковлев // Научно-технический вестник Поволжья. - 2010. - №1. - С. 175-180.

9 Яковлев К. А. Разработка модифицированного эволюционного алгоритма решения задач многокритериальной оптимизации на всех этапах жизненного цикла парка транспорт-но-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев, А. В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №7. - С. 33-38.

10 Яковлев К. А. Решение задачи многоцелевой оптимизации подвижности лесотехнических машин [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №7. - С. 64-67.

11 Яковлев, К. А. Формирование решающих правил для оценки состояния транс-портно-технологических машин на основе методов интеллектуального анализа данных [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №10. - С. 95-99.

12 Яковлев, К. А. Разработка автоматизированной системы поддержки жизненного цикла парка транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №10. - С. 179-182.

13 Яковлев, К. А. Разработка структуры и функционального наполнения системы управления парком транспортно-технологических машин на всех этапах жизненного цикла [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. - №12. - С. 63-67.

14 Яковлев, К. А. Постановка задачи оптимизации подвижности транспортно-технологических машин как основного эксплуатационного свойства [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. -№12.-С. 99-102.

15 Яковлев, К. А. Определение концепции транспортно-технологических машин как основной этап при разработке конкурентоспособных образцов техники [Текст] / К. А. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т.7. -№1. - С. 124-128.

16 Яковлев, К. А. Разработка автоматизированной экспертной подсистемы технической поддержки и ремонта транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев, А. В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т.7. - №1. - С. 134-136.

17 Яковлев, К. А. Постановка задачи критериальной оптимизации основных оценочных показателей конкурентоспособности транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев, А. В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т.7. - №2. - С. 154-158.

18 Яковлев, К. А. Комплекс транспортно-технологических машин в лесном хозяйстве региона: проблемы управления жизненным циклом [Текст] / К. А. Яковлев // РЕГИОН: системы, экономика, управление. - 2011. - №3(14). - С. 116-124.

19 Яковлев, К. А. Концептуальные основы развития ситуационного подхода в системах управления парком транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев // РЕГИОН: системы, экономика, управление. - 2011. - №3(14). - С. 125-130.

20 Яковлев, К. А. Управление сложными транспортно-технологическими структурами в лесном комплексе [Текст] / К. А. Яковлев // РЕГИОН: системы, экономика, управление. - 2011. -№3(14). - С. 131-134.

21 Яковлев, К. А. Оптимизация параметров управления состоянием элементов лесозаготовительных машин [Электронный ресурс] / К. А. Яковлев // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 3. - Режим доступа : www.science-education.ш/103-6422■

Материалы конференций

22 Яковлев К. А. Становление и развитие машинно-технологических станций как новых объектов и субъектов управления [Текст] / К. А. Яковлев, А. М. Шибаев, А. М. Чер-нышов // Национальные проекты как фактор созидания в современной России: материалы региональной межвузовской научно-практической конференции. - Воронеж: изд-во МГЭИ, 2006. - Ч. I. - С. 322-325.

23 О преимуществах комплексного технического обслуживания на региональном уровне [Текст] / К. А. Яковлев, А. Ф. Демченко, А. С. Аненнко, А. М. Чернышев // Край наш, Черноземный. Опыт, проблемы и пути развития сельских территорий: материалы заседаний регионального «круглого стола» Черноземья. - Воронеж: изд-во Истоки, 2006. - Ч. II. -С. 221-228.

24 Скрыпников, А. В. Улучшение условий труда работников при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации автомобильной техники [Текст] / А. В. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, К. А. Яковлев // «Научное творчество XXI века» : материалы международной конференции. - Красноярск, 2012. - С. 151-154.

Статьи в отраслевых сборниках

25 Яковлев, К. А. Организация управления ремонтным и техническим обслуживанием автомобильного транспорта [Текст] / К. А. Яковлев // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте : межвузовский сборник научных трудов ВГЛТА. - Воронеж, 2008. - Вып. 3. - С. 188-192.

26 Яковлев, К. А. Диспетчерское управление и контроль транспортных средств как важнейшее инновационное направление [Текст] ! К. А. Яковлев // Научно-практический вестник : «Энергия - XXI век». - 2009. - № 2 (72). - С. 53-57.

27 Яковлев, К. А. Особенности современных систем управления и контроля транспортных средств на основе спутниковой навигации [Текст] / К. А. Яковлев // Региональная пореформенная экономика и управление (инновационные, информационные и кадровые факторы антикризисного взаимодействия) : материалы очередного заседания регионального «круглого стола» Черноземья. - Воронеж: Научная книга, 2009. - Выпуск VI. - С. 259-263.

28 Яковлев К. А. Стратегии управления техническим состоянием машин на уровне элемента [Текст] / К. А. Яковлев, С. И. Сушков, А. В. Быков // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: межвузовский сборник научных трудов ВГЛТА. - Воронеж, 2009. - Вып. 4. - С. 166170.

29 Яковлев, К. А. Формирование многоцелевых управленческих задач для жизненного цикла лесотранспортных машин [Текст] / К. А. Яковлев // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте : межвузовский сборник научных трудов ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 5. - С. 18-29.

30 Яковлев, К. А. Организационно-экономический механизм управления формированием оптимальных структур парков лесохозяйственной техники [Текст] / К. А. Яковлев // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: межвузовский сборник научных трудов ВГЛТА. - Воронеж, 2010.-Вып. 5.-С. 29-41.

31 Яковлев, К. А. Нормативные показатели, алгоритмы диагностирования и контроля как важнейшие факторы эффективного управления работоспособностью лесохозяйственной техники [Текст] / К. А. Яковлев // Перспективные технологии, транспортные

6

средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте : межвузовский сборник научных трудов ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 5. - С. 266-271.

32 Яковлев, К. А. Гибридный эволюционный алгоритм как важнейший фактор решения задач многокритериальной оптимизации жизненного цикла парка транспортно-технологических машин [Текст] / К. А. Яковлев // Моделирование систем и процессов -2011.-№1-2.-С. 69-73.

Монографии

33 Скрыпников, А. В. Повышение надёжности лесовозных автопоездов [Текст] : монография / А. В. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, К. А. Яковлев. - Воронеж, 2012 - 154 с -Деп. в ВИНИТИ 28.05.2012 , № 253-В2012.

34 Скрыпников, А. В. Изучение вопросов отказов механизмов и узлов лесовозных автопоездов [Текст] : монография / А. В. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, О. Н. Бурмистро-ва, К. А. Яковлев. - Воронеж, 2012. - 68 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.05.2012, № 256-В2012.

35 Скрыпников, А. В. Повышение эффективности технической эксплуатации [Текст] : монография / А. В. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, А. И. Урюпин, К. А. Яковлев. - Воронеж, 2012. - 66 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.05.2012, № 258-В2012.

36 Скрыпников, А. В. Повышение надежности технического состояния парка подвижного состава, специализирующегося на перевозке лесных грузов [Текст] : монография / А. В. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, К. А. Яковлев. - Москва: «Флинта», «Наука» 2012 -152 с.

Свидетельство на программное обеспечения для ЭВМ

37 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617525 Программа расчета оптимального маршрута лесовозного автопоезда при вывозке лесопродукции [Текст] / А. В. Скрыпников, Е. В Кондрашова, Т. В. Скворцова, К. А. Яковлев ; правообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - № 2012615448 ; заявл! 02.07.2012 ; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 20.08.2012.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д212.146.03 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 141001, г. Мытищи, ул. 1-ая Институтская, д. 1, ФГБОУ ВПО «МГУЛ», учёному секретарю. Тел. 8(498)687-38-81, e-mail: uchsovet@mgul.ac.ru

Яковлев Константин Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 24.04.2013 г. Заказ № 123477 _Объем - Уел п. л. 2,5 Тир. 100 экз._

Типография Воронежской государственной лесотехнической академии 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

На правах рукописи

0520i.35i.Gii

ЯКОВЛЕВ Константин Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Скрыпников А.В.

Воронеж-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................7

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.........................15

1.1 Технический ресурс лесозаготовительных машин...................................15

1.2 Анализ методов повышения надежности машины...................................35

1.3 Выводы и задачи исследования...................................................................36

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ И УПРАВЛЯЕМОСТИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН..............................38

2.1 Исследование влияния дисбаланса колес на возникновение колебаний в системах подвески и рулевого управления лесотранспортных машин..............38

2.1.1 Теоретический анализ влияния дисбаланса на колебания колес на подвеске...................................................................................................................39

2.1.2 Математическая модель колебательной системы колеса на подвеске с учетом дисбаланса.................................................................................................41

2.1.3 Расчет интенсивности вынужденных колебаний колес на подвеске, вызванных дисбалансом колес...............................................................................45

2.1.4 Теоретический анализ влияния дисбаланса на колебания управляемых колес вокруг осей шкворней...........................................................56

2.1.5 Исследование влияния параметров подрессоривания роспуска на его плавность хода..........................................................................................................67

2.1.6 Выводы....................................................................................................79

2.2 Исследование влияния параметров ходовой части и шин на интенсивность колебаний колес автомобилей......................................................80

2.2.1 Анализ конструкций рулевых управлений и подвесок автомобилей как колебательных систем.......................................................................................80

2.2.2 Разработка и описание модели колебательной системы с двумя управляемыми мостами...........................................................................................86

2.2.3 Математическое описание движения модели.....................................88

2.2.4 Подготовка задачи для решения на ЭВМ............................................93

2.2.5 Исследование самовозбуждающихся колебаний в системе с одной (основной) степенью свободы с учетом нелинейностей....................................101

2.2.6 Моделирование поведения системы с двумя основными степенями свободы.................................................................................................................103

2.2.7 Экспериментальные исследования....................................................106

2.2.8 Прогнозирование срока службы шин..........................................113

2.2.9 Выводы..................................................................................................122

2.3 Исследование работы рулевых управлений с гидроусилителями.........123

2.3.1 Первая схема........................................................................................123

2.3.2 Вторая схема.............................................................................................125

2.3.3 Третья схема.........................................................................................125

2.3.4 Теоретический анализ работы различных систем гидроусилителей....................................................................................................126

2.3.5 Оптимизация углов давления в рулевых управлениях....................127

2.3.6 Результаты экспериментальных исследований................................132

2.3.7 Выводы..................................................................................................133

3 ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ..............135

3.1 Методика корректирования нормативов технической эксплуатации автопоездов.............................................................................................................135

3.1.1 Критический анализ методов определения рациональных режимов технического обслуживания и ремонта...............................................................136

3.1.2 Критический анализ методов нормирования потребности в запасных частях к автомобилям на ремонтно-эксплуатационные нужды........................140

3.2 Совершенствование теоретических основ технической эксплуатации автомобилей............................................................................................................141

3.3 Разработка методических указаний по стоимостному нормированию операций текущего и предупредительного восстановления.............................149

3.4 Предложения по нормам расхода запасных частей грузовых автомобилей............................................................................................................151

3.5 Оценка эксплуатационной надёжности грузовых автомобилей............153

3.5.1 Комплексная оценка надежности автомобилей и их агрегатов......159

3.6 Сравнительная оценка надёжности грузовых автомобилей...................166

3.7 Экономическая эффективность результатов исследований...................172

3.8 Выводы.........................................................................................................173

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ.........174

4.1 Объекты задачи исследования..................................................................174

4.2 Классификация эксплуатационных качеств и их влияние на эффективность лесовозных автопоездов.............................................................176

4.3 Исследование влияния условий эксплуатации на производительность лесовозных автопоездов........................................................................................180

4.4 Граничные условия эксплуатации и предельные состояния систем лесовозных автопоездов........................................................................................189

5 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ И БЕЗОПАСНОСТЬЮ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ С УЧЁТОМ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСМИССИИ, ХОДОВОЙ ЧАСТИ, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.............................................195

5.1 Анализ взаимосвязи между эффективной мощностью двигателя и противоречия "скорость-опасность"....................................................................195

5.2 Исследование способов загрузки двигателя за счёт торможения автомобиля..............................................................................................................197

5.3 Анализ тяговых и тормозных свойств автомобилей...............................199

5.4 Анализ взаимосвязи между эффективной мощностью и топливной экономичностью двигателя...................................................................................216

5.5 Способ ускорения прогрева двигателей, экономия расхода топлива и повышение точности измерения показателей при бестормозных испытаниях.............................................................................................................224

5.6 Оценка тормозных качеств автомобилей.................................................228

5.7 Выводы.........................................................................................................231

6 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ И ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ТРЕЛЕВОЧНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ...........................................234

6.1 Объект и задачи исследования..................................................................234

6.2 Методика оценки устойчивости колесных и гусеничных машин.........235

6.2.1 Колесные машины...............................................................................235

6.2.2 Особенности оценки устойчивости гусеничных машин с балансирной подвеской.........................................................................................244

6.3 Анализ тягово-динамических качеств тракторов....................................248

6.3.1 Показатели эффективности трактора................................................250

6.3.2 Анализ тягово-скоростных качеств тракторов различной энергонасыщенности.............................................................................................256

6.4 Применение системного подхода для обоснования параметров колесного трактора.................................................................................................260

6.4.1 Понятие и принципы системного подхода.......................................260

6.4.2 Колесный трелевочный трактор как детерминированная система........................................................................................266

6.5 Параметры тяговой динамики трелёвочных тракторов и лесовозных автопоездов.............................................................................................................273

6.6 Выводы..............................................................................277

7 УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА РАБОТНИКОВ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ, РЕМОНТЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ...............................................................................................................278

7.1 Состояние проблемы в области улучшения производственных условий .278

7.2 Шум и инфразвук в кабине лесотранспортных машин..........................279

7.3 Вибрация......................................................................................................282

7.4 Токсичные вещества в кабинах автопоездов...........................................284

7.5 Микроклимат в кабинах лесотранспортных машин............................292

7.6 Освещённость кабин лесотранспортных машин.....................................295

7.7 Ремонт лесотранспортных машин..............................................................297

7.8 Нервно-эмоциональное напряжение..........................................................299

7.9 Работоспособность оператора...................................................................303

7.10 Квалиметрическая модель оценки надёжности операторов лесотранспортных машин.....................................................................................307

7.11 Техническая оснащенность лесозаготовительных предприятий................310

7.12 Теоретическое обоснование критерия оценки безопасности лесотранспортных машин.......................................................................................313

7.13 Методика экспериментальных исследований...........................................317

7.14 Выводы........................................................................................................321

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.........................................................................323

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................326

ПРИЛОЖЕНИЕ А Дипломы................................................................................348

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты внедрения.....................................................................351

ПРИЛОЖЕНИЕ В Свидетельство на программное обеспечение для ЭВМ....375 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Фрагмент программы расчёта оптимального маршрута лесовозного автопоезда при вывозке лесопродукции........................................376

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В середине 90-х годов начался резкий спад лесозаготовительного производства. По причине физического и морального износа лесозаготовительной техники резко снизилась прибыль предприятий лесного комплекса. В настоящее время на лесосечных работах и при вывозке древесины используется устаревшая техника, созданная в 70 ... 80-х годах прошлого столетия.

Из-за отсутствия собственных средств у предприятий лесного комплекса в последние годы не проводится обновление машин и оборудования, в которых за срок их службы изнашиваются не только исходные образцы, но и целый комплекс повторно вводимых в те же машины сменяемых деталей и других недолговечных элементов. В структуре действующего парка лесозаготовительной техники 80 % занимает полностью амортизированная техника, которая должна быть модернизирована или списана, а коэффициент выбытия в 10 раз превышает коэффициент обновления.

Существующая ремонтная политика сформировалась в дорыночных условиях при соответствующих соотношениях цен на сырьевые ресурсы и машины. В тот период и была создана действующая до сегодняшнего дня концепция планово-предупредительной системы технического обслуживания лесотранс-портных машин: допуски, регламенты, нормативы и т.д. В нынешних экономических условиях требуются новые подходы к формированию методологии технической эксплуатации и ремонта лесотранспортных машин.

Для поиска оптимальных решений среди множества возможных необходимо определение момента проведения работ по восстановлению технического состояния машины, зависящего от различных факторов, часто противоречащих друг другу.

Техническое сопровождение эксплуатации лесотранспортных машин необходимо рассматривать как инструмент управления запасом их потенциальных возможностей, заложенных при изготовлении и пополняемых при техническом обслуживании и ремонте. В результате этих исследований мож-

но получить существенное упорядочение структуры составляющих элементов машин того или другого назначения и дать соответствующую оценку их конструктивного и технологического совершенства. Последнее позволит выявить и подвергнуть первоочередному улучшению отдельные узлы и детали машин, постепенно подчинить общий прогресс техники определенным закономерностям и контролировать его количественными показателями. Подготовка базы для этого направления исследований машин и составляет главное содержание диссертационного исследования.

Работа выполнялась автором в соответствии с темой: «Разработка ресурсосберегающих и экологически перспективных технологий эксплуатации лесовозного автомобильного транспорта» (№ гос. регистрации 01960010574) и Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Минпромторга России и Минсельхоз России от 31 октября 2008 г. №248/482).

Степень разработанности проблемы. Важной проблеме эксплуатации машин на лесозаготовках посвящены работы A.B. Селиванова, В.И. Посметье-ва, В.П. Немцова, В.К. Курьянова. Однако вопросы сбережения ресурса в этих работах не ставились.

Среди работ, характеризующих технологию лесозаготовительного производства, выделим труды A.A. Камусина, В.В. Винокурова, Ю.А. Ширнина, А.И. Иевлева. Сделана попытка формирования стратегии развития лесопромышленного комплекса РФ. Однако она основывается на насыщении парка машин новой техникой.

В работах И.М. Маликова, В.А. Барановского и др. представлен чрезмерно большой перечень показателей для количественной оценки надёжности (вероятность исправной работы, среднее время исправной работы, среднее время между двумя соседними отказами), который явно неприемлем. Кроме того, эти авторы исследовали надёжность различных элементов без учёта заранее предусмотренной сменяемости элементов современных конструкций.

Имеются многочисленные исследования по ресурсосбережению технического потенциала машины и повышению долговечности её элементов (Я.Б. Шор, Г.А. Кургузкин, В.Н. Тайер и др.). Но, к сожалению, авторы долговечность характеризуют наработкой на отказ, то есть по существу также некоторым сроком службы изделия. При отождествлении долговечности со сроком службы теряется возможность качественно новой оценки долговечности машины, отражающей разнообразие сроков службы отдельных её элементов и их значимость в обеспечении работоспособности машины.

Аспектами управления техническими ресурсами парка машин занимались такие учёные как А.Н. Заикин, В.М. Котиков, В.К. Курьянов, Н.И. Лебедев, П.М. Мазуркин, Ф.В. Пошарников, A.B. Скрыпников, А.Н. Заикин и др. Основной недостаток имеющихся разработок по эксплуатации машин заключается в том, что при анализе сложных объектов (машин) соединяются вместе достоверные, невозможные и случайные события, то есть не учитываются специфические особенности современных технических устройств, обладающих неравной износостойкостью различных элементов уже в исходном образце.

Вопросами эксплуатационной оценки лесотранспортных машин занимались такие учёные как A.B. Скрыпников, Д.Н. Афоничев, Б.А. Бондарев. Однако в этих работах главный показатель эксплуатационной оценки лесовозного автотранспорта - коэффициент эксплуатационной производительности не даёт должной оценки машин по характеристикам, так как он построен лишь на учёте простоев машины. При одинаковых простоях машина, требующая периодической регулировки без замены конструктивных элементов, и машина, требующая замены быстроизнашиваемых элементов, получают одинаковую оценку, хотя для потребителя они неравноценны.

Предлагаемые в некоторых работах так называемые ремонтные характеристики лесотранспортных машин в форме пожеланий по взаимозаменяемости деталей, приспособленности к ремонтным операциям малоэффективны, так как они не обязывают конструкторов подготовлять машины, отличающиеся малым количеством точек смазки, сокращенным количеством типоразмерных

деталей, простотой процессов смены недолговечных конструктивных элементов и т.д.

Концепцию научного направления, рассматривающую износ основных производственных фондов на лесозаготовках, совершенствование методов технической эксплуатации лесозаготовительных машин на основе оптимизации параметров управления состоянием исследовали учёные В.В. Быков, И.М. Бартенев, В.И. Черноиванов. Поиск новых, эффективных технологических решений требует продолжения и существенного развития научных исследований по этой проблеме.

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации лесотранспортных машин путём моделирования процессов их функционирования.

Задачи исследований:

1 Иссле довать закономерности, описывающие колебательный процесс движения специального подвижного состава.

2 Усовершенствовать методику оценки надёжности лесотранспортных машин.

3 Исследовать зависимости, описывающие влияние условий эксплуатации на производительность лесотранспортных машин.

4 Изучить влияние эффективной мощности двигателя на процесс торможения лесовозного автопоезда.

5 Усовершенст