автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта кузовных мусоровозов

На правах рукописи

Алтунина Мария Сергеевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА КУЗОВНЫХ МУСОРОВОЗОВ

Специальность 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 МАР 2015

Новочеркасск — 2015

005560229

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Каргин Роман Владимирович

Официальные оппоненты Першин Виктор Алексеевич

доктор технических наук, профессор, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского государственного технического университета в г. Шахты, профессор кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг»

Салихов Ринат Фокилевич

кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», доцент кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджет-

ное учреждение «Российский дорожный научно-исследовательский институт»

Защита диссертации состоится « 3 » апреля 2015 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04, созданного на базе ФГБОУ ВПО ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132, ауд. 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова: www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета —z7 B.C. Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На сегодняшний день в рамках борьбы за экологическую чистоту и безопасность все больше внимания уделяется проблемам сбора, вывоза и утилизации бытовых отходов. Одним из значимых факторов, обеспечивающих высокую функциональность и производительность в вопросах сбора и вывоза ТБО, является повышение технического уровня, надежности и эффективности эксплуатации специализированных дорожных и коммунальных машин. Существует несколько путей реализации этого направления. Одним из приоритетных является повышение эффективности функционирования техники за счет совершенствования системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР).

Эксплуатационные свойства мусоровоза во многом определяются техническим состоянием и уровнем работоспособности машин, которые зависят как от надежности конструкции, так и от мер по обеспечению их работоспособности в процессе эксплуатации. При этом, как известно, если конструктивная надежность закладывается при проектировании и производстве, то техническая эксплуатация обеспечивает наиболее полное использование эксплуатационных свойств.

Обеспечение эффективного функционирования системы ТОиР является важным условием технической эксплуатации машин, поскольку знание и применение оптимальных методов и стратегий позволяет увеличить ресурс, сократить простои машины в техническом обслуживании и ремонте, снизить затраты на их проведение и обеспечить необходимую эксплуатационную надежность.

Как показывает опыт, на коммунальных предприятиях вопросам технической эксплуатации не уделяется достаточного внимания. Это проявляется в несоблюдении плановых режимов и низком качестве работ по ТОиР. Причинами является то, что, во-первых, на этих предприятиях сформирован в основном небольшой и разнотипный парк машин; во-вторых, предприятия ЖКХ, как правило, являются муниципальными, с ограниченным финансированием, что не позволяет оснастить их сложным и разнообразным диагностическим оборудованием; в-третьих, выполнение диагностирования в сторонних организациях вызывает дополнительные затраты времени, средств и отражается на качестве ремонтных работ из-за разрыва процессов постановки диагноза и устранения неисправности.

Целесообразность разработки и внедрения современных методов управления периодичностью технических воздействий кузовных мусоровозов связана с возможностью применения новых систем ТОиР, направленных на поддержание работоспособности и учитывающих особенности конструкции, режимы работы и фактические показатели надежности. Это позволяет в более короткие сроки с наименьшими трудовыми затратами проводить плановые технические обслуживания, которые, по сравнению с затратами на ремонт, являются более эффективными.

Современные научные разработки, методы и методики управления периодичностью ТОиР разработаны в значительной степени для автомобильного транспорта и не учитывают особенностей конструкции и режимов работы специальных машин. Как показывают производственные наблюдения, для кузовных мусоровозов проводятся плановые ТОиР, периодичность которых основана на традиционных нормативах для автотранспортных предприятий и выражена в километрах пробега как для базового авытомобиля, так и для спе-

циального оборудования, предназначенного для выполнения технологических операций. При этом не изучено влияние особенностей и интенсивности эксплуатации специального оборудования на ресурс мусоровоза в целом.

Таким образом, совершенствование системы технического обслуживания и ремонта кузовных мусоровозов за счет оптимизации периодичности технических воздействий по результатам исследований рабочих процессов, фактических показателей надежности и технико-экономической оценки ее параметров, направленное на повышение эффективности их эксплуатации, является актуальной задачей.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГПУ(НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ФГБОУ ВПО ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного ученым советом 28.09.2011 г., и соответствует госбюджетным темам: ГО-848 «Создание научных основ эксплуатации и сервисного обслуживания коммунальных машин и оборудования»; ПЗ-870 «Теоретические основы эксплуатации и технического сервиса транспортных и технологических машин и оборудования» и 1.12 «Повышение эффективности транспортных систем на основе комплексной оптимизации процессов эксплуатации транспортных, погрузочно-разгрузочных средств, технологических машин и оборудования, объектов транспортной инфраструктуры».

Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации кузовных мусоровозов путем совершенствования системы технического обслуживания и ремонта за счет оптимизации периодичности технических воздействий по результатам исследований рабочих процессов, фактических показателей надежности и технико-экономической оценки ее параметров.

Идея работы. Выбор оптимальной стратегии технических воздействий по критерию минимизации затрат на поддержание и восстановление работоспособного состояния на основе исследования рабочих процессов и влияния интенсивности эксплуатации на формирование достигнутого ресурса мусоровоза.

Научные положения:

- случайные величины наработок между отказами основных элементов мусоровоза с последовательным взаимодействием, определяющих его работу в технологическом режиме, подчиняются экспоненциальному закону распределения;

- ресурс мусоровоза как сложной технической системы, состоящей из двух подсистем: базового автомобиля и специального оборудования, формируется с учетом показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования, устанавливающего соотношение времени работы специального оборудования ко времени пробега на маршруте;

- оптимальная периодичность технических воздействий, направленная на повышение эффективности эксплуатации кузовных мусоровозов, определяется путем выбора одной из альтернативных стратегий на основе технико-экономического сравнения вариантов: единая или различная периодичность ТОиР базового автомобиля и специального оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных

методов исследований: анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации; использованием современных средств измерений; применением статистических методов обработки результатов исследований и планирования экспериментов, выполненных с использованием современных ЭВМ и программных продуктов. Адекватность математических моделей реальному процессу подтверждается максимальным расхождением расчетных и экспериментальных данных, которое не превышает 12 %; ошибка в определении средних опытных значений составляет не более 20 % при уровне доверительной вероятности 0,9.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- получены численные значения случайных величин наработок между отказами для основных последовательно взаимодействующих элементов мусоровоза, что позволило установить виды функций и параметры законов их распределения;

- научно обосновано и экспериментально доказано, что ресурс мусоровоза должен определяться с учетом интенсивности эксплуатации специального оборудования;

- имитационная модель определения оптимальной периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов по критерию минимума затрат на восстановление работоспособного состояния с учетом рисков пропуска аварийного отказа и перерасхода средств на плановое техническое обслуживание учитывает уровень вероятности безотказной работы и ресурс мусоровоза, определенный с учетом интенсивности эксплуатации специального оборудования.

В работе защищаются:

- математическая модель формирования ресурса кузовных мусоровозов с учетом влияния интенсивности эксплуатации специального оборудования;

- методика экспериментальной оценки интенсивности эксплуатации специального оборудования кузовных мусоровозов;

- методика оптимизации периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов.

Значение работы. Научное значение работы заключается в обосновании одного из способов повышения эффективности эксплуатации кузовных мусоровозов за счет разработки научно обоснованных методов определения оптимальной периодичности технических воздействий.

Практическое значение заключается в том, что ее результаты стали основой методики оптимизации периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов, в том числе алгоритма и программного обеспечения автоматизированного выбора периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов как сложной технической системы с учетом рисков пропуска аварийного отказа и перерасхода средств на плановое техническое обслуживание. А также в разработке захвата устройства для разгрузки в кузов мусоровоза, позволяющего повысить эффективность эксплуатации мусоровозов за счет повышения надежности его отдельных элементов.

Внедрение результатов диссертационных исследований. Методика планирования периодичности системы ТОиР кузовных мусоровозов с учетом исследований рабочих процессов и фактических показателей надежности и захват устройства для разгрузки в кузов мусоровоза, позволяющий повысить эффективность эксплуатации мусоровозов за счет повышения надежности его отдельных элементов, приняты к использованию ОАО «Копейский машиностроительный завод» г. Копейск, МУП г. Шахты «Спецавтохозяйство», ООО «Эко-Град» г. Шахты. Результаты исследований рекомендуются к использованию предприятиям ЖКХ, эксплуатирующим кузовные мусоровозы, при проведении технических воздействий.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на X Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии», г. Пенза, 24-25 февраля 2008 г.; на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2012», г. Одесса, Украина, 18-26 декабря 2012 г.; на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова (2006-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 2 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, получены 1 патент на изобретение и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, изложены цель и задачи исследований, раскрыта научная новизна, а также научная и практическая значимость работы, приведены сведения о результатах апробации работы и внедрении результатов диссертационных исследований.

В первой главе «Анализ состояния вопроса» проведен анализ ситуации, сложившейся в жилищно-коммунальном хозяйстве и дорожной отрасли, связанной с вопросами совершенствования технической эксплуатации строительных, дорожных и коммунальных машин (СДКМ).

Актуальность повышения эффективности эксплуатация СДКМ на протяжении последних лет не вызывает сомнений, что подтверждается целым рядом публикаций, посвященных рассматриваемой проблеме. Эффективностью применения машин занимались такие ученые как В.И. Баловнев, Г.Л. Карабан, Г.М. Белоцерковский, А.Б. Ермилов, М.И. Грифф, Е.И. Зайцев, С.Е. Канторер[ А.П. Ковалев, Н.С. Захаров, М.Н. Хальфин, B.C. Исаков, надежностью технических систем: Б.В. Гнеденко, Д.П. Волков, Б. Диллон, Н. Стефанов, A.C. Проников, Б.Ф. Хазов, В.А. Першин, организацией эксплуатации: Н.Г. Гарка-ви, В.А. Зорин, C.B. Далецкий, Е.С. Кузнецов, В.И. Игнатов, И.А. Луйк, A.M. Шейнин, Э.А. Сухарев, C.B. Репин, В.Н. Прохоров, В.И. Рассоха, Р.Ф. Сали-хов, оптимизацией сроков службы: Л.Л. Вегер, Р.Н. Колегаев, С.Е. Канторер, P.M. Петухов, А.И. Селиванов, оптимизацией процессов обслуживания и ремонта: Ф. Байхельт, Б.Г. Ким, Н.В. Коценко, В.И. Карагодин, B.C. Лукинский, A.C. Носенко, A.A. Домницкий.

Предложены и обоснованы задачи, решение которых позволит усовершенствовать конструкцию, повысить надежность применяемой техники, внедрить более экономичные технологии, сократить затраты на эксплуатацию машин путем оптимизации технологических процессов и маршрутов движения и другие.

Несмотря на активный поиск возможных решений рассматриваемой научно-технической проблемы, необходимо в очередной раз заострить внимание на вопросах организации технической эксплуатации в связи с тем, что данная составляющая понятия «эксплуатация» в соответствии с ГОСТ 25866 в сложившихся экономических условиях является достаточно значимой и определяет, в некоторых случаях, большую часть материальных и, в конечном итоге, финансовых затрат предприятия, а также является основной системой обеспечения надежности машин. Главными составляющими системы технической эксплуатации являются системы ТОиР и материально-технического обеспечения запасными частями, которые оказывают наибольшее влияние на обеспечение работоспособности машин.

Необходимо отметить, что для кузовных мусоровозов проводятся плановые технические обслуживания и ремонты, периодичность которых основана на традиционных нормативах для автотранспортных предприятий и выражена в километрах пробега, как для базового автомобиля, так и для специального оборудования, предназначенного для выполнения технологических операций.

Анализ исследований, посвященных проблемам эксплуатации СДКМ в общем, и машин для сбора и вывоза ТБО в частности, позволяет сделать следующие выводы: достаточно изучены вопросы надежности и эксплуатации специальных машин в целом, без учета специфики эксплуатационных процессов СДКМ; имеющаяся информация о надежности мусоровозов основана на том, что мусоровоз рассматривается как единая система без учета взаимного влияния отдельных узлов и интенсивности эксплуатации; недостаточно глубоко изучена проблема обеспечение материальными ресурсами и организация технического обслуживания и ремонта мусоровозов; существующие методы оптимизации и управления периодичностью технических воздействий разработаны для автомобильного транспорта, для мусоровозов требуется их корректировка с учетом специфики режимов работ и конструктивных особенностей, не изучено влияние интенсивности эксплуатации специального оборудования на ресурс машины в целом.

Анализ состояния вопроса показал, что совершенствование процессов, связанных с мероприятиями по поддержанию и восстановлению работоспособности мусоровозов, является важным резервом для повышения эффективности их эксплуатации. Для достижения цели диссертации необходимо решить следующие задачи:

- описать структуру мусоровоза как сложной технической системы, выявить основные элементы, влияющие на ее надежность;

- установить законы распределения наработок между отказами для основных элементов сложной системы;

- выбрать количественные показатели надежности мусоровозов, необходимые для обоснованной оценки эффективности его работы;

- оценить взаимное влияние работы специального оборудования и базового автомобиля на ресурс мусоровоза в целом по показателю интенсивности эксплуатации;

- разработать математическую модель формирования ресурса кузовных мусоровозов;

- разработать адекватные математические модели случайных процессов, описывающие изменение интенсивности эксплуатации кузовных мусоровозов;

- разработать имитационную модели формирования ресурса мусоровоза с учетом интенсивности и условий эксплуатации;

- разработать методику экспериментальной оценки интенсивности эксплуатации специального оборудования;

- разработать методику определения оптимальной периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов.

Во второй главе выполнены аналитические исследования системы технического обслуживания и ремонта кузовных мусоровозов.

Мусоровоз представляет собой сложную систему, выполняющую заданные функции, которая может быть разделена на подсистемы, что приводит к иерархичности структуры. В общем случае структура мусоровоза состоит из двух подсистем (базовый автомобиль и специальное оборудование), каждая из которых имеет различное число элементов. Взаимосвязь элементов мусоровоза представлена в виде схемы (рис. 1), на которой все составные части мусоровоза объединены в характерные узлы.

Рис. 1. Структурная схема взаимосвязи элементов мусоровоза

Эти узлы были выделены согласно руководствам по технической эксплуатации на мусоровозы (для специального оборудования) и руководствам по технической эксплуатации на автомобили (для базового автомобиля).

Мусоровоз относится к специальным машинам, работающим в двух режимах: технологическом (сбор) и транспортном (перемещение по маршруту, вывоз ТБО). При анализе конструктивных узлов установлено, что состояние некоторых элементов базового автомобиля имеет влияние на надежность только при работе мусоровоза в транспортном режиме. Поэтому, для оценки мусоровоза в комплексе нужно рассматривать взаимодействие его элементов только в технологическом режиме работы мусоровоза. Из этого следует, что мусоровоз можно представить как сложную систему, состоящую из пяти простых: двигатель, коробка переключения передач, коробка отбора мощности, гидравлическая система и металлоконструкция.

Элементы сложной системы, в зависимости от характера влияния на ее надежность, можно считать включенными параллельно или последовательно.

Для оценки влияния конструктивная схема системы представляется структурной схемой безотказности. Структурная схема безотказности мусоровоза в технологическом режиме состоит из следующих элементов: 1 - двигатель, 2 - коробка перемены передач, 3 - коробка отбора мощности, 4 - гидросистема, 5 - металлоконструкция. Отказ одного из этих элементов приведет к отказу системы, а это значит, что элементы включены последовательно. Безотказность элементов зависит от их наработки и является величиной переменной, которая может быть выражена законом распределения случайных величин.

На рис. 2 приведены графики плотности распределения наработок между отказами для пяти последовательно включенных элементов мусоровоза.

На основании данных о надежности мусоровозов установлено, что наработки между отказами для всех пяти элементов подчиняются экспоненциальному закону распределения, а также определен вид функции закона распределения случайной величины.

Все специальные машины обладают совокупностью свойств, реализация которых во многом определяется условиями эксплуатации. Следовательно, рассматривать мусоровоз в отрыве от условий эксплуатации нецелесообразно. Поэтому необходимо выделить систему «мусоровоз - условия эксплуатации». При функционировании сложной технической системы, которой, как уже упоминалось, является мусоровоз, возникает реакция /?, направленная во внешнюю от нее сторону (рис. 3). Для эффективной работы эту реакцию необходимо компенсировать, то есть поддерживать систему в работоспособном состоянии. А для этого необходимо знать закон изменения К во времени:

Л-/(Т)ш (1)

При недостаточном уровне или отсутствии компенсации система регрессирует и переходит в состояние отказа, при избыточном - возрастают эксплуатационные затраты.

Действующие нормативные документы и существующие методы и мето-

Цх)=0,000067-вхр{-0.000067-х]

50 60 70 80 90 X, ТЫС. КМ Ц»)=О.0000Г7-8хр(-0,000077'х]

70 80 90 X, ТЫС. КМ

Рис. 2. Графики плотности распределения наработок между отказами для системы с последовательно включёнными элементами

СИСТЕМА

' "МУСОРОВОЗ-УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ» |

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СИСТЕМА «МУСОРОВОЗ»

1 сО

1

= Г-

1_ II

1 1о

II"

Рис. 3. Система «мусоровоз - условия эксплуатации»

дики расчетов не обеспечивают достаточной точности определения закона изменения Я, так как технические воздействия обычно планируют не по времени, а по наработке, выраженной в километрах.

Скорость процесса расходования ресурса мусоровоза характеризуется интенсивностью эксплуатации специального оборудования, непосредственно зависящей от условий эксплуатации машин для сбора и вывоза ТБО.

Для оценки взаимного влияния специального оборудования и базового автомобиля на достигнутый ресурс мусоровоза {Ьшс) (2), который определяется как суммарный от транспортной работы и технологических операций, используется показатель интенсивности эксплуатации специального оборудования С.

¿МУС = ^Б.Л. + ¿С,О. = 1Б.А. +^Б.А.-С = Ьба{\ + С), (2)

где Ьб.а. - наработка между отказами базового автомобиля, км; Ьс.о. ~ эквивалентная наработка между отказами специального оборудования мусоровоза, км; С - показатель интенсивности эксплуатации специального оборудования.

В общем виде показатель интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза устанавливает соотношение продолжительности работы технологического оборудования ко времени работы мусоровоза в транспортном режиме на маршруте, включающем движение от предприятия до участка, переезды между площадками на участке, движение до места выгрузки и обратное движение на предприятие.

где Тс.о. - время работы специального оборудования, ч; ТПР - время пробега мусоровоза, ч; ¥ср - средняя скорость движения, км/ч; 5' - дальность пути следования по маршруту, км.

Для нормативных условий работы мусоровоза при одноэтапной системе сбора и вывоза ТБО: средняя скорость движения 30 км/ч, дальность пути следования от участка до полигона не более 20 км, типовые нормы времени на погрузку ТБО, установлена зависимость изменения интенсивности работы специального оборудования от режимов эксплуатации мусоровоза (рис. 4).

(3)

С

13,5

3

5,5

1,5

в, км

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рис. 4. Зависимость изменения интенсивности работы специального оборудования мусоровоза от пробега:

1 - при Тс.о. = 1,12 ч; 2 - при Тс.о. = 1,39 ч; 3 - при Тса = 1.71 ч

В третьей главе «Экспериментальные исследования» приведены результаты исследований интенсивности технологического режима работы мусоровозов. Целью эксперимента являлось подтверждение разработанных теоретических положений и математических моделей, а также определение численных значений входящих в них параметров.

Для проверки разработанных теоретических положений проведен комплекс экспериментальных исследований, состоящий из двух этапов: исследование продолжительности эксплуатации мусоровозов в технологическом режиме; исследование интенсивности эксплуатации специального оборудования кузовных мусоровозов в условиях одноэтапной системы сбора ТБО.

При рассмотрении рабочего процесса мусоровоза (рис. 5), который состоит из движения от предприятия до обслуживаемого участка, работы на участке, движения до места выгрузки и обратного движения на предприятие или на участок, были установлены влияющие факторы (табл.1).

Участок сбора ТЬО Ту Т1.2 Т«-1)-1 тп

Рис. 5. Схема маршрута мусоровоза: П, - номер контейнерной площадки; 5„, 56

- соответственно пробег до обслуживаемого участка, расстояние между контейнерными площадками, пробег к месту выгрузки, обратный путь на предприятие (участок); Ту, Г„, Тв-соответственно время пробега до участка, движения между контейнерными площадками, пробега к месту выгрузки, время возврата на предприятие (участок); \тр, -соответственно транспортная и технологическая скорость; я, - количество контейнеров на

площадке; Тс.о. - время работы специального оборудования

Таблица 1

Факторы, влияющие на рабочий процесс мусоровозов_

Группа факторов Наименование факторов, входящих в группу

Система сбора ТБО 1 Расстояние между площадками 2 Расстояние до места выгрузки 3 Количество контейнеров на площадке 4 Количество площадок 5 Емкость контейнеров

Технические параметры мусоровоза 1 Вместимость кузова 2 Тип базового автомобиля 3 Коэффициент уплотнения

Эксплуатационные параметры мусоровозов 1 Средняя скорость передвижения 2 Время работы специального оборудования 3 Время пробега мусоровоза

Факторы, которые в меньшей степени влияли на интенсивность работы специального оборудования, отнесены к постоянным, и разделяются на две

группы: система сбора и вывоза ТБО и технические параметры мусоровозов. Эксплуатационные параметры мусоровозов, в данном случае, являются переменными факторами. При этом параметры системы сбора и вывоза ТБО дискретно изменяются при изменении маршрута мусоровоза. Выполненный анализ факторов, влияющих на рабочий процесс мусоровоза, позволил установить их параметры, имеющие постоянные значения (табл. 2).

Таблица 2

Параметры постоянных факто ров

Факторов Ед. изм. Параметр

Расстояние между площадками M не более 500

Расстояние до места выгрузки км не более 20

Количество контейнеров на площадке шт. 1-6

Количество площадок шт. 1-30

Емкость контейнеров MJ 0,1; 0,3; 0,55; 0,75

Вместимость кузова Mj 5; 7; 8; 9; 10; 17; 18; 22; 22,2

Тип базового автомобиля - ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ

Коэффициент уплотнения - 1,8-4,0

Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях. Для проведения эксперимента базовым предприятием выбрано муниципальное унитарное предприятие г. Шахты «Спецавтохозяйство», в котором сбор и вывоз ТБО осуществлялся 13 мусоровозами кузовного типа марок КО-440-4, КО-431 и КО-413, обслуживающими 13 маршрутов. Вывоз ТБО осуществлялся на полигон, который расположен на расстоянии не более 20 км от места окончания маршрута.

При определении численных значений переменных факторов использовались такие средства измерений, как спутниковая система слежения за мобильными объектами «VOYAGER 2 ГЛОНАСС» с версией прошивки 07.502.141 и стандартом GSM 900/1800 МГц.

Для подтверждения гипотезы о том, что случайные значения времени работы мусоровоза в технологическом режиме на одном и том же эксплуатационном участке подчиняются нормальному закону распределения, были проведены наблюдения за работой мусоровоза с боковой механизированной загрузкой кузова КО-440-4, выполняющего работу на маршруте № 1 в течение трех месяцев. Минимально необходимый объем выборочных данных ( /V ) при ожидаемом коэффициенте вариации случайной величины 0,24, доверительной вероятности 0,95 и относительной предельной ошибке 0,05 составил 90 значений.

В результате обработки статистической информации подтверждена гипотеза о том, что случайные значения времени работы специального оборудования Тс 0 мусоровоза подчинены нормальному закону распределения (рис. 6) при уровне значимости 0,05, и установлены его параметры, в том числе коэффициент вариации v = 0,2208, который меньше выборочного (ожидаемого), а это значит, что результат опыта удовлетворен по точности.

Для обоснованного подхода к определению показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза, ввиду большого массива данных, использован рациональный метод исследований, под которым по-

нимается комплекс мероприятий, обеспечивающих получение всесторонней информации об исследуемом объекте при минимальном объеме выборки и сроках проведения исследований.

/(Х) = 1,86

(х-1,0842)2 0,092

40*"/ 35 30 25 20 15 10 5 О

0,10250.30750,51250,71750,9225 1.1275 1,3325 1,5775 Рис. 6. Графики функций нормального закона распределения времени работы: 1 - эмпирический полигон; 2 - теоретическая кривая

Для расчета необходимого числа значений выборки принят параметрический метод расчета. Согласно установленному закону распределения число значений выборки N в зависимости от среднего значения исследуемой величины гср , относительной ошибки 5 = 0,2, доверительной вероятности /3 = 0,8 и коэффициента вариации V = 0,2208 должно быть > 6. В исследованиях принято 7 опытов в серии, что соответствует 7 дням работы мусоровоза на маршруте.

В результате обработки баз данных системы слежения получены исходные значения Тсо , Уср, 5 для определения фактического показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования кузовных мусоровозов, которые представлены в табличном виде (рис. 7).

Отчет по движению/стоянкам Автомобиль е307тх Отчетный период с 01.05.2012 0:00:00 по 01.08.2012 2Э:5Э:59

Рис. 7. Генеральная совокупность данных о режиме работы мусоровоза КО-440-4 (фрагмент)

В качестве примера расчета показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза приведен график показателя интенсивности эксплуатации в зависимости от дальности пути следования по маршруту (рис. 8).

С

1,2 1,15 1,1 1,05 1

0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7

9 - - _ #---- 2

• й в ^

а * ®

-^---в

»- а • -> §

- - - -в- - Л

-

5, км

17,6 17,8 18 18,2 18,4 18,6 18,8 19 19,2 Рис. 8. Зависимость показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза от пробега по маршруту

Данная зависимость определена для 6 мусоровозов с боковой механизированной загрузкой кузова КЮ-440-4, выполняющих работу на шести маршрутах с разной протяженностью, но с постоянным временем работы специального оборудования (количество остановок - 9, количество контейнеров - 20). На графике точками показаны значения опытов в сериях, определены средние значения в каждой серии, по которым построена кривая 1, от нее отложена область в обе стороны по три средних квадратических отклонения 5', ограниченная кривыми 2.

В результате сравнения теоретических и экспериментальных данных установлено соответствие вида функциональных зависимостей (рис. 9).

С

О 5, км

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рис. 9. Сравнение теоретических и экспериментальных данных зависимости показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования мусоровоза от пробега по маршруту: 1 - теоретическая кривая; 2 - экспериментальная кривая

Полученные по 13 машинам зависимости использованы при моделировании процессов эксплуатации кузовных мусоровозов и оптимизации системы ТОиР.

В четвертой главе представлены результаты диссертационной работы.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложены решения по повышению эффективности эксплуатации мусоровозов за счет повышения надежности его отдельных элементов и оптимизации системы технического обслуживания и ремонта.

В направлении повышения надежности отдельных элементов мусоровозов разработана принципиальная схема, обладающие конструктивной новизной на уровне изобретений.

С целью уменьшения давления на стенки контейнера, а также снижения усилий, действующих на захват, и повышения его надежности предложен захват устройства для разгрузки в кузов мусоровоза.

Принципиальная схема предложенного захвата состоит из основания, выполненного в виде корпуса и продольной балки и связанных с ним неподвижной и подвижной губок, последняя из которых присоединена к штоку гидроцилиндра, прикрепленного к корпусу. Предложенный захват отличается от известных тем, что подвижная губка выполнена в виде Г-образного прижима, который обеспечивает подхват контейнера под днище под действием гидроцилиндра, установленного на оси этого прижима (рис. 10).

Главной задачей специальных автомобилей является выполнение определенного объема работы в заданном интервале времени. Как правило, в качестве критерия оценки их эффективности принимают минимальную величину затрат на эксплуатацию От. Целевая функция в этом случае имеет вид:

= сзп +см + Сам +сэ + ср, (4)

где Сзп - заработная плата; См - затраты на материалы; Сам - амортизационные отчисления; Сэ - стоимость энергии; Ср - затраты на восстановление и поддержание работоспособности, которые включают в себя стоимости капитального ремонта СКр, технических обслуживании и профилактических ремонтов СтоиР и ликвидации случайных отказов Со:

СР =СКР +СТОиР +Со. (5)

При анализе составляющих С> можно выделить слагаемые, зависящие от расхода ресурсов и связанные с обеспечением запасными частями.

Для мусоровозов основным является их безотказная работа в течение определенного времени, а не только снижение себестоимости их эксплуатации, так как потери из-за простоев этой техники в ремонте несоизмеримо выше.

Аналитическую модель практически невозможно использовать при исследовании процесса формирования ресурса мусоровоза с учетом условий и интенсивности эксплуатации. Это обусловлено тем, что, во-первых, ресурс зависит от изменения технического состояния в процессе эксплуатации мусоровозов, при этом интенсивность изменения технического состояния зависит от многих факторов и носит случайный характер. Во-вторых, ресурс определяется как общим пробегом автомобиля, так и интенсивностью использования специального оборудования.

Невозможность использования аналитической модели вызывает необходимость моделирования рассматриваемого процесса с использованием имитационной модели, которая позволяет реализовать два варианта стратегий организации ТОиР мусоровозов:

- I — единая периодичность ТОиР мусоровозов, устанавливается в зависимости от текущего технического состояния и фактических показателей надежности;

- II - различная периодичность ТОиР для базового автомобиля и специального оборудования мусоровоза, определяется на основании нормативной документации.

Целью моделирования процесса эксплуатации мусоровоза является исследование влияния интенсивности эксплуатации на критерий эффективности, по которому оценивают варианты стратегий технических воздействий, с учетом условий эксплуатации и вероятностного характера функционирования системы.

Для возможности принятия оптимальной стратегии технических воздействий разработан алгоритм (рис. 11), в котором рассматриваются указанные выше две стратегии организации ТОиР мусоровозов.

Основными исходными данными являются фактические показатели надежности, нормативы периодичности ТОиР, минимально допустимый уровень вероятности наступления отказа, показатель интенсивности эксплуатации.

Мусоровоз рассматривается в трех состояниях: работоспособном, отказа (неработоспособном) и плановом техническом обслуживании. Переход из одного состояния в другое определяется параметрами надежности элементов системы и нормативами периодичности технических воздействий. Если в начальный момент эксплуатации подсистемы работоспособны, то момент перехода в состояние отказа определяется минимальной наработкой одной из подсистем. При этом существует возможность проведения в данный момент планового технического обслуживания.

Восстановление работоспособного состояния мусоровоза осуществляется путем проведения текущего ремонта, потребность в котором устанавливается при выполнении очередного ТО-2 и, при необходимости, одновременно с ним устраняется отказ. То есть минимальная наработка сравнивается с нормативами ТО-2 по отказавшей части.

1 яС.О. . шБ.Ш. СО. , Б. III. . » . пйон , I Т0--1 > 70-1 * ТО-2 > ТО-2 ' КР' яв ' ^д

1

2 ¡ = 1

1

3 ДС.О. . ~> ш. , , £Б.Ш.

1

4

*!<ГТ < ц ш

Рис. 11. Блок-схема алгоритма выбора оптимальной стратегии технических воздействий мусоровозов (начало)

_

К блоку 4

?я я, -5,+ 5,

= 5, +

Блок выбора стратегий ТОиР по минимуму затрат

конец

Рис. 11. Блок-схема алгоритма выбора оптимальной стратегии технических воздействий мусоровозов (конец)

При дальнейшем моделировании и достижении определенного суммарного пробега существуют следующие вероятности наступивших состояний:

- одновременное проведение плановых ТО двух подсистем;

- аварийный отказ всех подсистем;

- аварийный отказ одной подсистемы и плановое ТО другой.

Расчет затрат на поддержание и восстановление работоспособного состояния ведется по двум вариантам:

- затраты при аварийном отказе с учетом риска перерасхода средств на плановое техническое обслуживание

% = (6) где ,S,. - суммарные затраты на аварийный ремонт; Л>; - суммарные затраты на предупредительный ремонт; Лу, - риск перерасхода средств на предупреждение отказа.

ьР

%= \/(Ь)дь = р(1Р), (7)

о

здесь /(Ь) - плотность распределения наработок между отказами с математическим ожиданием ^отк; Р — вероятность безотказной работы мусоровоза; 1-р - наработка, при достижении которой выполняется предупредительный ремонт;

- затраты на проведение планового технического обслуживания с учетом риска пропуска аварийного ремонта

$2,4 = 5/7 -Яр, (8)

где ЛР - риск пропуска аварийного отказа,

ьР

ЯР= = (9)

о

Далее для отказавшего модуля генерируется новое значение безотказного пробега. Для не отказавшего модуля определяется остаточный безотказный пробег. Эти значения сравниваются, выбирается минимальное, и цикл повторяется.

Процесс продолжается до тех пор, пока достигнутый пробег не будет равен нормативному ресурсу до капитального ремонта.

Моделирование позволяет выбрать оптимальную стратегию организации ТОиР по минимуму затрат на поддержание и восстановление работоспособного состояния из двух возможных (рис. 12):

1) 5, - единая периодичность ТОиР мусоровозов, устанавливается в зависимости от текущего технического состояния и фактических показателей надежности, подразумевает аварийный ремонт отказавшей части и плановое ТО-2 не отказавшей части и - для отказавшей части проводятся плановые ТО-2, а ремонт не отказавшей части выполняется по потребности;

2) 5/; - различная периодичность ТОиР для отказавшей и не отказавшей части, определяется на основании нормативной документации, т.е. плановые ТО-2, а также 5'; предусматривают различную периодичность обслуживания по потребности, т.е. после наступления аварийных ремонтов отказавшей и не отказавшей части.

Рис. 12. Стратегии ТОиР кузовных мусоровозов

На основе разработанного алгоритма принятия стратегий технических воздействий мусоровозов реализована программа для ЭВМ «Выбор оптимальной стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов».

В результате компьютерного моделирования определено, что для кузовных мусоровозов, эксплуатируемых в коммунальных службах малых городов, в условиях одноэтапной системы сбора и вывоза ТБО по критерию эффективности оптимальной является стратегия ТОиР, при которой технические воздействия выполняются по единой периодичности для базового автомобиля и специального оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача, состоящая в разработке методики выбора оптимальной стратегии управления периодичностью технических воздействий кузовных мусоровозов, обеспечивающей повышение эффективности системы обслуживаний и ремонтов за счет повышения точности планирования сроков ТОиР, снижения простоев мусоровозов в ремонте и снижения эксплуатационных затрат.

Основные выводы и результаты диссертационной работы, имеющие как научное, так и практическое значение, заключаются в следующем:

1. Научно обоснована целесообразность повышения эффективности эксплуатации кузовных мусоровозов за счет совершенствования системы технических обслуживаний и ремонтов путем выбора оптимальной стратегии управления периодичностью технических воздействий с использованием экономико-вероятностного метода.

2. Разработана структурная схема безотказности мусоровоза в технологическом режиме, состоящая из двух подсистем (базовый автомобиль и специальное оборудование) и включающая пять последовательно включенных элементов: 1 — двигатель, 2 - коробка перемены передач, 3 -коробка отбора мощности, 4 - гидросистема, 5 - металлоконструкция.

3. Экспериментально установлено, что случайные величины наработок между отказами основных элементов кузовных мусоровозов с последовательным взаимодействием подчиняются экспоненциальному закону распределения.

4. Доказано, что ресурс мусоровоза как сложной технической системы, состоящей из двух подсистем: базового автомобиля и специального оборудования, формируется с учетом показателя интенсивности эксплуатации специального оборудования, устанавливающего соотношение времени работы специального оборудования ко времени пробега на маршруте.

5. Комплекс экспериментальных исследований в производственных условиях позволил установить нормальный закон распределения случайных величин времени работы специального оборудования и подтвердил адекватность разработанных теоретических положений формирования интенсивности эксплуатации специального оборудования реальным процессам.

6. Разработан и принят к конструкторской проработке захват манипулятора мусоровоза, обладающий конструктивной новизной и защищенный охранными документами.

7. Разработаны и приняты к использованию «Методика оптимизации периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов», алгоритм и программное обеспечение автоматизированного выбора периодичности технических воздействий кузовных мусоровозов как сложной технической системы с учетом рисков пропуска аварийного отказа и перерасхода средств на плановое техническое обслуживание, обеспечивающие снижение эксплуатационных затрат до 20 %.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях автора:

Из перечня рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК

1. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Шемшура Е.А. Закономерность формирования межремонтных ресурсов мусоровозов с учетом режимов эксплуатации // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Технические науки. - 2010. - № 5. - С. 89-94.

2. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Шемшура Е.А. Экспериментальная оценка интенсивности эксплуатации кузовных мусоровозов // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6; URL: http://www.science-education.ru/120-16046.

Патенты РФ и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

3. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Мирошниченко О.С. Захват устройства для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза. Патент RU 2400417 МПК В65 F3/04. - № 2009108816/11; Заявлено 10.03.09. Опубл.

1. 27.09.10, Бюл. № 27.

2. Алтунина М.С., Каргин Р. В., Шемшура Е.А., Савченко И.В. Выбор оптимальной стратегии технических воздействий кузовных мусоровозов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013612243; Заявка № 2012619659 от 9.11.2012. зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.02.2013.

Монографии

3. Косинова М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Домницкий A.A., Мирошниченко О.С., Хазанович В.Г. Эксплуатация машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов / ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2009. - 81 с.

В других научных изданиях

4. Косинова М.С., Каргин Р.В. Проблемы организации технического обслуживания и ремонта машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов // Исследования в области конструирования, рабочих процессов и эксплуатации технологических машин: сб. науч. тр./ Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. - С.99-104.

5. Косинова М.С., Каргин Р.В., Хазанович В.Г., Мирошниченко О.С. Организация технической эксплуатации мусоровозов в малых городах // Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2007. - С. 352-358.

6. Косинова М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Мирошниченко О.С. Проблемы организации сбора и вывоза ТБО кузовными мусоровозами // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сборник статей X Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008.-С. 150-152.

7. Косинова М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В. Исследование методов управления технической готовностью строительных, дорожных и коммунальных машин // Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: сб. науч. тр./Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. - С. 298-302.

8. Косинова М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В., Мирошниченко О.С. Особенности технической эксплуатации мусоровозного транспорта // Сервис транспортных и технологических машин: межвуз. сб. науч. трудов/ Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - С. 30-39.

9. Косинова М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В. Структура надежности мусоровоза как сложной системы // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 2. / Шахтинский ин-т (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - С. 335-341.

10. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В. Интенсивность эксплуатации машин для сбора и вывоза ТБО // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 1 / Шахтинский ин-т (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - С. 296-298.

11. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р.В. Методика эксперимен-

тальной оценки интенсивности эксплуатации мусоровозов // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 1 / Шахтинский ин-т (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. - С. 138-141.

12. Алтунина М.С. Выбор и обоснование показателей надежности применительно к кузовным мусоровозам // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ч. 2 / Шахтинский ин-т (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011. - С. 90-93.

13. Алтунина М.С., Каргин Р. В., Загидуллина О.П. Целевой метод совершенствования организации технического обслуживания и ремонта кузовных мусоровозов // Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. по материалам 61-й Всерос. науч.-практ. конф., апрель 2012, г. Шахты/ Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 75-79.

14. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р. В., Шемшура Е.А. Моделирование процесса эксплуатации машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов // Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2012». - Выпуск 4. Том2. -Одесса: КУПРИЕНКО, 2012. - С. 69-76.

15. Алтунина М.С., Носенко A.C., Каргин Р. В., Шемшура Е.А. Определение параметров режимов работы кузовных мусоровозов // Перспективы развития Восточного Донбасса: материалы IV-й Междунар. и 62-ой Всерос. науч.-практ. конф., апрель 2013, г. Шахты / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ(НПИ), 2013. - С. 93-96.

16. Алтунина М.С., Шемшура Е.А. Исследования надежности мусоровоза как сложной технической системы // Сборник научных трудов SWorld. Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2014». - Выпуск 4(37). Том 2. -Одесса: КУПРИЕНКО, 2014. - С. 28-35.

Алтунина Мария Сергеевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА КУЗОВНЫХ МУСОРОВОЗОВ

Подписано в печать 30.01.2015. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 п. л. Тираж 120 экз. Заказ.

Ц/Т «Грунт-Арт» (ИП Ковалинская В.Е.) 346500, Ростовская обл., г. Шахты, ул. Шевченко, 153 «б», т. (8636) 23-65-78