Наукові основи управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 629.113.004

Наукові основи управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів

Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Кравченко Олександр Петрович

Харків 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля та Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “ 16 ” травня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий “ 11 ” квітня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк

АНОТАЦІЯ

Кравченко О.П. Наукові основи управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2007.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та розвиток наукової проблеми - здійснення нових науково обґрунтованих розробок з управління працездатністю автомобільних поїздів, які забезпечують вирішення важливої прикладної проблеми підвищення ефективності експлуатації автомобільного транспорту.

При виробництві автопоїздів система управління технологічними процесами контролю передбачає чотири контури, в яких контролюються геометричні параметри та розміри деталей, здійснюються експрес-діагноз вузлів, зварних з'єднань, експлуатаційна настройка гальмівних якостей та ходової системи причепів на стендах.

Етап експлуатації автопоїздів передбачає тісний зв'язок системи сервісу з виробником рухомого складу. Використовуючи бортові системи контролю технічного стану, виконуються обов'язкові роботи. Зовнішня комп'ютерна система має забезпечувати процес знаходження несправностей автопоїзда. Повна інформація про технічний стан і робочі процеси автопоїзда збираються у банку даних на діагностичних комплексах автосервісу.

Наукове значення дослідження полягає в розробленні нових концептуальних принципів, методів та моделей, які описують управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів за рахунок забезпечення їх працездатності на усіх етапах життєвого циклу.

Практичне значення розробленої теорії управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів полягає у можливості прийняття методів забезпечення їх працездатності з урахуванням індивідуальних особливостей кожної одиниці рухомого складу.

Ключові слова: автопоїзд, причіпний склад, технічний стан, математична модель, працездатність, результати, рекомендації.

працездатність автопоїзд причіпний

АННОТАЦИЯ

Кравченко А.П. Научные основы управления эффективностью эксплуатации автомобильных поездов. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2007.

В диссертации приводится теоретическое обобщение и развитие научной проблемы - осуществление новых научно обоснованных разработок по управлению работоспособностью автомобильных поездов, которые обеспечивают решение важной прикладной задачи повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта. Исследования выполнены комплексно на основании разработанных диагностических методов контроля качества продукции на стадиях производства и управления работоспособностью на этапах эксплуатации.

Экспериментально установлены основные нарушения работоспособности современной техники, установлены закономерности и выявлены причины. Теоретически и экспериментально доказано влияние нарушений геометрических параметров и тормозных свойств прицепных звеньев на безопасность движения и расход топлива автопоезда.

Комплексное обеспечение работоспособности автопоездов реализуется по двум направлениям: конструкционно-технологическому и организационно-техническому. Первое является приоритетом предприятий автомобилестроения; эффективность решения его характеризуется показателями, заложенными в тягачи и прицепной состав на первых этапах жизненного цикла - проектирование, технологическая подготовка к производству, производство. Второе - задача сферы реализации и эксплуатации (оценивается эффективностью моделей, методов и форм управления работоспособностью транспортных машин средствами автотранспортных предприятий).

При производстве система управления технологическими процессами контроля должна предусматривать четыре контура. По первому контуру контролируются геометрические параметры и размеры изготовленных на заводе деталей, а также осуществляется входной экспресс-диагноз узлов, поступающих от поставщиков. Второй контур должен осуществлять диагностический контроль сварных узлов, поступающих со стапелей. По третьему контуру необходимо диагностировать и контролировать сборочные узлы, поступающие на сборку прицепа. Диагностическая настройка эксплуатационных качеств тормозной и ходовой систем прицепа производится на стендах с беговыми барабанами по четвертому контуру.

Этап эксплуатации автопоездов предусматривает тесную связь системы сервиса с производителем подвижного состава. Используя бортовые системы контроля технического состояния, выполняется процесс обязательных работ, предусматривающих крепежные, смазочные и диагностические работы. Наличие внешних компьютерных систем обеспечивает процесс поиска неисправностей и возможных отказов в различных элементах агрегатов, узлов и систем автопоезда. Полная информация о состоянии и рабочих процессах автопоезда собирается в банк данных на диагностических комплексах сервиса, использующих стационарные компьютеризированные системы. Учитывая сложные условия эксплуатации автопоездов и различные режимы работы, процесс выполнения обязательных работ прогнозируется по бортовым компьютерам и проверяется стационарным комплексом автосервиса. Подвижной состав, конструкция которого не предусматривает бортовые системы контроля, обслуживается по информации стационарных сервисных систем с учетом рекомендаций заводов-производителей.

Научная значимость исследований состоит в том, что разработаны новые концептуальные принципы, методы и модели, описывающие управление эффективностью эксплуатации автомобильных поездов за счет обеспечения их работоспособности с использованием диагностического подхода на всех этапах жизненного цикла.

Практическая значимость разработанной теории управления эффективностью эксплуатации автомобильных поездов заключается в возможности применения методов обеспечения работоспособностью автопоездов с учетом индивидуальных особенностей состояния каждой единицы подвижного состава. Выполненные разработки нашли применение на предприятиях - производителях АТС, предприятиях автосервиса, предприятиях-перевозчиках.

Ключевые слова: автопоезд, прицепной состав, техническое состояние, математическая модель, работоспособность, результаты, рекомендации.

ABSTRACT

A.P. Kravchenko. Scientific bases of management of road trains service ability. - Manuscript. The Dissertation for the degree of Doctor of Sciences on speciality 05.22.20 - Service and repair of transport vehicles. - Kharkiv National Automobile and Road University, Kharkiv, 2007.

The thesis gives the theoretical generalization and development of a scientific trend - realization of new scientifically substantiated development on management of road trains serviceability which provide the solution of an important applied problem of increase in serviceability of automobile transport. The research has been conducted in complex on the basis of the developed diagnostic methods of product quality control at the stages of manufacture and management of serviceability in operation.

The basic disturbances of new machinery serviceability have been determined. The regularities have been defined and the reasons have been revealed. The thesis gives the theoretical and experimental proofs of influence of disturbances of trailer sections geometrical parameters and braking qualities on road safety and fuel consumption of road train.

In manufacturing the system of management of technological processes of control is to have four loops (contours). The geometrical parameters and sizes of the factory-made parts are controlled according to the first loop. Besides, the entrance proximate diagnosis of units received from suppliers is carried out. The second loop is to exercise diagnostic control of the weldments delivered from gigs. It is necessary to diagnose and control the units delivered for trailer assembly. The diagnostic adjustment of operational qualities of brake and running systems of trailer is made on the stands with running drums according to the fourth loop.

Key words: road train, trailer, disturbance of working state, mathematical model, serviceability, recommendations.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним з основних шляхів підвищення продуктивності автомобільного транспорту є збільшення вантажності автотранспортних засобів (АТЗ), що в умовах обмежень осьових навантажень можливо за рахунок широкого використання автопоїздів, які займають важливе місце в забезпеченні міжнародних зв'язків України. Автопоїздам притаманні високі техніко-економічні показники з вантажопідйомності, швидкості, використання власної маси, потужності, що дозволяє їх експлуатувати з високою інтенсивністю. При цьому зростають напруги у всіх деталях, вузлах й агрегатах транспортних засобів, які приводять до появи відмов і несправностей, що знижують ефективність використання автопоїздів. Для кардинального вирішення проблем використання автопоїздів необхідний комплексний науковий підхід, що забезпечує розробку найбільш ефективних систем управління працездатністю на всіх етапах життєвого циклу АТЗ.

Одним з напрямків вирішення проблеми управління працездатністю АТЗ є використання інформації, отриманої при діагностуванні параметрів механізмів, вузлів, агрегатів і систем автопоїздів. Такий підхід може служити показником технологічного рівня проектування й виробництва автопоїздів із забезпеченням працездатності на етапах життєвого циклу. Це принципово новий підхід до вирішення важливої наукової проблеми забезпечення якості проектування, виготовлення й технічної експлуатації автопоїздів, підвищення ефективності їх функціонування, що знайшло відображення у стандартах серії ISO 9000. Сукупність теоретичного обґрунтування й експериментально підтверджених положень і висновків у поєднанні з результатами впровадження дозволяють здійснити нові розробки, які забезпечують вирішення важливої прикладної проблеми управління ефективністю експлуатації автомобільних поїздів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках комплексних цільових програм і концепцій: створення й функціонування національної мережі транспортних коридорів України (Постанова Кабінету Міністрів України від 04.08.1997 року, №821), підвищення ефективності транспортної політики Донбасу (Регіональна Програма "Транспорт" ТАУ, Луганське відділення - "Удосконалення функціонування автотранспортних засобів", Програма "Донбас - виробництву"), а також відповідно до договорів про співробітництво між університетом і підприємствами автомобільного транспорту по перевезенню вантажів та сервісу автопоїздів.

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності експлуатації автомобільних поїздів за рахунок управління їх працездатністю на етапах життєвого циклу з урахуванням діагностичної інформації. Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- розробити теоретичні основи і методологічні принципи управління працездатністю автопоїздів;

- провести статистичне моделювання порушень працездатності автомобільних поїздів;

- дослідити вплив порушень геометричних параметрів і стану причіпного складу на динамічне поводження автопоїзда;

- провести експериментальні дослідження впливу технічного стану причіпних ланок на характер руху автопоїздів;

- розробити основні напрямки забезпечення ефективності управління працездатністю автомобільних поїздів;

- розробити основні засади удосконалення системи управління працездатністю автомобільних поїздів на етапах їх виробництва та експлуатації.

Об'єкт дослідження - процеси впливу технічного стану автомобілів-тягачів і причіпних ланок на ефективність експлуатації автопоїздів.

Предмет дослідження - методи забезпечення працездатності автопоїздів на етапах життєвого циклу на основі контрольно-діагностичної інформації.

Методи дослідження. Методологічною основою дисертації є використання системного підходу, аналізу проблем з технічної, математичної і інформаційної точок зору. При побудові динамічних моделей прийнято послідовне використання законів формалізації й кількісного опису фізичних процесів на основі структурно-логічного підходу, використання апарату теорій ймовірностей, надійності, подоби. Дослідження складних процесів здійснено методами об'єктного аналізу і моделювання, для перевірки адекватності моделей застосовані імітаційні і натурні експерименти, організований моніторинг технічного стану вузлів і агрегатів автопоїздів.

Наукова новизна отриманих результатів. Основний науковий результат дисертації - розробка теорії і методологічних принципів управління ефективністю експлуатації автопоїздів на основі діагностичного підходу на етапах життєвого циклу.

Уперше:

на основі системного підходу визначено вплив методів контролю та діагностики на управління працездатністю автопоїздів на послідовних етапах життєвого циклу;

виявлені, систематизовані, узагальнені і формалізовані основні несправності та відмови, що впливають на ефективність експлуатації автопоїздів; встановлені закономірності погіршення технічного стану автомобілів-тягачів і причіпних ланок в гарантійний період експлуатації, що дає змогу прогнозувати їх працездатність;

виявлено вплив похибок конструювання та технології виготовлення деталей, вузлів, агрегатів на ресурс автопоїздів та їх працездатність в експлуатації, що забезпечує зворотній зв'язок системи “виробник-автосервіс”;

установлені закономірності впливу дефектів і несправностей автомобілів-тягачів та причіпних ланок на динамічне поводження автопоїздів.

Удосконалено: методи і моделі системи профілактики та ремонту транспортних засобів з переходом на єдину (базову) систему обслуговування.

Набули подальший розвиток: закономірності для оцінки технічного стану окремих ланок автопоїздів вітчизняного та європейського виробництва; методи аналізу сталого руху автопоїздів щодо типових маневрів системи тягач - напівпричіп; стратегії і тактики проведення профілактичних робіт автопоїздів.

Практичне значення отриманих результатів полягає в комплексному вирішенні важливої народно - господарської проблеми забезпечення високого рівня працездатності на етапах проектування, виробництва, експлуатації й утилізації автопоїздів із вирішенням комплексу нормативно-технічних і методичних задач: визначені основні причини появи браку при виробництві та порушень технічного стану під час експлуатації автопоїздів; вибрані параметри забезпечення безпеки руху автопоїздів; розроблені методики прогнозування технічного стану й періодичності обслуговування; удосконалена технологія процесів обслуговування та діагностики автопоїздів; розроблена методика діагностування автопоїздів. Розроблені і впроваджені практичні рекомендації забезпечили:

- підприємству - виробнику транспортних засобів ЗАТ “Луганськбудтранс” можливість підвищення якості продукції, що випускається (довідка від 15.ХІ.2006 р.);

- підприємствам автосервісу ДП “ХАССЕЛС ФРАХТВРМІТЛУНГ ГМБХ-УА”, ТОВ “АВТОЦЕНТР”, ТОВ “ТРАНС СЕРВИС” - підвищення ефективності проведення діагностичних робіт, що забезпечило зниження зносу шин та витрати палива (довідки від 9.11.06 р., 19.09.06 р. і 15.09.06 р.);

- підприємствам-перевізникам ТОВ компанія “ТРАНСПЕЛЕ”, ТОВ “ЛАА ТРАНС”, ДП регіональних перевезень “АТАСС” - зниження матеріальних витрат на запасні частини, зменшення простою автопоїздів з причини технічного стану, підвищення пробігу шин та коефіцієнта технічної готовності автопоїздів (довідки від 22.08.06 р., 4.09.06 р., 29.09.06 р.). Результати дисертації використані у навчальному процесі при підготовці спеціалістів і магістрів із спеціальностей 7.090258 “Автомобілі та автомобільне господарство”, 7.100403 “Організація перевезень і управління на транспорті (автомобільний транспорт)” (довідка від 21.ХІ.2006 р.).

Особистий внесок здобувача. Наукові положення, розробки і висновки дисертації є результатом самостійних досліджень автора. Сформульовано науково-практичну проблему використання теоретичних й експериментальних положень для управління ефективністю експлуатації автопоїздів. Всі теоретичні, методологічні й концептуальні розробки, наведені в розділах "Наукова новизна" й "Практичне значення", отримано самостійно й опубліковано в наукових роботах. Особистий внесок у наукових працях, опублікованих у співавторстві, наведено у списку публікацій в авторефераті.

Апробація результатів дисертації. У повному обсязі дисертаційна робота обговорена на постійно дійовому семінарі Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля та на розширеному засіданні кафедри “Технічна експлуатація й сервіс автомобілів” Харківського національного автомобільно-дорожнього університету й одержала позитивну оцінку. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи доповідалися: на ІІІ Всесоюзній науково-технічній конференції "Діагностика автомобілів" (Улан-Уде, 1989 р.), на Всесоюзних семінарах "Гомеостатика живих і технічних систем" (Іркутськ, 1986, 1989, 1991 р.р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Концепція розвитку й високі технології ремонту транспортних засобів" (Оренбург, 1993, 1995 р.р.), на Міжнародних наукових семінарах "Шляхи удосконалення технічної експлуатації й ремонту машин АТК" (Володимир, 1995, 1997, 1999, 2006 р.р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми розвитку автотранспорту й транзитних комунікацій у Центрально - Азіатському регіоні" (Ташкент, 1996 р.), на науково-практичній конференції "Системотехніка на автомобільному транспорті" (Харків, 1998 р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Автомобільний транспорт: проблеми та перспективи" (Севастополь, 1999, 2003, 2005, 2006 р.р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Донбас - 2020: наука й практика - виробництву" (Донецьк, 2004, 2006 р.р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Транспорт, екологія - стійкий розвиток" (Варна, Болгарія, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 р.р.), на Міжнародних науково-практичних конференціях "Університет і регіон" (Луганськ, 2001, 2002 р.р.), на Міжнародних науково-практичних конференціях "Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки" (Харків, 2003, 2004 р.р.), на конференції "Natіonal conference of maіntenance and qualіty іnsurance" (Pecs, Buza, Болгарія, 2003 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Автомобільний транспорт у двадцять першому столітті" (Харків, 2003 р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми розвитку автомобільного транспорту" (Пенза, 2002, 2004, 2006 р.р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Безпека дорожнього руху в Україні" (Київ, 2004 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми автомобільного транспорту України" (Київ, 2005 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Технічні й економічні перспективи розвитку автотранспортного комплексу й дорожнього будівництва" (Харків, 2005 р.), на Міжнародних науково-технічних конференціях "Транспортні системи Сибіру" (Красноярськ, 2005, 2006 р.р.), на 62-й науковій конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів, студентів і структурних підрозділів НТУ (Київ, 2006 р.), на 70-й науково - технічній й науково - методичній сесії ХНАДУ (Харків, 2006 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості - 2006” (Кривий Ріг, 2006 р.), на науково-технічних конференціях “Проблеми й перспективи розвитку транспорту промислових регіонів” (Дніпропетровськ, 2004, 2005, 2006 р.р.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу СНУ ім. В. Даля (Луганськ, 1995-2006 р.р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 31 науковій роботі, у тому числі у 27 роботах, опублікованих у спеціальних виданнях переліку ВАК України, одному патенті, 3 матеріалах і тезисах міжнародних науково-технічних конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, сімох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації складає 480 сторінок, у тому числі 134 рис. на 91 с., 44 табл. на 21 с. Список використаних джерел містить 364 найменування на 43 с.; обсяг додатків становить 68 с.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність і новизну теми, подано загальну характеристику роботи, сформульовано мету й задачі дослідження, приведено основні напрямки вирішення задач, викладено положення, що визначають наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі дисертації на основі аналізу важливості експлуатації автопоїздів й особливостей забезпечення працездатності обґрунтовується вибір напрямку роботи. Основою управління ефективністю експлуатації рухомого складу автопоїздів є методи контролю та діагностування на етапах життєвого циклу. Увага зосереджена на питаннях управління працездатністю автопоїздів на етапах виробництва причіпного складу, на етапах експлуатації й утилізації автопоїздів.

Працездатність - одна з основних комплексних складових характеристик надійності автопоїздів, що забезпечують ефективне використання їх в експлуатації. Розробці основних принципів забезпечення працездатності автомобільної техніки на основі дослідження її надійності присвячено наукові праці Ф.М. Авдонькіна, О.В. Бажинова, М.Н. Бідняка, В.М. Варфоломєєва, М.Я. Говорущенко, А.В. Гогайзеля, Г.В. Крамаренко, Є.С. Кузнєцова, В.Г. Лукинського, Л.В. Мірошникова, Я.І. Несвітського, Л.Г. Рєзника, О.В. Сєрова, О.М. Шейніна та ін.

Аналіз літературних джерел, де висвітлюється питання управління працездатністю автомобільної техніки, показав, що основою є надійнісні характеристики. Відзначено, що технічний стан автомобільної техніки залежить від багатьох факторів. Істотно впливають технічні режими, які припускають наявність інструменту у вигляді методів діагностування. Значний внесок у науку про діагностику автомобілів зробили доктори технічних наук І.М. Арінін, А.П. Болдін, М.Я. Говорущенко, Я.Х. Закін, Л.В. Мірошников, А.О. Малюков й ін. Аналіз розглянутих матеріалів показав, що діагностика, досліджуючи технічний стан автомобілів, дає можливість ухвалювати рішення щодо режимів профілактичних впливів, визначення рівня працездатності, прогнозування зміни технічного стану, індивідуального підходу до автотранспортного засобу. Діагностування повинне виступати в ролі керуючого й нормативного елемента процесів управління працездатністю автотранспортних засобів. У цьому зв'язку виникає наукова проблема управління працездатністю автопоїздів, що одержали сьогодні широке застосування в ринкових відносинах і зв'язках України з Європою й Азією.

Важливих результатів щодо загальної проблеми теорії, розробки й експлуатації автопоїздів досягнуто науковими школами таких вчених як Я.Х Закін, В.Г. Вербицький, Є.С. Кузнєцов, Л.Г. Лобас, В.П. Сахно, О.П. Солтус, Я.Є. Фаробін, А.А. Хачатуров й ін. Детальний аналіз виконаних досліджень показав, що управління працездатністю автопоїздів має забезпечуватися використанням методів контролю (діагностування) на етапах проектування, виробництва, експлуатації й утилізації.

На підставі виконаного аналізу визначено мету й завдання дослідження. Для досягнення поставленої мети розроблено структурно-функціональну схему системного підходу управління працездатністю автопоїздів, що включає: визначення й оцінку основних напрямків дослідження; підготовку й прийняття рішень управління працездатністю автопоїздів; розробку теоретичних й експериментальних методів проведення дослідження, спрямованих на пошук найкращого рішення з використанням статистичного й математичного моделювання, аналізу, узагальнення й оцінки результатів; реалізацію отриманих рішень із науковим обґрунтуванням й дослідницько-експериментальним підтвердженням.

Другий розділ присвячено обґрунтуванню теоретичних основ і методологічних принципів управління працездатністю на етапах життєвого циклу автопоїздів.

Початкова працездатність є деякою постійною величиною, що характеризує стан об'єкта. У процесі експлуатації відбувається старіння під впливом цілого ряду факторів і тоді

,

де - вплив навколишнього середовища; - вплив спектра робочих режимів автопоїзда; - протидія старінню (зношуванню) прийнятої системи профілактики й ремонту; - вплив кваліфікації водія, ремонтного персоналу й культури експлуатації.

У загальному виді цільова функція завдання управління початкового рівня працездатності при проектуванні й виготовленні автопоїзда виражається

,

де - деяка функція, що відбиває вплив властивостей матеріалу М, конструктивного рішення К і технології виробництва Т.

Комплексне забезпечення працездатності автопоїздів реалізується за двома напрямками: конструкційно-технологічним й організаційно-технічним. Перший є пріоритетом підприємств автомобілебудування; ефективність рішення його характеризується показниками, закладеними в тягачі й причіпний склад на перших етапах життєвого циклу - проектування, технологічна підготовка до виробництва, виробництво. Другий - завдання сфери реалізації й експлуатації (оцінюються ефективністю моделей, методів і форм управління працездатністю транспортних машин засобами автотранспортних підприємств).

Існуюча дотепер система технічного обслуговування й ремонту рухомого складу автомобільного транспорту, що базується на помилкових концепціях середньостатистичних оцінок і гаданої відсутності протиріч у ній, досягла бар'єра ефективності, стала економічно не вигідною й не відбиває вимог сьогоднішнього дня. Причиною даного становища є відсутність науково обґрунтованих методів індивідуального управління працездатністю рухомого складу, що базуються на теорії живучості складних систем. Необхідна кардинальна зміна філософії забезпечення працездатності: не як “вилікувати”, а як домогтися того, щоб рухомий склад був постійно “здоровим” за інтенсивною технологією, що характеризується такими основними особливостями:

контролепридатною конструкцією рухомого складу, що забезпечує на етапі експлуатації швидке одержання інформації про зміну технічного стану;

компенсаторним характером, що полягає у відновленні робочих функцій регулюваннями сполучень, вузлів і механізмів експрес-замінами елементів, що відмовили, і діагностичним налагодженням (тренувальною активацією);

посиндромною профілактикою усунення декількох несправностей, ушкоджень або назріваючих відмов, режими й методи, що не завжди співпадають із застосовуваними (на відміну від симптоматичного управління, коли впливи спрямовані на усунення одного симптому зниження працездатності);

багатоспрямованістю управління, що усуває всі ланки з непрацездатним станом.

У цій проблемі важливу роль відіграють два основні завдання, властиві сферам виробництва й експлуатації транспортних засобів. Одне складається з виявлення найменш надійних агрегатів, вузлів і деталей, розробки й здійснення рекомендацій з удосконалення їхньої конструкції та якості виготовлення з метою підвищення надійності знову створюваної продукції. Інше завдання полягає в удосконаленні технічної експлуатації автопоїздів з метою підтримки високої працездатності рухомого складу в процесі його тривалої роботи за оптимальних матеріальних і трудових витрат. Таким чином, завдання сфер виробництва й експлуатації в проблемі управління надійністю автопоїздів тісно пов'язані між собою. Вони доповнюють одне одного й спрямовані на єдину мету - підвищення надійності й ефективності їхньої роботи.

Динаміка зміни технічного стану автопоїздів цілком визначається впливом агресивних факторів умов експлуатації. Тому загальна методологія вирішення проблеми підвищення ресурсу й надійності рухомого складу автопоїздів з урахуванням реальних режимів й умов експлуатації може застосувати системний підхід, базуючись на марковській моделі динамічного програмування. Модель включає спектр властивостей автотранспортних засобів і навколишнього середовища {E, Y, Q, и, W}, де E - безліч станів за весь період експлуатації (з урахуванням рівня проектування, якості виготовлення й міжремонтного ресурсу); Y - безліч припустимих керувань (впливу обслуговуючого персоналу); Q - сімейство умовних розподілів на , що описують динаміку прийнятих рішень (вплив прийнятої системи технічного обслуговування й ремонту); и - параметри середовища (умови експлуатації), функціонал W:R', що оцінює безпосередню корисність прийнятих рішень (на всіх етапах життєвого циклу автотранспортних засобів). За допомогою даної моделі чисельно вирішується багато завдань управління працездатністю й пошуком оптимальної експлуатації автопоїздів.

З огляду на те, що процес використання автопоїздів є випадковим і визначається впливом випадкових факторів і параметрів середовища, розглянуто імовірнісний метод аналізу працездатності автопоїздів.

Досліджено дві неоднорідні марковські моделі функціональної надійності автопоїздів, що працюють у випадковому нестандартному режимі. У першій моделі враховується аварійний ремонт (АР) експрес-заміною деталі, що відмовила, або вузла, а в другій, більше загальній, додатково враховується й профілактичне обслуговування. У першій моделі, обумовленій графом із трьома станами (рис. 1), при кратних інтенсивностях марковських процесів відомі , , і . Необхідно знайти моменти й закони розподілу характеристик функціональної надійності відновлюваних вузлів: імовірність справної роботи , імовірність простою автопоїзда в АР , коефіцієнти готовності й простою .

Графу на рис. 1,а відповідає система стохастичних диференціальних рівнянь зі змінними коефіцієнтами:

.

Якщо після експрес-заміни вузла виконується й профілактика, то в цьому випадку в моделі враховується інтенсивність виведення автопоїзда на обслуговування й інтенсивність профілактики (граф моделі показано на рис. 1,б). Динаміка випадкового процесу описується системою рівнянь, розв'язуючи які при й , в остаточному підсумку одержуємо граничні значення ймовірностей: справної роботи ; ; простою автопоїзда на профілактиці , ; простою під час ремонту ; .



Рис. 1 Графи відновлюваного - а, обслуговуючого - б вузла

Важливою обставиною для розробки системи забезпечення експлуатаційної надійності автопоїзда є можливість моделювання взаємодії елементів автопоїзда, тому що його стан у більшості випадків визначається саме цим явищем. Модель управління працездатністю автопоїзда відносять до числа керованих систем, що включають керовану S1(X) і керуючу S2(R) системи. Між ними існує два зв'язки Х и R - вектори стану відповідно керованої й керуючої систем. Модель структури системи управління має вигляд

S = S (U, X, Y, V, R), (1)

у якій модель функціонування зображається як

Y = Ф (U, Х, V), (2)

де Ф (U, Х, V) - оператор, відповідно до якого керована система перетворить входи й виходи.

Математичні моделі структури (1) і функціонування (2) системи є вихідними для розробки математичних моделей керування розвитком і функціонуванням. З огляду на те, що структурна ієрархічна модель має ряд недоліків, автопоїзд розглянуто як семантичну структурну модель, динамічна система й стохастична еволюція якої описується марковським процесом з кінцевою безліччю станів.

Модель включає безліч внутрішніх відносин і зовнішніх зв'язків R = {r1, r2, … , rn}, що істотно впливають на експлуатаційну надійність автопоїзда (параметри технічного стану, комплекси обслуговування й ремонту, устаткування, персонал), що утворять підмножини станів F = F1 U F2 U…UFn...

У семантичній структурній моделі автопоїзда (рис. 2) вершини представляють деякі сутності (об'єкти, процеси), а дуги - відносини між сутностями, які вони зв'язують. Окружностями представлені елементи, що відповідають об'єктам реальної конструкції автопоїзда, квадратами - властивості елементів, що характеризуються параметрами технічного стану, трикутниками - розмірні ланцюги. Дуги відзначені відношеннями ri внутрішнього середовища й зовнішніх впливів. Модель буде задаватися у вигляді мережі S (E, R), що має безліч елементів Е, пов'язаних відношеннями R. Структурна модель S, що складається з А елементів з підмножиною станів F, має

E = A U F = A U F1 U F2 U…UFn... (3)

Між різними класами елементів Е структурної моделі (1) виникає деяка підмножина відносин Rі з R. Наприклад, серед А елементів виникає підмножина відносин RА, серед F станів - RF і т.д. Звідси семантична структурна модель може мати вигляд

S (E, R) = S (A, RА) U S (Fi, RFi) U … U S (Fn, RFn), (4)

де S (A, RА) - модель справного стану; S (Fi, RFi) - модель і-го стану.



Рис. 2 Семантична структурна модель автопоїзда: А1 - автопоїзд; А2 - автомобіль-тягач; А3 - причіпний склад; А2n,…, А3n - елементи структури автопоїзда

На рівні виробництва управління формуванням працездатності причіпного складу визначається технологічним процесом виготовлення й складання, що може вважатися джерелом дефектних деталей (вузлів), що піддавалися відбраковуванню за результатами спостереження інформаційно-вимірювальних систем контролю й діагностики. Технологічний процес представляється у вигляді сукупності структурних схем виготовлення кожної деталі або складання вузла - рис. 3 й еквівалентного їм інформаційного графа (рис. 4).



Розроблено моделі надійності технологічного процесу виготовлення й складання, урахування оперативно складних умов (у вигляді обмеження на ймовірності операції), алгоритми оптимального визначення ймовірностей використовуються в системі управління (рис. 5), що включає підсистеми контролю й діагностування 7, обчислювальний комплекс 4 з підсистемами нагромадження, обробки, аналізу, прийняття й видачі керуючого впливу 4.1 й 4.2, підсистеми складання, ідентифікації оперативної інформації про технологічний процес 2 - 3, а також зовнішньої (експертної або рекламаційної) інформації зі сфери експлуатації 5. Вимоги до підсистем 2 й 3 принципово відмінні від вимог до традиційних систем збору даних про відмови. Вони є основою для визначення форми прояву відмов (дефектів), установлення їхніх технологічних причин з метою напрацювання заходів щодо їхнього попередження. На підставі переліку ознак дефектів, що відповідають вимогам вірогідності й повноти, розроблено засоби контролю й системи діагностування, а також чіткий класифікатор форм прояву відмов і дефектів.



Рис. 5 Схема системи управління технологічним процесом виробництва причепів

Система контролю й діагностування стає замкнутою і діючою, комплексно вирішує цільові завдання тільки у тому випадку, коли забезпечується вирішення проблеми діагностування на всіх етапах життєвого циклу виробів. При цьому велике значення мають глибина й вірогідність діагностування з урахуванням підвищення контролепридатності транспортних засобів завдяки використанню устаткування, убудованих датчиків й апаратури. Виходячи із цього, на етапі проектування доцільно рекомендувати: проектувати весь автопоїзд із урахуванням контролепридатності; документацію на систему технічного діагностування зробити складовою частиною проектної документації на автопоїзд; вивчити як сам об'єкт діагностування, так і його дефекти, їхні ознаки, прояви, симптоми; розглянути модель справного об'єкта, модель несправних модифікацій, що виникають у результаті технологічних порушень на стадії виробництва й експлуатаційних ситуацій; розробити систему діагностування, алгоритм, технологію.

При виробництві система управління технологічними процесами контролю має передбачати чотири контури. За першим контуром контролюються геометричні параметри й розміри виготовлених на заводі деталей, а також здійснюється вхідний експрес-діагноз вузлів, що надходять від постачальників. Завдання цього контуру - не допустити до складання браковані деталі з відхиленнями від технічних умов. Другий контур має здійснювати діагностичний контроль зварених вузлів, що надходять зі стапелів. За третім контуром необхідно контролювати складальні вузли, що надходять на складання причепа. Діагностичне настроювання експлуатаційних якостей гальмової й ходової систем причепа виконується на стендах з біговими барабанами за четвертим контуром. Між контурами здійснюється зворотний зв'язок для оперативного усунення несправностей, компенсації спрацювань і налагодження технологічного оснащення й устаткування.

Етап експлуатації автопоїздів передбачає тісний зв'язок системи сервісу з виробником рухомого складу (рис. 6). Використовуючи бортові системи контролю технічного стану, виконується процес обов'язкових робіт, що передбачають кріпильні, мастильні й діагностичні роботи. Наявність зовнішніх комп'ютерних систем має забезпечувати процес пошуку несправностей і можливих відмов у різних елементах агрегатів, вузлів і систем автопоїзда. Повна інформація про стан і робочі процеси автопоїзда збирається в банк даних на діагностичних комплексах сервісу, що використовують стаціонарні комп'ютеризовані системи. З огляду на складні умови експлуатації автопоїздів і різні режими роботи, процес виконання обов'язкових робіт прогнозується по бортовим комп'ютерам і перевіряється стаціонарним комплексом сервісу. Рухомий склад, конструкція якого не передбачає бортових систем контролю, обслуговується за інформацією стаціонарних сервісних систем з урахуванням рекомендацій заводів-виробників.



Рис. 6 Система забезпечення експлуатаційної надійності автопоїздів

Третій розділ присвячено статистичному моделюванню порушень працездатності автопоїздів. Зроблено вибір моделей автопоїздів, розроблено методику виконання статистичних досліджень, проведено систематизацію дефектів і несправностей автомобілів-тягачів VOLVO FH 1242T, MERCEDES-BENZ 1844 ACTROS LS, причіпного складу (ГКБ - 817) вітчизняних і європейських (KRONE, SCHMITZ й KЦGEL) виробництв. Вивчення даних фактів і закономірностей забезпечує: ухвалення кваліфікованого рішення розрахунків з використанням математичного апарату; вивчення й використання одержуваних закономірностей на практиці.

У результаті численних досліджень встановлено, що найбільш часто при описі розподілу випадкових величин у технічній експлуатації автопоїздів зустрічаються нормальний, Вейбулла, логарифмічно нормальний, експонентний закони розподілу. Однак зазначені моделі, хоча і є типовими, але з появою сучасних транспортних засобів не виключають появи нових, для більш повного опису широкого класу процесів, властивих технічній експлуатації автомобілів. Дослідження закономірностей і кількісних оцінок, властивих процесам, що відбуваються при експлуатації автопоїздів, дозволяє визначити їхній стан і запропонувати рекомендації з удосконалення технології їхнього виготовлення й технічного обслуговування.

При експлуатації автомобілів-тягачів VOLVO протягом першого року було виявлено: недостатню потужність тягачів при русі на підйомах, незадовільну роботу підвіски, низьку надійність акумуляторних батарей, амортизаторів, кріпильних з'єднань, підвищене зношування шин ведучих коліс, наконечників рульових тяг, відсутність надійного опалення кабіни й ін. На пробігу до 80 тис. км збільшилася кількість заявок на усунення несправностей і відмов в агрегатах автомобілів: автономного нагрівника, елементів електро- та електронного устаткування. У міру усунення порушень кріпильних з'єднань їхня кількість до кінця першого року експлуатації зменшилася у два рази. Перший рік експлуатації характерний появою порушень працездатності добре апроксимованих бета-розподілом. До кінця другого року експлуатації при середньому пробігу 135 тис. км кількість відмов і несправностей тягачів добре описується законами Вейбулла (агрегати, електроустаткування, автономний нагрівник) і експонентним (двигун й акумуляторні батареї) (табл. 1).

По автомобілях - тягачах MERCEDES-BENZ основними зауваженнями були: низька якість функціонування підвіски, підвищені димність і витрата палива, передчасне зношування наконечників рульових тяг, протікання паливних баків і сальників ведучої шестірні головної передачі, зношування деталей підвіски кабіни, низька надійність автономного нагрівника й холодильника й ін.

Таблиця 1 Статистична характеристика відмов і несправностей автомобілів VOLVO

Елементи автомобіля			Закони розподілу
Двигун	7,8	6,585	Експонентний
Агрегати	11,4	5,044	Вейбулла
Електроустаткування	10,6	4,673	Вейбулла
Акумуляторні батареї	42,3	23,571	Експонентний
Автономний нагрівник	11,2	9,847	Вейбулла

Кількість звернень на добу протягом 300 днів експлуатації задовільно апроксимується лінійною залежністю з коефіцієнтом 0,8717. Перевірено значимість регресії за =1,0 - критерію менше критичного значення 3,84 при 5%-ному рівні. При значимому коефіцієнті регресії це свідчить про те, що потік звернень на гарантійний ремонт є пуассоновським, і виникнення несправностей розподілене за законом Пуассона, а проміжки часу між виникненням двох послідовних несправностей розподілені за експонентним законом.

В перші шість місяців експлуатації по механізмах і системах тягачів розподілення несправностей і відмов близькі до нормального, експонентному й закону розподілу Вейбулла (табл. 2). Симетричні закони розподілу напрацювань на відмову, як правило, свідчать про досконалість конструкції, й підвищення напрацювань тут може бути досягнуто вдосконаленням режимів і технології технічного обслуговування й ремонту. В експлуатації ця інформація може бути використана для визначення обсягу ремонтних впливів щодо усунення відповідних відмов. Асиметричні закони розподілу в ряді випадків указують на наявні в конструкції або технології їхнього складання недопрацювань або некваліфіковане керування автомобілем. Вивчення цих законів дозволило глибше пізнати природу відмов, їхню фізичну сутність, виробити стратегію їхнього попередження, моделювати й прогнозувати порушення технічного стану автомобілів.

Таблиця 2 Статистична характеристика відмов і несправностей

Елементи автомобіля			Закони розподілу
Двигун	1,4	0,8	Експонентний
Агрегати	1,6	1,356	Вейбулла
Електроустаткування	6,8	2,786	Вейбулла
Автономний нагрівник	2,2	0,748	Вейбулла
Підвіска	12,22	7,305	Нормальний

Оцінка надійності за перший рік експлуатації автопоїздів дозволила виявити найменш надійні агрегати й вузли, що потребують у поліпшення конструкції і якості виготовлення. Проведений аналіз усунення дефектів дозволив визначити закономірності (табл. 3) і розподілити їх за видами робіт на чотири групи: заміна деталей, вузлів, агрегатів (57,5 %); регулювальні роботи (22,9 %); кріпильні роботи (10,1 %); діагностичні роботи (9,5 %).

Аналіз розподілів тривалості простою автомобілів у гарантійному ремонті показав, що середня тривалість одного випадку простою становить 13,7 год. Стабілізація статистичних даних після 60 тис. км пробігу припиняється й на пробігу більше 100 тис. км середня тривалість простою збільшується до 20,2 год.

Таблиця 3 Статистична характеристика виконуваних робіт

Найменування робіт	, тис. км	, тис. км				Щільність розподілу
Заміни деталей, вузлів, агрегатів	75,80	31,88	0,4206	Ї	Ї	17,2+1,3333• t
Регулювальні роботи	52,46	32,36	0,6168	1,389	69,193
Кріпильні роботи	37,26	28,54	0,7658	1,914	39,389
Діагностичні роботи	69,23	34,16	0,4930	Ї	Ї	2,7+0,0417• t

Отримані дані показують, що більшість виникаючих порушень працездатності автомобілів-тягачів, що відповідають асиметричним законам розподілу, відбивають невідповідний вимогам рівень конструкції й технології складання автомобілів. Симетричні закони розподілу свідчать про конструкції, не пристосовані до умов експлуатації на дорогах країн СНД.

Рівень впливу різних факторів на експлуатаційну надійність причіпного складу вітчизняного виробництва отримано за допомогою математико-статистичного методу експертних оцінок (апріорного ранжирування). Порівняння розрахункового значення коефіцієнта конкордації, рівного 121,1, з табличним (при обраному рівні значимості б=0,05) значенням, рівним , підтвердило наявність згоди між експертами. Виконаний аналіз визначив найбільш зношувані й найменш надійні вузли й системи. Вони розташувалися за значимістю в такому порядку: 1 - ходова система (із платформою, дишлом, поворотною й основною рамами); 2 - гальмова система. Основними причинами появи порушень працездатності причепів стали порушення геометричних параметрів ходової частини й стани вузлів гальмової системи. Аналіз інтенсивності потоку відмов напівпричепів SCHMITZ із часом експлуатації до 10 років за допомогою математичного апарату однорідних ланцюгів Маркова (рис. 7) показує, що при дуже високому показнику безвідмовності напівпричепа (Рб/отк=0,985) виявлено найменш надійні елементи й вузли: осі (перекоси й зсуви) і колеса (підвищене спрацювання шин), гальмова система (нерівномірність гальмових моментів по осях і колесах).

Рис. 7 Діаграма ймовірності відмови вузлів і систем напівпричепів SCHMITZ: 1 - зчіпний пристрій; 2 - гальмова система; 3 - рама; 4 - підвіски; 5 - електроустаткування; 6 - осі й колеса

Аналіз стану напівпричепів “KRONE”, “SCHMITZ” й “KЦGEL” (табл. 4) виконано по автопоїздах, які виконують міжнародні перевезення. Для всіх напівпричепів характерними порушеннями працездатності є: відмови й несправності гальмової системи з АБС, порушення герметичності пневматичної системи, зношування деталей начіпних і запірних елементів воріт і бортів, тріщини у зварених з'єднаннях, зсуви й перекоси осей. Додатково у напівпричепів KЦGEL порушується працездатність крана рівня підвіски, у напівпричепів SCHMITZ порушується кріплення амортизаторів, у напівпричепів KRONE й KЦGEL - кріплення ресиверів. Відзначено випадки зсуву (до 50 мм) і перекосу (до 2о) осей. Це є наслідком ослаблення затягування пальців напівресор. При несвоєчасному виявленні даного дефекту відбувається спрацювання регулювальної пластини, пальців і втулок пальців. Зсув осей приводить до появи тріщин і розшарування сильфонів. Перекіс осей може стати причиною перевитрати пального, нерівномірного й підвищеного спрацювання протектора шин, у складних дорожніх умовах порушує гальмову динаміку автопоїзда.

Таблиця 4 Статистична характеристика відмов і несправностей напівпричепів

Назва причепа	, тис. км	, тис. км			Щільність розподілу
KЦGEL	244,7	43,36	6,83	262,56
KRONE	139,55	37,05	4,923	152,753
SCHMITZ	75,24	29,29	2,962	84,232

Четвертий розділ присвячено дослідженню впливу порушень геометричних параметрів і стану причіпного складу на динаміку поводження автопоїзда. Для цього досліджено стійкість типових маневрів системи тягач-напівпричіп на простої моделі руху (у площині рискання) системи із чотирма ступенями свободи з допущеннями: опорна поверхня строго горизонтальна й має вдосконалене покриття, що не створює серйозного опору руху; елементарні кінематичні ланки, що входять до складу автопоїзда, розглядаються як абсолютно тверде тіло, без урахування можливих внутрішніх деформацій пружних елементів (ресори, шини й ін.); вертикальні переміщення центра мас і крени підресореної маси виключаються; рух кінематичної ланки передбачається обмеженим неголономним зв'язком, при цьому напрямки швидкості всіх точок ходової осі ланки не перпендикулярні. Отже, бічне відведення шин коліс і рух ланки уздовж його ходової осі вважаються неможливими.

Небезпечними режимами руху автопоїзда вважається: прямолінійне з великою швидкістю, за якої виляння ланок досягають неприпустимо великої інтенсивності й розмаху; екстрене гальмування, що викликає збільшення коридору й складання автопоїзда; крутий з мінімальним радіусом поворот.

Відповідно до принципу Даламбера, системи активних сил, сил реакцій і сил інерції, що діють на кожне з тіл (тягач і напівпричіп), перебувають у рівновазі. Отримано 12 рівнянь рівноваги (по 6 рівнянь для кожного з тіл). Отримані чисельні результати відповідають стійким рухам автопоїзда.

Вплив порушень геометричних параметрів причіпної ланки на характер руху автопоїзда розглянуто по величині реакцій на колеса залежно від кутів їх відведення. Причіп як механічну систему можна вважати голономною, а для розв'язку задачі використати рівняння Лагранжа другого роду:

 (5)

де Т - кінетична енергія механічної системи; ц - кутова координата повороту дишла в горизонтальній площині щодо точки зчіпки; Мц - узагальнений момент.

Кінетична енергія причепа (з урахуванням швидкостей всіх мас) буде мати вигляд

(6)

Після підстановки (6) у ліву частину рівності (5) одержимо

(7)

При з урахуванням (7) остаточно одержимо:

У кінцевому виді при конструктивних розмірах причепа максимальна ширина смуги виляння причепа залежно від кута перекосу дишла в дорівнює (рис. 8)



Взаємний зсув осей кузова й ходової частини в різні сторони на величину S змодельоване диференціальним рівнянням зміни кутової координати повороту дишла щодо точки зчеплення в горизонтальній площині:

Максимальна ширина смуги виляння причепа в горизонтальній площині дорівнює

м. (8)

Рис. 8 Залежність амплітуди виляння причепа від кута перекосу дишла

Із графіка (рис. 8) видно, що максимальна амплітуда виляння причепа при перекосі дишла в=11°, що має місце в практиці виготовлення причепів, досягає 1м, збільшуючи коридор руху автопоїзда на 2 м. Отримані результати підтверджуються численними спостереженнями: у причепів з відхиленнями точок зчіпки виляння виникає незалежно від швидкості руху автопоїзда. Взаємний зсув осей кузова й ходової системи причепа підвищує частоту коливань причепа, що збільшує частоту прикладення знакозмінних навантажень на його вузли й деталі, прискорюючи їхнє спрацювання, викликаючи утомне руйнування вузлів ходової частини.

Процес руху автопоїзда під час екстреного гальмування розглянуто у випадку, коли сумарна величина гальмових моментів лівих коліс причепа більше суми гальмових моментів правих коліс, тобто

МТА + МТД > МТВ + МТЕ.

Дослідження руху автопоїзда проведено розв'язком диференціального рівняння з використанням методу псевдошвидкостей без урахування сил опору в системі

...