автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование средств измерения свободного хода рулевого колеса тракторов сельскохозяйственного назначения

005005481

На правах рукописи

ХАБАРДИН Андрей Васильевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ СВОБОДНОГО ХОДА РУЛЕВОГО КОЛЕСА ТРАКТОРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Новосибирск, 2011

005005481

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО ИрГСХА) на кафедре эксплуатации машинно-тракторного парка и безопасности жизнедеятельности.

Научный руководитель - Степанов Николай Васильевич,

кандидат технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО ИрГСХА).

Официальные оппоненты: Немцев Анатолий Егорович,

доктор технических наук, ст. науч. сотр. (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии);

Федоров Сергей Павлович,

кандидат технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО НГАУ).

Ведущая организация: ГНУ Сибирский физико-технический

институт аграрных проблем Россельхозакадемии.

Защита диссертации состоится 15 декабря 2011 года в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск-1, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск-1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

Автореферат размещен на сайте ВАК Минобрнауки России référât vak@obrnadzor.gov.ru, на сайте ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии www.sibime-rashn.ru и разослан 14 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

B.C. Нестяк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рулевое управление - важнейшая составная часть трактора. Его техническое состояние существенно влияет на безопасность дорожного движения, а также на безопасность и качество выполнения полевых механизированных работ. Кроме того, рулевое управление является основным потребителем мускульной энергии оператора и поэтому в наибольшей степени влияет на его утомляемость, здоровье и способность правильно выполнять заданные функции в течение всего рабочего времени.

Рулевое управление, в частности свободный ход рулевого колеса, подлежит ежегодному инструментальному контролю органами Гостехнадзора Российской Федерации. Его проверяют и при периодических технических обслуживаниях. Однако статистика показывает, что из-за технических неисправностей тракторов в нашей стране в среднем в год происходит от 3 до 5 % ДТП, наибольшая часть которых связана с состоянием рулевого управления.

В соответствии с существующими требованиями по безопасности труда свободный ход рулевого колеса при работающем двигателе не должен быть более 25 град. Однако в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области 50-60 % тракторов типа МТЗ эксплуатируются со свободным ходом рулевого колеса 75-95 град., что в 3-4 раза превышает допускаемое значение этого параметра. Одной из причин данной ситуации является отсутствие доступных по стоимости и удобных в эксплуатации приборов для диагностирования рулевого управления, а также научного обоснования эффективности их применения.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом ФГБОУ ВПО «ИрГСХА» - «Научное обеспечение эффективной эксплуатации техники аграрных товаропроизводителей» (регистрационный номер 0120.0 511294).

Цель исследования - снижение затрат труда и средств при проведении технического обслуживания и осмотра тракторов за счет применения приборов с наименьшей удельной стоимостью их надежности.

Объект исследования - процесс измерения свободного хода рулевого колеса.

Предмет исследования - закономерности процесса измерения свободного хода рулевого колеса.

В качестве гипотезы принято предположение о том, что снижение затрат труда и средств при техническом обслуживании и осмотре тракторов возможно в результате применения лучших, в соответствии с критерием выбора, из имеющихся и усовершенствованных средств измерения свободного хода рулевого колеса.

Научную новизну представляют математические описания и закономерности: критерия совершенствования и выбора средств измерения свободного хода рулевого колеса с учетом объема работ по диагностированию, вероятностей и издержек раннего и позднего обслуживания.

По результатам исследований автором получено 4 патента РФ на изобретения и подано 3 заявки о выдаче патента РФ на изобретения.

Практическая значимость результатов исследований. Разработаны экспериментальные приборы и технологические карты на измерение свободного хода рулевого колеса тракторов с учетом современных требований - по началу поворота управляемых колес. Они выполнены на основе измерительной линейки, а также на базе оптико-механического угломера КИ-13926-ГОСНИТИ и обладают простотой конструкции, доступностью в приобретении и удобством в использовании. Осуществлен выбор лучших приборов как из имеющихся в практике, так и из разработанных. Для инженеров, занимающихся эксплуатацией МТП, предложен алгоритм выбора приборов.

Реализация результатов исследований. Разработанные приборы применяются в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области при техническом обслуживании и ремонте тракторов, а также при их подготовке к техническому осмотру. Кроме того, эти приборы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ИрГСХА.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены: на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО ИрГСХА (2007-2010 гг.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения академика ИЛ.Терских (г. Иркутск, 2007 г.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию Римского клуба (г. Иркутск, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Совместная деятельность сельскохозяйственных товаропроизводителей и научных организаций в развитии АПК Центральной Азии» (г. Иркутск, 2008 г.), на региональных научно-производственных семинарах «Чтения И. П. Терских» «Техника и технологии инженерного обеспечения АПК» (г. Иркутск, 2008-2010 гг.), на заседании лаборатории № 8 «Техническое обслуживание машинно-тракторного парка» ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии (Новосибирская область, п. Краснообск, 2011г.).

Разработки автора в 2009 г. отмечены дипломом Иркутского выставочного комплекса ОАО «СибЭкспоЦентр», в 2010 г. - на выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2010» (г. Иркутск). Кроме того, в 2009 г. они демонстрировались на выставке «Агросалон-2009» (г. Москва) в составе экспозиции ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 5 статей - в изданиях по списку ВАК. Получено 4 патента РФ на изобретения и подано 3 заявки о выдаче патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка и приложений. Общий объем работы -250 страниц машинописного текста, в том числе: 49 таблиц, 36 рисунков, 7 приложений, список литературы из 135 наименований.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическое описание критерия совершенствования и выбора средств измерения свободного хода рулевого колеса тракторов, объема работ по диагностированию, вероятностей и издержек раннего и позднего обслуживания.

2. Усовершенствованные на основе новых технических решений приборы для измерения свободного хода рулевого колеса и результаты их экспериментальной проверки, а также результаты оценки приборов в соответствии с критерием.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, показано направление ее исследования и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализирован свободный ход рулевого колеса (СХРК) как параметр технического состояния рулевого управления, рассмотрен процесс измерения этого параметра, представлен анализ методов и средств его измерения, а также научных исследований по обоснованию и выбору методов и средств диагностирования рулевого управления.

Изучением проблем диагностирования машин в сельском хозяйстве занимались ведущие ученые нашей страны. Научные основы диагностики машин сельскохозяйственного назначения созданы трудами В.А. Аллилуева, В.И. Вельских, Г.В. Веденяпина, Н.С. Ждановского, С.А. Иофинова,

B.М. Лившица, В.М. Михлина, A.B. Николаенко, А.И. Селиванова, К.Ю. Скибневского, И.П. Терских, И.Е. Ульмана, Б.А. Улитовского,

C.С. Черепанова, В.И. Черноиванова и др. Значительный вклад в разработку методов и средств диагностирования внесли: Д.М. Воронин, И.П. Добролюбов, A.B. Дунаев, A.B. Колчин, Н.И. Мошкин, В.В. Остриков, A.M. Плаксин, В.Г. Ряков, А.П. Уткин, А.И. Федотов, Н.М. Хмелевой, О.Н. Хороших и др.

По совершенствованию технологии и средств диагностирования сельскохозяйственных машин ведут плодотворную работу научно-исследовательские институты: ГОСНИТИ, НАТИ, СибИМЭ, а также многие высшие учебные заведения.

Вместе с тем до настоящего времени еще недостаточно изучены многие вопросы, касающиеся обоснования, применения и выбора методов и средств диагностирования рулевого управления тракторов. Проанализируем их.

По методам диагностирования наиболее неопределенным является метод измерения СХРК. Существующие стандарты по сельскохозяйственным тракторам и их эксплуатации, а также руководства по эксплуатации, диагностированию и техническому обслуживанию колесных тракторов не дают четкой регламентации по применению методов измерения СХРК. Поэтому возможно два метода измерения данного параметра: первый - по нормированному усилию на ободе рулевого колеса и второй - по фиксации начала поворота управляемых колес. Второй метод появился с введением стандарта РФ ГОСТ Р 51709-2001 (с 1 января 2002 г.) и относится только к автотранспортным средствам. В этой ситуации в сфере науки и практики, касающейся эксплуатации тракторов, возникла аналогичная задача - о возможности перехода на новый метод измерения СХРК. Это объясняется более высокой точностью измерений параметра, поскольку при этом исключаются погрешности, обусловленные, например, заклиниванием рулевого механизма. Поэтому наибо-

лее предпочтительным (перспективным) является такой метод измерения СХРК, который позволяет учитывать начало поворота управляемых колес.

Анализ приборов для измерения СХРК показывает, что от начала 60-х годов прошлого века до настоящего времени отечественной промышленностью создано более 10 моделей таких приборов. В процессе их совершенствования абсолютная погрешность измерения осталась на одном и том же уровне - ± 1 град., габаритные размеры увеличились в 10 раз, масса - в 5 раз, стоимость - в 4,3 раза, а трудоемкость измерения параметра - в 2,3 раза. Изменение этих показателей по годам представлено на рис. 1 и 2.

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20002005 Годы

Рис. 1 - Изменение габаритных размеров 1 (•) и массы 2 (о) в процессе совершенствования приборов для измерения СХРК

Т, чел.-ч

0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0

1 N (

\ | 1 I I

Ч. ( Р / / > у

> У Л >

» / \ 2

С

тыс. руб. 30 25 20 15 10 5 0

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Годы

Рис. 2 - Изменение трудоемкости измерения СХРК 1 (•) и стоимости приборов 2 (о) в процессе их совершенствования

При этом современные электронные приборы приобрели новые потребительские качества: возможность сохранения информации в памяти и выдачи полученных данных в виде протокола, которые могут быть востребованы органами Гостехнадзора. Однако они отличаются высокой стоимостью, сложностью конструкции и использования по назначению.

Поэтому в рядовых хозяйствах, ремонтно-технических и сервисных предприятиях сельскохозяйственного производства эти приборы не находят применения. Здесь нужны диагностические средства, которые обладали бы простотой конструкции, высокой надежностью, универсальностью, доступностью в приобретении и удобством в использовании, что обусловлено, прежде всего, недостатком денежных средств у сельскохозяйственных производителей. Кроме того, применение простейших средств диагностирования всегда дает гарантированный экономический эффект.

И, наконец, последнее - это задача выбора средств, в нашем исследовании, - приборов для измерения СХРК. Теоретически она возникает тогда, когда появляется номенклатура средств, одинаковых по назначению. Практически эта задача имеет место уже тогда, когда пользователю приходится выбирать один из нескольких предложенных приборов разного типа. Что происходит в данном случае на рынке технического сервиса? Разработчики, исходя из собственных интересов, не указывают в руководствах по эксплуатации, рекламной и другой документации показатели (условия), при которых применение технических средств экономически оправданно. По этой же причине хозяйственники не имеют ясного ответа на вопрос о соответствии цены приобретаемого прибора требованию его безубыточного использования в условиях конкретного предприятия. При выборе средств им приходится решать эту задачу эмпирически. В целом, нужно отметить, что в современных рыночных условиях задача выбора является одним из факторов, затрудняющих техническую подготовку сельскохозяйственного производства, решение которых может быть найдено с учетом удельной стоимости надежности приборов.

На основании результатов анализа состояния вопроса сформулированы следующие задачи исследования:

1. Разработать математическую модель оценки совершенствования средств измерения СХРК с учетом удельной стоимости надежности средств измерения.

2. Обосновать параметры усовершенствованных приборов для измерения СХРК и проверить их эффективность экспериментально.

3. Разработать алгоритм выбора приборов для измерения СХРК и выявить в соответствии с критерием выбора лучшие приборы, включая и вновь разработанные образцы.

4. Оценить ожидаемую эффективность результатов исследования.

Вторая глава посвящена разработке критерия совершенствования средств измерения СХРК. В качестве критерия принят минимум удельной стоимости надежности выбираемого средства.

На первом этапе были поставлены и формализованы задачи совершенствования средств, что необходимо для выявления их эксплуатационных свойств и условий применения, являющихся исходными предпосылками к математическому описанию критерия.

Задача совершенствования средств (рис. 3 при С„, —* min): найти минимум целевой функции (при j,k э /):

С„, = fiY =(У1,У2,У„-,У1), 2 = (zl,z1,z3,...,zi)}-*min,

где Ст - удельная стоимость надежности j-го средства; Y = (y,,y2,y,,...,yj), Z = (z„z2,z„...,zt) - множества параметров, характеризующих эксплуатационные свойства средства и условия его применения (среду); j,k - номера параметров средства и среды; j,k э /.

Задача выбора «лучшего» средства (рис. 3 при Ст э х, = min): из множества X = (х1,х2,х3,...,х.), где / - номер выбираемого средства, выбрать такое ¿-тое средство, которое бы удовлетворяло условию Ст э х, = min при заданных множествах параметров Y и Z.

Рис. 3 - Логическая модель задач совершенствования (при Ст —> min) и выбора (при С,„ з I; = min) средств диагностирования (другие обозначения в тексте)

На следующем этапе в соответствии с поставленными задачами разработан критерий С1П, который имеет вид (на примере восстанавливаемых технических средств диагностирования - ТСД):

Си, = ск, + ст + СТ0Р, + С„ + Сш + Ск + И„ (1)

где С ю, сm, Са, Стоп, Сш, Ск - удельная стоимость (в руб./ед. диагностирования) приобретения средства, использования его по назначению, хранения, его технического обслуживания и ремонта (ТОР), поверки и утилизации; И, -удельные издержки (вычисленные в руб. на ед. диагностирования), обусловленные погрешностью. Единица (ед.) диагностирования - это операция, проводимая с применением / -го средства.

Элементы критерия, кроме издержек, входящие в состав (1), имеют вид:

£ —_тта^ю_

ТТ01 Кос,)

при тта > О, За > О, Ми, > 1, Л, > 0, тп > О, Кш >0,0< Кт <1;

Си = '«(С„ + Сш +Сда) + СЩ1 + /Э( ]УЭ|. Сэ (3)

при /й > О, СТ1 > 0, Сш > 0, Сдпа > О, Ст > 0, 13, > О, Л'э, > 0 , Сэ, > 0;

при ТЮ! > О, Зтор, > О, Ыш >\,гп> О, Кп, > 0, 0 < Ка:, < 1;

(4)

м Тг '/ 7л ^ Г V*3/

при тю, > О, зш > О, > 1, т„ > О, кю > 0,0 < ^. < 1;

(2 — _'Т01->Х1__^^

при тт > О, 3Х: > 0, Ии, > 1, тп > О, Кп > 0, 0 < Кю < 1;

(7)

NА? п^т +тто1^оа) при тта > О, 3„ > О, > 1, Л, > 0, т„ > О, К„, > 0, 0 < Ка:, < 1.

Удельные издержки Я , обусловленные случайной погрешностью измерения параметра при применении / -го средства-издержки раннего обслуживания И„ -

И„ = (СЯ + Ст ^ Сю ) ¡/(у)4> }/(*)& (8)

-3(7- хп -1<7-

при с„ > О, с„, > О, Си > о, <т;> О, хп > 0; издержки позднего обслуживания Иш -

Иш = (С„ + Сш + Сд,)а- ¡Ду)ф \rndx (9)

о х„

при Ср, > О, Сш > О, ся > О, сг-> О, > 0;

средние издержки раннего и позднего обслуживания -

ИРШ =0,5(Я„ + ИШ) (10)

при Ир, > 0, Иш > 0.

При этом в уравнениях (2)—(10) приняты, кроме уже названных, следующие обозначения, относящиеся к /-тому средству: Иш - число обслуживаемых машин; гго, - периодичность ТО, при котором контролируют пара-

метр СХРК; тп - средняя годовая наработка машины; К,и - коэффициент универсальности; К^, - коэффициент охвата машин техническим осмотром; Л, - срок службы 1-го средства, лет; Зю, Зюк, Зш, 3xt, 3„ - средние за год затраты на приобретение, ТОР, поверку, хранение и утилизацию /-го средства; tа - продолжительность измерения параметра; Сг, - часовая тарифная ставка диагноста; Сад, - стоимость материалов, расходуемых на одно диагностирование; Сщс, - стоимость одного часа работы двигателя; Спш - стоимость использования в течение одного часа производственного помещения в расчете на одну машину; /э, - продолжительность работы электроустановок; Л'э, -мощность электроустановок; С3, - стоимость одного кВт-ч электроэнергии; С„, Сю, С№, Си - средняя стоимость одного ремонта, простоя машины при выполнении одного ремонта, потерь от одного ДТП, а также стоимость недоиспользованного ресурса машины или ее составной части (рулевого управления); £т- - случайная погрешность; Хп - предельное значение параметра

СХРК; /(у) - дифференциальная функция распределения погрешности измерения параметра; /(*) - дифференциальная функция распределения случайной величины «свободный ход рулевого колеса».

Математическое описание критерия С„, с учетом случайной погрешности измерений и при Nm > 1 есть сумма (2-7,10), а его предел имеет вид:

lim С,„ = —(С,, + СТ0Р, + См + СЛ + с„) + (С,Л + И,,,„) = {Сш + Ии„) (11) при Nu,-* со.

В общем виде Сш (11)-это функция обратной пропорциональности:

^=£ + Z, (12)

где аргументX- число N№ \ С и Z- постоянные для данного средства значения параметров - зависимые и независимые от числа Nm.

В соответствии с элементами критерия (1), каждый из которых должен быть сведен к минимуму, усовершенствованы приборы для измерения СХРК на базе измерительной линейки (первый вариант) и оптико-механического угломера (второй вариант) в сочетании со средствами фиксации начала поворота управляемых колес трактора. Первый из них имеет меньшую случайную погрешность и более высокую трудоемкость измерения СХРК, а второй -большую случайную погрешность и более низкую трудоемкость измерения параметра. При этом обеспечивается снижение удельной стоимостью их надежности - удельной стоимости приобретения средства Сю, использования его по назначению Сй, , хранения Сх„ ТОР Сгок, поверки См и утилизации С„, а также издержек и,, обусловленных погрешностью измерений. Научная новизна разработок подтверждена четырьмя патентами и положительным решением на изобретение РФ.

В третьей главе изложены методики: экспериментальной проверки усовершенствованных средств измерения СХРК на работоспособность, определения основных технических характеристик экспериментальных приборов и их статистической оценки, получения дифференциальной функции и параметров распределения случайной величины «свободный ход рулевого колеса», нахождения вероятностей раннего и позднего обслуживания, определения критерия, а также методика оценки погрешности критерия.

Методика экспериментальной проверки методов и средств предусматривает их экспериментальную проверку на работоспособность, а также уточнение условий их применения. В ее основу положены критерии работоспособности объектов, подлежащих проверке. К таким объектам относятся: метод определения СХРК по меткам, угломер с кронштейном в сборе, прожектор, экраны световые и мышь компьютерная. Методы проверки: опробование, измерение, сравнение, испытание. Условия проверки - лабораторные.

Методика определения основных технических характеристик опытных образцов приборов (табл. 1) позволяет получить статистические оценки по дифференциальным функциям и параметрам распределения названных характеристик, к которым отнесены погрешность и трудоемкость измерения СХРК. При этом в основу определения случайной погрешности положен метод определительных статистических испытаний, систематической погрешности - сравнительные испытания образцов с прибором, принятым за эталон.

Таблица 1 - Экспериментальные приборы и варианты их испытаний

Средства измерения свободного хода рулевого колеса (обозначение) Средство или метод контроля начала поворота управляемых колес и их обозначение Приборы и варианты их испытаний (обозначение)

Л (линейка измерительная, калькулятор) Визуальный контроль - ВК Л-ВК-А1

Прожектор с настенным экраном - ПН Л-ПН-А2

Прожектор с портативным экраном - ПП Л-ПП-АЗ

Компьютерная мышь - МК Л-МК-А4

У (угломер оптико-механический) Визуальный контроль - ВК У-ВК-Б1

Прожектор с настенным экраном - ПН У-ПН-Б2

Прожектор с портативным экраном - ПП У-ПП-БЗ

Компьютерная мышь - МК У-МК-Б4

Условия испытаний - идентичные. Методика (технология) измерений: при применении эталонного прибора - в соответствии с руководством по эксплуатации на данный прибор, при испытании экспериментальных средств - по предварительно разработанной технологической карте на каждый образец.

Методика определения дифференциальной функции /(*) и параметров распределения случайной величины «свободный ход рулевого колеса» предусматривает получение наиболее согласованной с эмпирическими данными теоретической функции и параметров ее распределения.

Методика определения вероятностей раннего Р„ и позднего Рт обслуживания позволяет найти числовые значения названных вероятностей с учетом случайной погрешности измерений - по формулам:

х„

Р„ = 0,47725 \rndx, (13) Рл, = 0,47725 |/(х)Л. (14)

В методике определения критерия выбора и совершенствования методов и средств указаны необходимые формулы и представлен перечень исходных данных для вычисления критерия Ст, а также изложены основные требования к их формированию и обработке.

В основу методики оценки погрешности еи критерия по совокупности и учитываемых выходных величин положена формула:

^ = (|>,2)°'5 (15) При*, = ^, (16)

где г,. - относительная погрешность; - выходная величина »'-параметра, вычисленная по модели; х, - выходная величина того же ;'-го параметра, принятая за действительную.

В четвертой главе представлены: результаты экспериментальной проверки средств измерения СХРК на работоспособность, основные технические характеристики экспериментальных приборов, дифференциальная функция и параметры распределения случайной величины «свободный ход рулевого колеса», вероятности раннего и позднего обслуживания, критерий совершенствования и выбора средств, оценка погрешности определения критерия, а также экономический эффект от внедрения усовершенствованных и выбранных средств диагностирования рулевого управления тракторов.

Обоснованы два типа приборов (рис. 4): на основе измерительной линейки и на базе оггшко-механического угломера КИ-13926-ГОСНИТИ с кронштейном КИ-13949-ГОСНИТИ. Они созданы на уровне изобретений, работоспособны и обеспечивают возможность измерения СХРК с учетом современных требований - по началу поворота управляемых колес. Фрагменты их испытаний показаны на рис. 5.

Эмпирические данные по всем приборам наиболее ближе согласуются с законом распределения Гаусса, о чем свидетельствует критерий согласия Р(Х*)Пирсона. Математическое ожидание параметра «свободный ход рулевого колеса» по экспериментальным приборам находится в пределах от 18,5 до 19,0 град, и в соответствии с критерием Романовского существенно не отличается от математического ожидания показаний эталонного прибора ИСЛ-М, равного 18,6 град. Результаты измерений на основе визуального контроля начала поворота управляемых колес как при применении линейки (Л-ВК),

л-пп

У-ПП

'А

Л-МК У-МК

а б

Рис. 4 - Экспериментальные приборы для измерения свободного хода рулевого колеса: а, б - соответственно на базе измерительной линейки и угломера КИ-13926 (другие обозначения в табл. 1)

Рис. 5 - Фрагменты измерения свободного хода рулевого колеса на тракторе МТЗ-80: а - линейкой; б - люфтметром ИСЛ-М (вверху) и угломером КИ-13926 (внизу)

так и угломера (У-ВК) существенно (на 5,9 град.) отличаются от показаний эталонного прибора. Данное отклонение - систематическая погрешность, которую следует учитывать при определении результата измерений. Случайная погрешность экспериментальных приборов находится в пределах от 1,44 до 1,96 град., что почти в 2 раза меньше погрешности ИСЛ-М (3,48 град.). Средняя трудоемкость применения приборов с угломером - наименьшая и составляет 5 чел.-мин, с линейкой несколько выше -6,1, люфтметра - наибольшая - 18 чел.-мин. Это обусловлено тем, что угломер можно быстро устанавливать на обод рулевого колеса. Повышение трудоемкости при применении линейки в 1,2 раза в сравнении с угломером вызвано необходимостью выполнения вычислений на калькуляторе. Высокая трудоемкость по ИСЛ-М обусловлена большим объемом подготовительно-заключительных работ, а также необходимостью измерений с девятикратной повторностью. В результате средняя трудоемкость по экспериментальным приборам не превышает 5,5 чел.-мин, что в 3,5 раза меньше, чем по ИСЛ-М. Таким образом, приборы с линейкой обладают меньшей погрешностью, но имеют большую трудоемкость, чем их аналоги с угломером. По таким противоречивым данным весьма сложно выбрать лучший прибор. Разумеется, для этого требуется критерий ст выбора, который и был определен в дальнейшем в соответствии с разработанной математической моделью и методикой.

Результаты вычислений СИ1 при , равном от 1 до 10, представлены на рис. 6. При повышении Ыт числовые значения Сш по всем приборам уменьшаются в соответствии с функцией обратной пропорциональности. Это объясняется тем, что критерий Ст включает в себя два вида параметров: переменные СК1, СТОР1, Сш, С„, Си, значения которых зависят от числа и

постоянные Сж и Ит, независимые от Nu¡. Так, при Nm = 1 среднее по всем приборам значение критерия Сш равно 0,512, при NUI = 10 это число уменьшилось до 0,188 тыс. руб. на ед. д., то есть в 2,7 раза. Эти же параметры по экспериментальным приборам (без учета приборов ДЛ-01А и ИСЛ-М): 0,244 и 0,140 тыс. руб. на ед. д. - снижение С„, в 1,7 раза. Получается, что чем дороже приборы, тем они более чувствительны к снижению критерия сш с увеличением Nu¡. Поэтому, как следует из рис. 6, линия 9 (прибор ДЛ-01А, который в 4 раза дороже «среднего» экспериментального прибора, но точнее его) пересекает почти все другие линии. При Nm = 1 прибор ДЛ-01А занимает 9-е место в ряду, при Nu¡ = 10 - уже 4-е.

Сш,

руб./ед. д. 300

280

260

240

220

200

180

160

140

120 100

123456789

Рис. 6 - Графическая иллюстрация изменения критерия Сн, в зависимости от числа обслуживаемых машин 1,2,3, 4- приборы на основе линейки (•) - Л-ВК, Л-ПН, Л-ПП, Л-МК; 5, 6, 7, 8 - приборы на базе угломера (о) - У-ВК, У-ПН, У-ПП, У-МК; 9 (□) - прибор ДЛ-01А

Таким образом, в соответствии с критерием сш лучшим является прибор на основе линейки с визуальным контролем начала поворота управляемых колес - Л-ВК. Однако если учесть, что он имеет систематическую погрешность 5,9 град., например, для трактора МТЗ-80, и эта погрешность может принимать иное значение по другим маркам машин, то предпочтение при выборе следует отдать прибору Л-ПП, в состав которого также входит линейка. С другой стороны, если в практическом смысле вычисление СХРК по результатам измерений длины хорды линейкой затруднительно, то при N¿,1 < 3 лучше использовать У-ПП, а при Аги, > 3 - прибор ДЛ-01А (рис. 6).

В целом, выбор лучших приборов осуществлен по разработанному алгоритму выбора средств измерения параметра «свободный ход рулевого колеса», который представлен следующими блоками. Первый предусматривает создание исходной информации, включающей в себя данные по эксплуатационным свойствам приборов ЭСП, - множество параметров У = {у^у-1,уг,...,у¡) и условия их применения УПП - множество параметров 2 =

(гпг2,г3.....гк). Второй блок показывает порядок вычисления параметров Сю,

С№, Сю„, Сш, ССу,, а такжеР„, Р„, и И„, Ит, Ит. В третьем блоке сформулировано условие выбора средств.

Экономический эффект применения выбранных приборов (Л-ПП, У-ПП, ДЛ-01А) определен по их критериям. С повышением числа обслуживаемых машин от 1 до 10 годовой экономический эффект по этим приборам также увеличивается соответственно от 7 до 14 тыс. руб. в расчете на один прибор (в 2 раза).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В последние годы отечественной промышленностью создано более 10 моделей приборов для измерения свободного хода рулевого колеса. В процессе их совершенствования абсолютная погрешность измерения осталась на одном и том же уровне - ± 1 град., габаритные размеры увеличились в 10 раз, масса - в 5 раз, стоимость - в 4,3 раза, а трудоемкость измерения параметра -в 2,3 раза. При этом созданы электронные приборы, но они могут быть востребованы только органами Гостехнадзора и в рядовых хозяйствах применения не находят. Этим объясняется отсутствие в хозяйствах доступных по стоимости и удобных в эксплуатации приборов для диагностирования рулевого управления.

2. Разработан критерий совершенствования и выбора средств измерения свободного хода рулевого колеса. Он представляет собой обратно пропорциональную функцию удельной стоимости надежности от числа обслуживаемых машин и выражен в руб. на единицу диагностирования. При этом учтены параметры: стоимость приобретения и использования средств, затраты на восстановление их работоспособности, на поверку, хранение и утилизацию, а также издержки раннего и позднего обслуживания, обусловленные случайной погрешностью средств измерения.

3. В соответствии с критерием обоснованы параметры приборов для измерения свободного хода рулевого колеса, а названные приборы усовершенствованы, проверены экспериментально и представлены в виде простейших механических - на основе измерительной линейки и оптико-механических -на базе угломера КИ-13926-ГОСНИТИ. Они обеспечивают возможность измерения данного параметра по началу поворота управляемых колес и для этого снабжены соответствующими устройствами: прожектором, настенным или портативным экраном, либо компьютерной мышью с сигнальной лампой.

В процессе усовершенствования приборов найдены новые технические решения, на которые получено 4 патента РФ на изобретения, а также подано 3 заявки о выдаче патентов.

4. В результате экспериментальной проверки установлено, что все предложенные приборы работоспособны. При этом наименьшую случайную погрешность (1,59 град.) имеют приборы на основе линейки, наибольшую (1,86 град.) - на базе угломера. Трудоемкость измерений наибольшая по приборам с линейкой (6,1 чел.-мин) и наименьшая - с угломером (5,0 чел.-мин). Полученные данные противоречивы: линейка точнее, но более трудоемка в использовании; 'угломер менее точный, хотя и имеет наименьшую трудоемкость. Поэтому выбрать лучший прибор, ориентируясь только на погрешность и трудоемкость измерений, не представляется возможным.

Относительная ошибка определения параметров погрешности и трудоемкости не превышает 10 % при доверительной вероятности 0,95.

5. Разработан алгоритм выбора средств измерения параметра «свободный ход рулевого колеса», который предусматривает необходимую базу данных, а также порядок вычисления критерия и выбора приборов как с применением инженерного калькулятора, так и в программной среде «Excel».

6. В соответствии с критерием лучший прибор из имеющихся - ДЛ-01 А, из разработанных - Л-ПП или У-ПП. При этом из названных средств получен следующий ряд лучших приборов: Л-ПП, У-ПП и ДЛ-01А.

7. Экономический эффект применения выбранных приборов (Л-ПП, У-ПП, ДЛ-01 А) определен по их критериям. С повышением числа обслуживаемых машин от 1 до 10 годовой экономический эффект по этим приборам также увеличивается соответственно от 7 до 14 тыс. руб. в расчете на один прибор (в 2 раза).

При внедрении приборов Л-ПН и Л-ПП в ООО «Хромовское» и У-ПН, У-ПП в ООО «Бутаковское» Качугского района Иркутской области годовой экономический эффект составил соответственно 10,8 и 12,5 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

Статьи в изданиях по списку ВАК

1. Хабардин А. В. Результаты сравнительных испытаний приборов ДЛ-01 А и ИСЛ-М для проверки рулевого управления на погрешность / А. В. Ха-

бардин, В. H. Хабардин, M. В. Чубарева // Вестник КрасГАУ. - 2009. - № 7. -С. 147-150.

2. Хабардин А. В. Результаты экспериментальной проверки динамомет-ра-люфтметра ДЛ-01А / А. В. Хабардин, В. Н. Хабардин // Вестник ИрГСХА. - 2010. - Вып. 38. - С. 120 - 125.

3. Хабардин А. В. Математическое описание вероятностей раннего и позднего обслуживания при применении приборов с различной погрешностью / А. В. Хабардин // Вестник ИрГСХА. - 2010. - Вып. 41. - С. 116 -122.

4. Хабардин А. В. Опытные образцы приборов для измерения свободного хода рулевого колеса и результаты их экспериментального исследования / А. В. Хабардин // Вестник ИрГСХА. - 2010. - Вып. 41. - С. 122 -131.

5. Хабардин А. В. Свободный ход рулевого колеса как параметр технического состояния рулевого управления / А. В. Хабардин, В. Н. Хабардин, А. Е. Кузьмин, М. В. Чубарева, Т. Л. Горбунова // Вестник ИрГСХА. — 2011. — Вып. 43.-С. 154-160.

Статьи в научных сборниках

6. Степанов Н. В. Новый гидромеханический прибор для проверки рулевого управления и математическое моделирование его основных параметров / Н. В. Степанов, В. Н. Хабардин, А. В. Хабардин // Совместная деятельность сельскохозяйственных товаропроизводителей и научных организаций в развитии АПК Центральной Азии : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф., 25-27 марта 2008 г. : в 4 ч. - Иркутск, 2008. - Ч. 3. - С. 129- 136.

7. Хабардин А. В. Математическое моделирование процесса диагностирования рулевого управления / A.B. Хабардин // Вестник ИрГСХА. - 2009. -Вып. 36.-С. 125-128.

8. Хабардин А. В. Критерий выбора и совершенствования методов и средств диагностирования как удельная стоимость надежности / А. В. Хабардин // Инновационные технологии в АПК : сб. докладов региональной науч.-практ. конф. молодых ученых Сибирского федерального округа с международным участием, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне. - Иркутск : ИрГСХА, 2010. - С. 326 - 329.

Патенты и заявки на изобретения Российской Федерации

9. Пат. 2161787 Рос. Федерация, МПК7 G 01 M 17/06. Динамометр с гидравлическим люфтомером на диске для диагностирования рулевого управления / Хабардин В.Н., Хабардин C.B., Хабардин A.B.; заявители и патентообладатели Хабардин В.Н., Хабардин C.B., Хабардин A.B. - № 98117500/28 ; заявл. 22.09.98; опубл. 10.01.01, Бюл. № 1. -6 с.

10. Пат. 2163362 Рос. Федерация, МПК7 G 01 M 17/06. Динамометр-люфтомер с винтовым присоединительным устройством / Хабардин В.Н., Хабардин A.B., Кистенев И.Н.; заявители и патентообладатели Хабардин

В.Н., Хабардин A.B., Кистенев И.Н. - № 99102559/28 ; заявл. 09.02 99- опубл 20.02.01, Бюл. №5.-5 с. '

11. Пат. 2378632 Рос. Федерация, МПК G 01 M 17/06 (2006.01). Прибор для диагностирования рулевого управления с компьютерной мышью - сигнализатором начала поворота управляемых колес / Степанов Н. В, Хабардин А. В., Хабардин В. Н.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут гос с.-х. акад». -№ 2008113895/11; заявл. 08.04.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл № 1.-6 с.

12. Пат. 2411486 Рос. Федерация, МПК G 01 M 17/06 (2006.01). Электронно-световой сигнализатор начала поворота управляемых колес / Хабардин А. В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут гос с -х акад». - № 2008152947/11; заявл. 31.12.2008; опубл. 10.02.2011, Бюл №426 с. '

13. Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке № 2010109164/11. Способ диагностирования рулевого управления автотранспортных средств / Хабардин А. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» -№ 2010109164/11 ; заявл. 11.03.2010.

14. Заявка на изобретение РФ № 2010109184/11. Световой экран для фиксации начала поворота управляемых колес при диагностировании автотранспортных средств / Хабардин А. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.»-№2010109184/11 ; заявл. 14.10.2010.

15. Заявка на изобретение РФ № 2010109185/11. Оптико-механический прибор для измерения свободного хода рулевого колеса автотранспортных средств/ Хабардин А. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.»-№ 2010109185/11 ; заявл. 14.10.2010.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 070444 от 11.03.98 г. Подписано в печать 7 ноября 2011г. Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз.

Издательство ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная

сельскохозяйственная академия» 664038, Иркутская обл., Иркутский р-н, пос. Молодежный