Q(t) = Q₁(t)?Q₂(t) .

Вероятность отказа при совместном действии отказов двух типов (т.е. вероятность наступления хотя бы одного из событий к моменту t, события независимы)

где Ф(t)- итоговая функция распределения для двух случайных независимых процессов.

Плотность распределения

Среднее время наработки на отказ

где ф₁; ф₂

- среднее время для экспоненциального и нормального распределений, т.к. известно, что для гидроприводов в подавляющем большинстве случаев внезапные отказы подчиняются экспоненциальному закону, а износовые - нормальному. В принципе, если требуется определить влияние отказов только внезапного типа, то необходимы наблюдения на начальном этапе эксплуатации, когда предельные допуски на износ еще не достигнуты. Для определения параметров распределения отказов износового типа приближенно можно считать, что они адекватны отказам по параметру объемного к.п.д.

где у₂ - параметр нормального распределения

Получить параметры экспоненциального распределения можно полагая известными параметрами нормального, решая задачу относительно ф₁ численными методами. Зная параметры распределений можно оценить вероятность безотказной работы Q(t) приводов и аппаратов - рис. 9 ( а-е)

Вероятность безотказной работы оказывает решающее влияние на такой фактор как технический риск при эксплуатации гидрофицированной машины.

Для оценки чувствительности к отказам по группам проведём качественный анализ их последствий для системы.

Рис. 9. Вероятность безотказной работы приводов и агрегатов дорожных и строительных машин; 1- зависимости для экскаваторов, 2 - зависимости для путевых машин; а)-привод вращения, б)-привод поступательного действия, в)-гидроцилиндры, г)-распределители, д)-аксиально-поршневые насосы, е)-шестеренные и лопастные насосы.

Каждый из видов отказов относят к одной из установленных степеней тяжести . Каждая степень тяжести характеризуется одинаковыми или близкими последствиями отказов для системы в целом.

Для подъемно-транспортных, дорожных и строительных машин, можно выделить следующие группы отказов, различающихся по степени тяжести последствий, каждую из которых можно оценить весовым коэффициентом К_j, _, определяемым для каждой последующей степени тяжести как отношение затрат времени t_j на устранение последствий отказа к затратам времени на устранение отказа первой степени тяжести t₁.

К_j =t_j/t₁ ,

где К_j -весовой коэффициент степени тяжести последствий отказа.

Отказы практически не влияющие на экономические и экологические показания работы машины. К ним относятся мелкие отказы, устраняемые

немедленно или в ходе ЕО, например регулировка клапанов и дросселей, долив масло в бак и пр. К_j=1

Параметрические отказы, приводящие к съёму и замене агрегата в процессе послесменного обслуживания. Эти отказы не влияют на ритмичность работы, но могут ухудшать такой показатель, как время цикла - t_ц. Экономические потери в этом случае сводятся к стоимости заменяемого агрегата и стоимости производства работ К_j=2.

Отказы, приводящие к задержке в работе машины. Они выявляются либо во время смены, либо в ходе предсменных проверок. При наличии такого отказа смена может быть завершена, но затем производится замена агрегата и переналадка системы с задержкой выхода в следующую смену. Нетрудно видеть, что вторая и третья степени тяжести близки и при известных условиях могут переходить одна в другую. К_j=3

Отказы, приводящие к нарушению или к изменению технологических процессов и остановки производства более чем на одну смену. Экономические потери могут быть в этом случае весьма велики и включать потери при простое всего комплекса машин и работников технологической цепочки. К_j=8

Отказы приводящие к аварийным последствиям, т.е. к выходу из строя не только агрегатов гидропривода, но и повреждению машины в целом (например при опрокидывании) и невозможностью её дальнейшей эксплуатации. К_j=16.

6. Отказы приводящие к катастрофическим последствиям (с жертвами); коэффициент тяжести последствий в данном случае оценить достаточно сложно, и т.к. для строительно-дорожных машин такие последствия нетипичны, то в дальнейшем они не рассматриваются.

Чувствительность к отказам подгрупп гидропривода зависит от интенсивности отказов элементов _i входящих в подгруппы, которая определяется на основе анализа результатов эксплуатации машин и испытаний гидроаппаратов, а также от количества однотипных элементов n_i входящих в группу и подверженных одинаковым видам отказов, приводящих к сходным последствиям. Например, интенсивность отказов распределителей весьма мала, однако поскольку их число сравнительно велико, чувствительность к отказам этих групп возрастает. Известно, что для гидроприводов мобильных машин внезапные отказы удовлетворительно описываются экспоненциальным законом, а износовые - нормальным. Примем в качестве допущения, что эти процессы независимы.

Тогда имеем

_i = _i1 +_i2 ,

где _i - суммарная интенсивность отказов i - того элемента системы;

_i1 - интенсивность внезапных отказов i - того элемента системы;

_i2 - интенсивность износовых отказов i - того элемента системы.

Чувствительность к отказам по группе элементов оценим следующим образом

S_i,

где S_i -показатель чувствительности к отказам;

_{i m} - интенсивность отказов i - тых элементов, приводящих к последствиям со степенью тяжести m;

К_m - степень тяжести последствий отказов (отказы 6^ой степени тяжести не рассматриваются как нетипичные);

n_i - количество i - тых элементов в подгруппе привода;

В качестве примера рассматриваются привод подъемно-рихтовочного устройства выправочно-подбивочно-рихтовочной машины ВПР-02 и привод главной лебедки стрелового крана КС-4573.

Суммарный показатель чувствительности к отказам

S =S_i .

Зная суммарный показатель чувствительности, можно найти относительные показатели для каждой подгруппы привода

А_i = S_i/S .

Графики изменения относительных показателей чувствительности представлены на рис.10 а,б.

Очевидно, что суммарный показатель чувствительности привода к отказам наряду с вероятностью безотказной работы играет существенную роль при технического риска при эксплуатации гидрофицированной машины.

Для его количественной оценки введем понятие коэффициента риска, представляющего собой отношение суммарной чувствительности к отказам к вероятности безотказной работы.

R(t) =[ S_У/Q(t)]М10^-3 ,

где: Q(t) - вероятность безотказной работы привода;

t - наработка привода.

,

где t - текущая координата наработки; - интенсивность внезапных отказов;

- параметр нормального закона (среднеквадратичное отклонение);

Т- математическое ожидание наработки по износовым отказам

Рис. 10 Изменение относительного показателя чувствительности приводов в процессе эксплуатации; а) -для подъемно-рихтовочного устройства ВПР,б) - для привода главной лебедки крана КС-4573

При определении предельно допустимых значений объемного к.п.д. обычно принят технико-экономический подход.

Предельные значения определяются наработкой, при которой сумма потерь стоимости недовыпол-ненного объема выше стоимости заменяемых агрегатов, т.к. для основной массы машин повышение стоимости единицы продукции зависит от эксплуатационной производительности машины и соответственно от объемного к.п.д.

Для приводов, работающих в режиме по давлению ниже настройки предохранительного клапана, снижение объемного к.п.д. сказывается на снижении производительности с самого начала эксплуатации.

На практике, в реальных условиях, замену гидроаппаратов производят когда эксплуатационная производительность падает ниже некоторого критического уровня. В этом случае необходимо применять метод селективной замены гидроаппаратов по критерию

k_з = Дз/C = (з₁- з₀)/C,

где з_0,, з₁- объемный к.п.д. привода до замены i-того аппарата (предельное значение) и после, соответственно; C - стоимость замены.

В шестой главе рассмотрен вопрос об экономической эффективности применения систем диагностики.

Для определения экономического эффекта от применения средств технической диагностики гидроприводов следует учитывать ряд таких факторов в их взаимосвязи, как повышение эксплуатационной надежности, ресурсосбережение, снижение трудоемкости технического обслуживания, повышение культуры производства, повышение эксплуатационной производительности машин, увеличение затрат на капитальные вложения, увеличение эксплуатационных расходов и др. Схема взаимовлияния основных факторов на экономическую эффективность от применения системы диагностики представлена на рис. 12

Рис. 12 Схема взаимовлияния основных факторов на экономическую эффективность от применения системы диагностики

Главным образом, эффективность системы определяется тем, насколько диагностическая система дорога по сравнению со стоимостью парка основных машин и насколько результативно применение диагностического комплекса. Для определения экономически рациональных параметров систем технической диагностики анализ основных факторов целесообразно проводить в относительных или условных единицах, что позволило бы избежать влияния конкретных для каждой марки машин эксплуатационных показателей, договорных цен и прочих факторов, которые в современных экономических условиях могут различаться на порядок даже в пределах одного региона.

Очевидно, что внедрение системы диагностики будет эффективно в том случае, если при этом произойдет снижение удельных затрат на единицу продукции. Данное допущение справедливо только в том случае, если диагностирование не вызвано необходимостью обеспечения безопасности персонала.

Для определения экономически рациональной зоны применения систем технической диагностики анализ действия основных факторов целесообразно проводить в относительных или условных единицах, что позволило бы избежать влияния конкретных для каждой марки машин эксплуатационных показателей, договорных цен, конкретной стоимости устранения отказов и ущерба от его возникновения, стоимости выполнения профилактических операций ТО и ремонтов и прочих показателей, которые в современных экономических условиях, сложившихся в России в начале века могут различаться на порядок даже в пределах одного региона.

Проведенный численный анализ показал, что имеется зона устойчивого экономического эффекта при коэффициенте роста годового объема продукции более 10% с одной стороны и при снижении эксплуатационных затрат также на 10% с другой стороны.

В приложении 1 дано краткое описание современных методов диагностики гидроприводов и приведены характеристики средств для их реализации, в т.ч. гидротестеров и стендов.

В приложении 2 приведен пример программы минимизации количества контрольных точек в гидросистеме на языке «Бейсик».

В приложении 3 приведена программа для расчетов поправочных коэффициентов к тарировочной характеристике турбинных расходомеров.

В приложении 4 дано описание работы автоматизированного модуля диагностики.

В приложении 5 приведены акты внедрения средств диагностики и реализации результатов работы.

заключение

Диссертационная работа посвящена решению крупной научно-технической проблемы, заключающейся в обеспечении безотказной работы в «окно» на железных дорогах гидрофицированных строительных и дорожных машин на основе формализации и оптимизации процессов поиска отказов и прогнозирования ресурса.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Существующая на сегодняшний день система обеспечения надежности гидроприводов дорожных и строительных машин, основанная на жесткой системе технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов, не обеспечивает необходимого уровня поддержания коэффициента готовности и безотказности гидроприводов, что ведет к значительным технико-экономическим потерям. Доминирующим фактором последствий отказа является простой машин.

2. Анализ последствий отказов показал, что наиболее чувствительными к отказам в гидроприводах дорожных и строительных машин являются подсистемы сервоуправления и выносных опор (аутриггеров). Имеется критическая зона наработки, после достижения которой для большинства подсистем резко возрастает коэффициент технического риска и дальнейшая эксплуатация возможна только после проведения профилактических и ремонтных мероприятий и контроля.

3. Успешный переход от жесткой системы технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов гидроприводов машин к гибкой системе, когда сроки ремонтов назначаются по фактическому техническому состоянию, возможен только при создании и внедрении в эксплуатацию комплексной системы диагностирования, применение которой позволяет увеличить использование ресурса гидроаппаратов в среднем на 50-60 %.

4. В основу оптимизации поиска отказов должен быть положен метод, учитывающий структуру гидросистемы, информативность проверок, скорость получения информации и затраты на ее получение. Анализ взаимосвязей в гидроприводе с учетом возможных неисправностей показал, что они могут быть разделены на четыре подгруппы по характеру проявления и количество контрольных точек для измерения диагностических параметров может быть минимизировано.

5. Система диагностики должна базироваться на едином методе и включать стационарные, мобильные и встроенные средства. Целесообразна унификация по элементной базе и типоразмерам, соответственно расходным характеристикам гидроприводов.

6. При использовании турбинных расходомеров в качестве датчиков расхода для повышения точности измерений необходимо введение поправочных коэффициентов к их статическим характеристикам, лежащих в диапазоне 1,01ч1,3.

7. Испытания гидроаппаратов целесообразно проводить по рекуперативным схемам в замкнутом контуре с дросселированием и подпиткой. При этом монтажная схема должна обеспечивать температурную стабилизацию замкнутого контура в диапазоне 40- 60 С⁰.

8. Предложенный алгоритм работы автоматизированной системы диагностики позволяет локализовать отказы гидропривода и его основных элементов, в том числе специфические, возникающие при работе в динамических режимах, определять мгновенные значения параметров, контролировать герметичность системы в целом, следить за уровнем температуры.

9. Анализ изменения объемного к.п.д. гидроприводов машин, как основного диагностического параметра и его взаимосвязи с производственным процессом показал, что назначение предельных значений зависит от условий эксплуатации, в частности от категории грунтов.

10. При прогнозировании вероятности безотказной работы гидроприводов дорожных и строительных машин следует учитывать одновременное действие экспоненциального и нормального законов для внезапных и износовых отказов, численное определение параметров которых позволяет прогнозировать надежность с высокой точностью.

11. Порог экономической эффективности от внедрения системы диагностики достигается при увеличении годового объема продукции и при снижении эксплуатационных затрат не менее чем на 10 %.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

гидропривод машина надежность

1. Гринчар Н.Г. Универсальный стенд для диагностики гидроаппаратов. / Гринчар Н.Г.// - М.: Подъемно-транспортное дело, 1998, № 4. с. 23-26.

2. Гринчар Н.Г. Оценка последствий отказов гидроприводов машин. / Гринчар Н.Г.// -Тула, Известия ТулГУ, вып. №2, 1999, с.268-275.

3. Гринчар Н.Г. Анализ тепловых режимов работы замкнутых контуров гидравлических испытательных стендов. / Гринчар Н.Г.// - М.: РГОТУПС, 1999. В сб. «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта», с.152-156.

4. Гринчар Н.Г. Прогнозирование надежности гидроприводов при наличии отказов двух типов. / Гринчар Н.Г.// - М.: Вестник МИИТа, 2000.- №3, с. 57-62.

5. Гринчар Н.Г. Прогнозирование остаточного ресурса гидроприводов по результатам диагностики. / Гринчар Н.Г.// - Путь и путевое хозяйство, 2000.- № 3, с.34-35.

6. Гринчар Н.Г. Оптимизация поиска отказов в сложных гидросистемах. / Гринчар Н.Г.// Путь и путевое хозяйство, 2000.- № 9, с.35-36.

7. Гринчар Н.Г. Надежность гидроприводов. / Гринчар Н.Г.// - Путь и путевое хозяйство, 2001.- № 3, с.29-31.

8. Гринчар Н.Г. Эксплуатация гидроприводов. / Гринчар Н.Г.// - Путь и путевое хозяйство, 2001.- № 9, с.29-31.

9. Гринчар Н.Г. Алгоритмы поиска отказа в гидроприводах машин./ Гринчар Н.Г., Симонов С.Н. // - Механизация строительства, 2001.- №11, с. 34-37.

10. Гринчар Н.Г. Основные положения для создания систем автоматизированной диагностики гидроприводов грузоподъемных и транспортных машин. / Гринчар Н.Г.// - Тула, Известия ТулГУ, вып. №3, 2001, с.259-262.

11. Гринчар Н.Г. Классификация отказов в гидроприводах мобильных машин

по характеру их проявления. / Гринчар Н.Г. , Дубровин В.А.//Труды 1-ой

научно-практической конференции «Путевые машины».- Калуга : АКФ

«Политоп».- 2001.- с. 54-56.

12. Гринчар Н.Г. Поиск отказов в гидроприводах путевых и транспортных машин на основе их структурного анализа. / Гринчар Н.Г. , Дубровин В.А.//Труды 1-ой научно-практической конференции «Путевые машины». - Калуга : АКФ «Политоп».- 2001. - с. 57-63.

13. Гринчар Н.Г. Особенности применения турбинных расходомеров при диагностике гидроприводов машин. / Гринчар Н.Г.// - М.: Вестник МИИТа, 2001.- №5, с. 41-43.

14. Гринчар Н.Г. Экспериментальная оценка технического состояния гидропривода эксцентрикового вала подбивочного блока ВПР-02. /Ковальский В.Ф., Дубровин В.А., Гринчар Н.Г., Майоров Ю.П.// Труды 2-ой научно-практической конференции «Путевые машины». - с. 108-119. Калуга, АКФ «Политоп», 2002.

15. Гринчар Н.Г. Выбор метода и средств диагностирования машин. Путь и путевое хозяйство, 2003. / Гринчар Н.Г.// - № 3, с.27-29.

16. Гринчар Н.Г. Организация диагностирования парков гидрофицированных машин. /Гринчар Н.Г., Симонов С.Н.// - Механизация строительства, 2003.- №3, с. 14-16.

17. Гринчар Н.Г. Определение экономической эффективности диагностики машин. / Гринчар Н.Г.// - Путь и путевое хозяйство, 2003.- № 4, с.31-32.

18. Гринчар Н.Г. О системах автоматизированной диагностики гидроприводов. / Гринчар Н.Г.// - Путь и путевое хозяйство, 2003.- № 5, с.39-40.

19. Гринчар Н.Г. Выбор критерия оптимизации процесса поиска отказов в гидроприводах машин. / Гринчар Н.Г.// -Механизация строительства, 2003.- №6, с. 8-10.

20. Гринчар Н.Г. Основы создания и проектирования испытательных и диагностических гидростендов. / Гринчар Н.Г.// - Механизация строительства, 2003.- №7, с. 22-24.

21. Гринчар Н.Г. К вопросу определения вероятности безотказной работы гидроприводов путевых машин. / Гринчар Н.Г.// Наука и техника транспорта, 2004.- №3, с. 50-53.

22. Гринчар Н.Г. О диагностике гидроприводов/ Гринчар Н.Г.// Путь и путевое хозяйство, 2004.- № 12, стр.19-20.

23. Гринчар Н.Г. Испытание гидрообъемных передач в замкнутом контуре с рекуперацией энергии. / Гринчар Н.Г.// - Механизация строительства, 2004.- №12, с. 12-14.

24. Гринчар Н.Г. Анализ последствий проявления отказов в гидроприводах строительных и дорожных машин. / Гринчар Н.Г.// - Механизация строительства, 2005.- №2, с. 11-16.

25. Гринчар Н.Г. О влиянии погрешности измерения объемного к.п.д. гидропривода при диагностике на прогнозирование коэффициента готовности/ Гринчар Н.Г.// - Механизация строительства, 2006.- №6, с. 15-16.

26. Гринчар Н.Г. Из опыта эксплуатации зарубежной техники/ Гринчар Н.Г., Кузьмин В.Д.// - Механизация строительства, 2006.- №7, с. 20-22.

27. Гринчар Н.Г. Определение предельно допустимых значений объемного КПД гидропривода. / Гринчар Н.Г.// - Харьков, Харькiвська державна академiя залiзничного транспорту. Збiрник наукових прац. Пiдвищення ефективностi технологiп та технiки для виконання вантажно-розвантажувальних, будiвельних i колiйних робiт на залiзничному транспортi. 1999. - с.36 - 40.

28. А.С. № 1326895 СССР, МКИ 01 15\18. Устройство для подсоединения расходомера / Г.С. Загорский, Ю.П. Майоров, Н.Г. Гринчар (СССР) 4060036 \ 24-10; Заявлено 03.03.86; Опубл. 30.07.87, Бюл. № 28.- 2 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru