Разработка методики оценки влияния климатических условий на эксплуатацию дорожно-строительных машин (на примере территории Республики Тыва)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН (НА ПРИМЕРЕ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА)

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Чооду Остап Андреевич

Санкт-Петербург 2009

1. Общая характеристика работы

• Актуальность исследования. В республике Тыва при выполнении строительных работ применяется большое количество различных дорожно-строительных машин, как отечественного, так и импортного производства, как это можно увидеть из табл. 1 и рис. 2 - 6, где приводится информация о применении различных видов дорожно-строительных машин по годам.
• Таблица 1 Состояние парка основных строительных машин в крупных и средних дорожно-строительных организациях РТ

Годы	Экска-ваторы одноковшовые, шт.	Скреперы, шт.	Бульд-зеры на тракторах, шт.	Автогрейдеры, шт.	Тракторы, шт.	Краны на автомобильном ходу, шт.	Краны на гусеничном ходу, шт.	Краны на пневмо колесном ходу, шт.	Погрузчики, шт.
1976	127	27	126	-	-	105	-	-	28
1981	144	19	127	-	-	115	-	-	32
1986	255	21	125	-	-	140	-	-	47
1990	201	26	159	-	-	241	-	-	56
1995	90	13	80	-	-	98	-	-	19
1997	57	8	51	-	-	75	-	-	13
1998	43	8	57	-	-	64	-	-	12
1999	31	8	27	-	-	46	-	-	10
2000	25	7	18	-	-	37	-	-	9
2001	25	6	26	-	-	40	-	-	9
2002	25	4	39	-	-	42	-	-	8
2003	38	4	55	36	14	35	2	7	8
2004	41	4	51	33	16	28	4	8	8
2005	35	2	36	19	8	27	4	7	9
2006	39	3	49	31	9	28	4	7	8
2007	46	3	54	33	15	31	6	6	10
2008	46	4	54	33	15	31	6	6	10
2009	45	5	52	31	16	29	6	5	11

• Как видно из табл. 1, максимальное количество этих машин приходится на 1990 год, после которого их общее количество значительно уменьшилось в связи с экономическим спадом в России.
• Однако, поскольку в настоящее время в России наблюдается экономический подъем, ожидаемое количество применяемых машин должно резко возрасти.
• По имеющимся данным о результатах эксплуатации указанных машин в республике Тыва отмечается их ускоренный износ и повышенная вероятность отказов.
• Анализ технической документации этих машин показал, что они изготовлены по техническим условиям, преимущественно предназначенным для использования в средней полосе России.
• В связи с указанным вопрос оптимизации эксплуатации и технического обслуживания дорожно-строительных машин с учетом природно-климатических и рельефных условий в республике Тыва достаточно актуален.
• Республика Тыва по своему природно-климатическому и рельефному строению один из самых труднодоступных, малоосвоенных и малоизученных регионов Российской Федерации.
• Основные природно-климатические зоны Тывы составляют тундровые плоскогорья с вечной мерзлотой, горные массивы, соединяющиеся со степью. Минимальная температура зимой составляет -60єС, максимальная летом -- +48єС.
• Особые природно-климатические условия в республике Тыва в свою очередь создают особые условия при эксплуатации и техническом обслуживании дорожно-строительных машин.
• Основными природно-климатическими параметрами, влияющими на условия эксплуатации машин, являются:
• · большие суточные колебания температуры воздуха - летом от -4ч5єС ночью до +20єС днем; зимой - от -60є ночью до -30єС днем вызывают существенные изменения свойств горюче-смазочных материалов;
• · наличие больших перепадов высоты оказывает существенное влияние на мощность двигателей в связи с изменениями атмосферного давления, содержания кислорода.
• Кроме указанных, на условия эксплуатации машин также влияют большая ветровая нагрузка, солнечная радиация и ряд других причин.
• Перечисленные причины приводят к повышенному износу применяемых в республике дорожно-строительных машин по сравнению с износом в условиях средней полосы России.
• Анализ возрастной структуры дорожно-строительных машин Республики Тыва показывает, что за последние 25 лет парк машин практически не обновлялся и в значительной степени изношен.
• В связи с предстоящим обновлением всего существующего парка дорожно-строительных машин в республике Тыва, проблема разработки системы эксплуатации и технического обслуживания дорожно-строительных машин, учитывающей особенности природно-климатических условий и обеспечивающей тем самым повышенную экономическую эффективность их использования, стала исключительно актуальной.
• Цель диссертационной работы - разработка системы эксплуатации дорожно-строительных машин, учитывающей особенности природно-климатических условий республики Тыва.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

· определение особенностей воздействия природно-климатических условий республики Тыва при эксплуатации дорожно-строительных машин и разработка методики учета особенностей воздействия факторов климата и рельефа в Республике Тыва при эксплуатации ДСМ;

· разработка математической модели, описывающей зависимость изменения работоспособности и производительности ДСМ от особенностей климата и рельефа республики Тыва;

· проведение сравнительного анализа существующих методов оценки воздействия климатических факторов на дорожно-строительные машины при их эксплуатации;

· разработка предложений по корректировке Рекомендаций по организации технического обслуживания и ремонта (ТОиР) ДСМ, учитывающих особенности условий их эксплуатации и определение технико-экономического эффекта от их внедрения.

Предмет исследований - оценка воздействия природно-климатических факторов Республики Тыва на эксплуатацию ДСМ.

Объект исследований - парк ДСМ республики Тыва.

Методики исследования - статистический анализ условий эксплуатации и надежности ДСМ, аналитическое моделирование зависимости надежности ДСМ от природно-климатических условий республики Тыва.

Научная новизна работы состоит в следующем:

На основе анализа существующей системы производства работ по эксплуатации ДСМ в Республике Тыва выявлены факторы, в наибольшей степени влияющие на качество системы эксплуатации ДСМ, научно обоснована и разработана методика оценки воздействия природно-климатических факторов республики Тыва на ДСМ при их эксплуатации, разработана математическая модель зависимости надежности ДСМ от природно-климатических условий республики Тыва, разработана методика по организации технического обслуживания и ремонта (ТОиР) ДСМ, учитывающих особенности условий их эксплуатации

Апробация работы и публикации. Основные научные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Автомобильные дороги, транспорт и экология» (СПб, 2006 г.); 64-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов (СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург, 2007 г.); 61-й международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, докторантов (СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург, 2008 г.); ежегодной научно-практической конференции преподавателей, аспирантов и сотрудников (ТывГУ, г. Кызыл, 2008 г.). Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах, в т.ч. 1 статья в журнале «Научно-технические ведомости СПбГПУ», включенном в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий ВАК.

2. Содержание работы

Во введении обосновывается выбор темы, ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрены научная новизна и практическая значимость работы, изложены положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава диссертации посвящена сравнительному обзору и анализу особенностей условий эксплуатации ДСМ в природно-климатических условиях республики Тыва.

На рис. 1 показана схема рельефа республики Тыва

Рис. 1. Схема рельефа республики Тыва

Как видно из схемы рельефа республики Тыва, он содержит Хемчикскую, Улуг-Хемскую, Тере-Хольскую и Тоджинскую котловины, минимальная высота которых относительно уровня моря составляет 500 метров, и горы, максимальная высота которых составляет 3970 м (Монгун-Тайга, а минимальная - 1906 м (Нагорье Сенгилен).

В табл. 2 представлены данные о распределении температур воздуха на территории республики Тыва.

Как видно из табл. 2, природно-климатические факторы республики Тыва характеризуются резкоконтинентальностью климата, с большими годовыми и суточными перепадами температур воздуха - от -5єС до +20єС летом и от -60єС до -30єС зимой, а так же сложным рельефом местности.

Нормативный документ «Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин МДС 12-8.2007», разработанными ЦНИИОМТП, содержит типовые нормы периодичности, продолжительности и трудоемкости технического обслуживания и ремонта этих машин.

Таблица 2 Температура воздуха на территории Республика Тыва

Название	Абсолютная высота (м)	Средняя температура, °С	Среднегодовая	Абсолютный минимум	Абсолютный максимум	Амплитуда температур
		I	II	VII	VIII
Кызыл	628	-33,7	-30,5	19,6	17	-4,5	-58	48	96
Сарыг-Сеп	706	-34	-30,7	17,6	15,2	-5,6	-60	39	99
Чадан	723	-31	-26	18,3	15,7	-3,5	-54	37	91
Туран	862	-34,9	-29,4	16,9	14,2	-5,9	-58	36	94
Тээли	880	-29,2	-24,1	17,3	15,3	-3,3	-54	36	90
Тоора-Хем	895	-28,6	-25,9	14,6	11,8	-5,5	-59	34	93
Ак-Тал	1030	-29,2	-25,5	14,5	12,1	-5,3	-55	35	90
Эрзин	1101	-34,9	-31,2	17,8	16	-5,5	-59	39	97
Кунгуртуг	1310	-29,4	-25,1	14	11,4	-6,1	-56	34	90

Для обеспечения высокого уровня качества технической эксплуатации строительных машин строительные организации должны разрабатывать и внедрять системы управления качеством эксплуатации строительных машин (УКЭСМ) согласно требованиям ГОСТ 25646-95 и с учетом рекомендаций ГОСТ 40.9001-88, ГОСТ 40.9002-88.

Техническое обслуживание и ремонт машин должны выполняться на основе диагностирования их технического состояния. Мероприятия по техническому обслуживанию и ремонт машин должны разрабатываться и осуществляться с учетом эксплуатационной (по ГОСТ 2.601-95) и ремонтной (по ГОСТ 2.602-95) документации заводов-изготовителей, а также требований к техническому состоянию машин и правил безопасной эксплуатации, установленных Госгортехнадзором, Госавтоинспекцией и государственными нормативно-техническими документами.

Анализ технической эксплуатации ДСМ в дорожно-строительных организациях Республики Тыва показал, что указанные выше нормативные документы, предусматривающие типовые правила технического обслуживания и ремонта, не в полной мере учитывают особенности природно-климатических факторов республики Тыва, в связи с чем использование дорожно-строительных машин производится недостаточно эффективно.

В результате исследований, проведенных автором, было установлено, что система технической эксплуатации (СТЭ) в ряде строительных организаций часто нарушается: отсутствует периодичность технического обслуживания и ремонта, мероприятия по обеспечению работоспособности ДСМ; неразвитости средств контроля работоспособности; низком уровне материально-технического обеспечения, большинство организаций недоукомплектованы оборудованием и специалистами по данному направлению; изношенность парка ДСМ составляет 82% (см. табл. 3, 4 и рис. 2 - 6).



Рис. 2. Диаграмма изменения количества экскаваторов всех типов по годам

Рис. 3. Диаграмма изменения количества бульдозеров всех типов по годам

Рис. 4. Диаграмма изменения количества скреперов всех типов по годам

Рис. 5. Диаграмма изменения количества кранов на автомобильном шасси всех типов по годам



Рис. 6. Диаграмма изменения количества погрузчиков всех типов по годам

Таблица 3 Удельный вес машин с истекшим сроком службы в общем числе машин, в %

Строительные машины	2003 г.	2004 г.	2005 г.	2006 г.	2007 г.	2008 г.
Экскаваторы одноковшовые	65,8	78,0	82,9	74,4	67,4	67,4
Краны:
на гусеничном ходу	100,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0
на пневмоколесном ходу	42,9	37,5	71,4	57,1	66,7	66,7
на автомобильном ходу	48,6	46,4	47,6	53,6	51,6	51,6
Скреперы	75,0	75,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Автогрейдеры	55,6	81,8	73,3	74,2	72,7	72,7
Бульдозеры на тракторах	63,4	80,4	83,3	81,6	74,1	74,1
Тракторы	64,3	81,3	62,5	44,4	53,3	53,3
Всего	48,4	59,0	60,7	59,8	54,8	54,8

Таблица 4 Изменение коэффициентов технической готовности по месяцам

Наименование механизма	Месяцы года
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Бульдозеры	0,88	0,86	0,85	0,84	0,88	0,89	0,91	0,91	0,85	0,91	0,85	0,80
Экскаваторы	0,78	0,76	0,80	0,80	0,81	0,88	0,84	0,84	0,85	0,80	0,76	0,80

В связи с выявленными причинами уровень производственной эксплуатации и экономическая эффективность дорожно-строительных машин значительно ниже предусмотренной нормативными документами.

Во второй главе диссертации рассматриваются результаты анализа воздействия на дорожно-строительные машины природно-климатических факторов республики Тыва и определяются пути повышения производительности за счет учета указанных факторов при совершенствовании организации их технической эксплуатации.

Известно (П.И. Кох 1981, Н.Н. Карнаухов 2005, Е.С. Кузнецов 1991 и др.), что на производительность дорожно-строительных машин в основном оказывают влияние конструкторско-технические, природно-климатические, организационные, технологические и социально-экономические факторы.

В данном случае, среди прочих, природно-климатические факторы республики Тыва вызывают в дорожно-строительных машинах увеличение вероятности случайных перегрузок, повышенный износ сопряженных элементов конструкций, ускоренные усталостные явления и т.п., что в конечном итоге приводит к уменьшению их надежности и увеличению количества и стоимости работ по техническому обслуживанию и ремонту.

В частности, в зависимости от высоты местности, на которой производятся дорожно-строительные работы, в значительных пределах изменяется мощность двигателей дорожно-строительных машин.

В табл. 5 приведены данные изменения мощности различных двигателей с изменением высоты над уровнем моря (И.Б. Гурвич, П.Э. Сыркин 1984).

Таблица 5 Изменение мощности различных двигателей с изменением высоты над уровнем моря (Н)

№ п/п	Высота (Н), м	0	1000	2000	3000	4000
1	Давление, кПа	120	89,7	70,3	70,2	61,8
2	Относительная плотность воздуха	1	0,91	0,82	0,72	0,67
3	Температура окружающего воздуха, єС	15	8,5	2	-4,5	-11
4	Снижение номинальной мощности двигателя, %
	- ДД с наддувом	0	2	5	9	14
	- ДД без наддува*	0	3,5	9	17	29
	- КД**	0	17	34	47	57

* ДД - дизельные двигатели; ** КД - карбюраторные двигатели.

Выделены высоты, наиболее часто встречающиеся в практике РТ

Как видно из таблицы 4, дизельные двигатели с наддувом на высоте 4000 м теряют мощность на 14%, без наддува на 29%, а карбюраторные на 57%.

Это приводит к повышенному расходу топлива и значительному износу двигателей.

Интенсивность воздействия всего комплекса климатических факторов на свойства материалов и надежность технических устройств удобно учитывать с помощью коэффициентов климата и рельефа местности.

В рис. 7 показана схема комплексного влияния основных климатических факторов и атмосферных явлений (техническая жесткость климата) на свойство материалов и надежность машин, с учетом рельефа местности.

Здесь под термином техническая жесткость климата понимается интенсивность воздействия комплекса климатических факторов на свойства материалов и надежность технических устройств. Для определения технической жесткости П.И. Кохом (в этом направлении можно отметить труды следующих ученых Б.Г. Бодмана, Б.Г. Кима, Н.Н. Карнаухова С.В. Каверзина и др.) была разработана математическая модель в виде многофакторной функции следующего вида:

, (2.1)

где N_к, N_п ? обобщенные показатели технической жесткости соответственно холодного климата и погоды; S_к, S_п ? то же, жаркого климата и погоды; Q ? суммарная солнечная радиация; t ? температура наружного воздуха; у ? средняя амплитуда суточных колебаний температуры воздуха; х ?средняя скорость ветра; ц ? относительная влажность воздуха; n_а.я. ? атмосферные явления, влияющие на надежность машин; ф_х.я. - время действия отрицательных и положительных температур воздуха в течении года.

Рис. 7. Схема комплексного влияния основных климатических факторов и атмосферных явлений на свойство материалов и надежность машин

Однако эта формула не учитывает зависимость изменений климатических факторов от изменения рельефа местности, что является весьма существенным для территории республики Тыва так, как видно из рис. 1 и табл. 1, на ее незначительной территории в значительной степени изменяется параметры климата в зависимости от рельефа местности.

Для решения этой проблемы автором была разработана методика расчета зависимости интенсивности воздействия факторов климата от рельефа местности.

В соответствии с предложенной методикой в формулу (2.1) вводится корректирующий коэффициент ч_рел, которым учитывается зависимость температуры воздуха и скорости ветра от изменения рельефа местности с помощью коэффициентов: k_а.д. ? коэффициента зависимости атмосферного давления от высоты, д_сниж. ? коэффициента, учитывающего зависимость температуры воздуха от высоты над уровнем моря и х_изм. - коэффициента зависимости изменения скорости ветра от высоты над уровнем моря.

Указанные коэффициенты определялись по формулам (Н.А. Кузьмин 2002):

(2.2)

, (2.3)

где k_а.д и д_сниж. - давление и температура на высоте Н; P₀ и t₀ - давление и температура на высоте уровня моря.

В табл. 6 представлены вычисленные значения коэффициентов k_а.д., д_сниж. и коэффициент х_изм. - зависимости изменения скорости ветра от высоты над уровнем моря, определенный ГОСТ 1451-77.

Таблица 6 Изменение коэффициентов k_а.д, д_сниж. и х_изм. при изменении высоты над уровнем моря

Тип рельефа	Высота над уровнем моря	Коэффициент изменения температуры воздуха	Коэффициент изменения атмосферного давления	Коэффициент (поправочный) скорости ветра
Низкие горы	500-1000	1,13	1	3,10
Средневысотные горы	1000-2000	1,27	1,08	3,10
Высокие горы	выше 3000	1,83	1,23	3,10

Поправочный коэффициент ч_рел., учитывающий характер рельефа местности определяется по формуле (см. табл. 7), предложенной автором:

(2.4)

где n - общее число коэффициентов; k_а.д. ? коэффициент атмосферного давления; д_сниж. ? коэффициент учитывающий понижение температуры по мере увеличения высоты над уровнем моря; х_изм. - коэффициент изменения скорости ветра по мере увеличения высоты над уровнем.

Таблица 7 Изменение поправочного коэффициента ч_рел

Характер рельефа	Коэффициент изменения характера рельефа
Низкие горы	500-1000	1,7
Средневысотные горы	1000-2000	1,8
Высокие горы	выше 3000	2,05

Таким образом, общий вид модели климат-рельеф (КР) представит собой многофакторную функцию следующего вида:

(2.5)

Отсюда формула технической жесткости холодного климата принимает вид:

(2.6)

С использованием результатов рангового анализа и уравнения (2.5) формула для определения технической жесткости холодного климата в баллах (условных показателях) примет вид:

, (2.7)

где - значение средних минимальных температур воздуха за три наиболее холодных месяца, градус С; - среднее значение абсолютного минимума температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, градус С; - средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, градус С; - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца, м/с; - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее холодных месяца, в долях единиц; - среднее значение за месяц числа дней с туманом и метелью за три наиболее холодных месяца; - продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха ниже нуля; - коэффициент, учитывающий характер рельефа местности.

С использованием результатов рангового анализа и уравнения (2.5) формула для определения технической жесткости жаркого климата в баллах (условных показателях) примет вид:

, (2.8)

где t_max,ср - среднее значение средних максимумов температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, градус С; t_max,абс - среднее значение абсолютного максимума температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, градус С; Q_т - среднее значение месячной суммы суммарной солнечной радиации за три наиболее теплых месяца; у_т - средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее теплых месяца, градус С; х_т - средняя скорость ветра за три наиболее теплых месяца, м/с; ц_т - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее теплых месяца, в долях единицы; n_б.т. - среднее за месяц число дней с пыльной бурей и туманом за три наиболее теплых месяца; ф_т - продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха выше 0°С; ч_рел. ? см. формулу (2.7).

Третья глава диссертации посвящена задачам математического моделирования условий эксплуатации ДСМ.

Вероятность безотказной работы ДСМ за время ф при воздействии основных факторов выражена следующей зависимостью (П.И. Кох 1981):

, (3.1)

где - вероятность отказа машины вследствие воздействия i-го климатического фактора;

С учетом факторов, влияющих на вероятность безотказной работы ДСМ, формула (3.1) примет вид:

, (3.2)

где Q - суммарная солнечная радиация; t - температура наружного воздуха; у - средняя амплитуда суточных колебаний температуры воздуха; х - средняя скорость ветра; ц - относительная влажность воздуха; n - атмосферные явления, влияющие на надежность машин; ф - время действия отрицательных и положительных температур воздуха в течении года;

Как видно из формулы (3.2), П.И. Кохом здесь не учтены особенности параметров климата, характеризуемым как жесткость, в состав которых входит и рельеф местности.

Поэтому для более точного определения вероятности безотказной работы машин, с учетом особенностей рельефа, здесь так же, как и при определении жесткости климата, необходимо ввести поправочный коэффициент ч_рел.

При этом формула (3.2) примет вид:

(3.3)

Как известно (П.А. Кузнецов 2006), для характеристики эксплуатации ДСМ используется коэффициент использования машин по времени в течении смены К_в, определяемый по формуле:

, (3.4.)

где - время смены; - продолжительность всех видов простоев;

, (3.5)

где - продолжительность простоев на технологическое обслуживание; - продолжительность простоев на техническое обслуживание; - продолжительность простоев на все виды ремонта; - продолжительность простоев по организационным причинам и метеоусловиям.

Поскольку, как видно из формулы (3.3), вероятность безотказной работы P_к(ф) зависит от ч_рел, то этот параметр должен учитываться при определении производительности ДСМ, графиках технического обслуживания и ремонта, а также при определении экономических показателей их эксплуатации, в связи с чем введем это параметр в формулу (3.4).

(3.6)

Указанная формула, в принципе обеспечивающая необходимые расчеты, не позволяет оперативно определить значения коэффициента К_в, учитывая большое многообразие перечисленных выше параметров, и определить закономерность их взаимной зависимости.

Для решения указанной проблемы автором была разработана математическая модель, описывающая изменение работоспособности ДСМ во взаимодействии с природно-климатическими условиями конкретной местности как системы «климат - рельеф - машина».

Разработанная математическая модель позволяет учесть:

- индивидуальную эксплуатационную производительность единичной машины;

- затраты времени на проведение единичного ТО и ремонта каждой машины;

- определение сменной мощности ремонтных средств;

- вариацию периодичности ТО и ремонта.

При разработке математической модели для оценки изменения эксплуатационной производительности, продолжительности проведения ТО и ремонта от наработки были выбраны вероятностный и регрессионный методы анализа и усовершенствована методика определения рациональной периодичности проведения ТО и ремонтов дорожно-строительных машин.

Функциональная схема разработанной модели представлена на рис. 8.

Как видно из рис. 8, разработанная модель состоит из 7 укрупненных блоков.

Указанные блоки выполняет следующие задачи.

В блоке 1 формируются исходные данные и определяются моменты предсказуемых особых состояний системы «климат - рельеф - машина» и передаются в блок 2.

В качестве исходных данных в модели используются следующие основные параметры: Q ? суммарная солнечная радиация; t ? температура наружного воздуха; у ? средняя амплитуда суточных колебаний температуры воздуха; х ? средняя скорость ветра; ц ? относительная влажность воздуха; n_а.я. ? атмосферные явления, влияющие на надежность машин; ф_х.я. - время действия отрицательных и положительных температур воздуха в течении года; М_ДСМ - модель (тип) дорожно-строительной машины.

Рис. 8. Структурная схема модели влияния КР факторов на производительность ДСМ

В блоке 2 производится управление моделью системы «климат - рельеф - машина»: выбирается момент очередного состояния и выбор одного или нескольких вариантов комбинации ДСМ - КР и полученная информация передается в блоки 3.

В блоке 3 выбираются конкретные условия местности и полученная информация возвращается в блок 2 для подтверждения информации, после чего управление передается блоку 4.

В блоке 4 определяются климатические условия конкретной местности и управление передается блоку 5.

В блоке 5 производится расчет климато-рельефных факторов и информация передается блоку 6, или в блок 2 управления моделью системы «климат - рельеф - машина» где выбирается момент очередного состояния и выбор одного или нескольких вариантов комбинации ДСМ - КР, если данное условие не удовлетворят нашим требованиям.

В блоке 6 производится расчет вероятности безотказной работы ДСМ в конкретных условиях и определяется величина коэффициента К_в и полученная информация передается блоку 7.

В блоке 7 производится вычисление эксплуатационной производительности ДСМ в данных конкретных условиях местности.

После разработки математической модели автором была произведена проверка её адекватности. Проверка осуществлялась по t-критерию Стъюдента и F-критерию Фишера.

t - критерий Стьюдента - метод статистической проверки статистических критериев, основанных на сравнении с распределением Стьюдента - однопараметрических абсолютно непрерывных распределений.

F - критерий Фишера - критерий наименьшей значимой разности - апостериорный статистический критерий, используемый для сравнения дисперсий двух вариационных рядов, то есть для определения значимых различий между групповыми средними в установке дисперсионного анализа.

Результаты проверок приведены в табл. 8 и 9.

Таблица 8 Расчетные значения по t - критерию Стьюдента

№	y	S2
1	109,44	5908,99	76,87	3,18	4,03	2,57
2	139,32	6701,74	81,86	3,80
3	169,2	7594,54	87,14	4,31

где y - средняя арифметическая всех результатов; S² - дисперсия воспроизводимости; - среднеквадратичное отклонение (стандарт); t_расч. - исключение грубых ошибок по критерию Стьюдента; [P<=0,01], [P<=0,05] - вариационные ряды.

Таблица 9 Расчетные значения по F - критерию Фишера

№
1	29551,39	4221,62	0,71	9,28
2	33508,73	4786,96	0,71
3	38,97	5,56	0,0007

где - остаточная сумма квадратов; - дисперсия адекватности; - расчетные значения F - критерию Фишера; - табличные значения F - критерию Фишера.

Как видно из табл. 8 и 9, данные, полученные с помощью разработанной модели, хорошо согласуются с реальными эксплуатационными данными дорожно-строительных организаций Республики Тыва.

Достоверность расчетных данных подтверждается из собранных материалов, полученных в реальных производственных условиях.

По t - критерию Стьюдента [P<=0,05] вариационный ряд статистически достоверен с уровнем ошибки менее 5%.

По F - критерию Фишера модель адекватна.

В четвертой главе представлены результаты сравнительных исследований, проведенных автором с использованием разработанной математической модели, с другими способами оценки.

По П.И. Коху, техническая жесткость климата и погоды определяется соответствующими значениями климатических факторов, независимо от рельефа местности, в основном для ее равнинного типа.

Для высоты рельефа местности над уровнем моря выше 1000 м его модель начинает давать ошибочные результаты, т.е. в ней не учитываются изменения основных факторов климата, величина которых на этом уровне и выше принимает существенные значения.

В табл. 10 приведены сравнительные данные оценки в баллах технической жесткости климата по модели Коха и предложенной модели.

Как видно из табл. 10, учет рельефных факторов оказывает значительное влияние на оценку технической жесткости климата.

В частности, если значения холодного маложесткого климата на высоте 1000 метров с использованием модели П.И. Коха составляет 0-30 баллов, то по разработанной модели 0-54 балла. Разница результатов в 24 балла свидетельствует о том, что на высоте 1000 м жесткость климата значительно выше, чем в низкорасположенной местности.

Таким образом, в отличие от модели П.И. Коха, разработанной автором моделью учитывается реальная жесткость климата, что необходимо при оценке степени износа дорожно-строительных машин и разработке мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту при их эксплуатации в соответствующих климатических условиях (табл. 10).

Таблица 10 Таблица сравнения факторов технической жесткости климата по модели Коха и предложенной модели

Жесткость климата	Модель по П.И. Коху: без учета рельефных факторов.	Модель с учетом рельефных факторов
		h=1000-2000 м	h=выше 3000 м
	Nк	Sк	Nк	Sк	Nк	Sк
маложесткий	0-30	0-15	0-54	0-27	0-61,5	0-30,75
умеренно жесткий	31-60	16-25	55-108	28-45	63,55-123	32,8-51,25
жесткий	61-90	26-35	109-162	46-63	125-184,5	53,5-71,75
очень жесткий	91-120	36-45	163-216	64-81	186,55-246	73,8-92,25
наиболее жесткий	121-170	46-60	217-306	82-108	248,05-348,5	94,3-123

машина работоспособность климат

Основные выводы

1. Анализ практики содержания техники в работоспособном состоянии и проведенные автором исследования выявили необходимость повышения качества (своевременность) ныне действующей системы планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания дорожно-строительных машин в направлении реализации дифференцированного подхода при назначении режимов ремонтных воздействий, что открывает дополнительные предпосылки более полного использования ресурса машин, повышения качества их эксплуатации и, в конечном счете, снижения себестоимости выполняемых строительно-монтажных работ.

2. Установлено, что влияние рельефа местности в сочетании с природно-климатическими условиями имеет свой конкретно выраженный характер на технико-экономические показатели эксплуатации для ДСМ разных видов и расхождение между ныне действующими моделями оценки влияния климатических условий и разработанной моделью составляет 30-50%.

3. Внесены предложения, которые могут быть использованы при корректировке отдельных положений действующей системы ППР дорожно-строительных машин, эксплуатируемых в Республике Тыва, с учетом КР местности (увеличивается количество ТО и ТР (2-5%) в соответствии с данными табл. 8, при этом уменьшается количество неплановых ремонтов на 10-35%). Методика корректировки графика ТО и ремонта может быть использована для любых видов ДСМ, эксплуатирующихся в горных местностях.

4. Экономический эффект от внедрения разработок (составит на один ДСМ не менее 1014 руб., на 1000 маш/час работы) складывается из снижения затрат на неплановые ремонты, сокращения потерь от простоев технологических комплектов, работающих с обслуживаемыми машинами, улучшения качества управления машинным парком и повышения эффективности его использования за счет получения количественной оценки влияния климатических факторов и рельефа местности на эксплуатацию, и большей достоверности прогнозирования отказов дорожно-строительных машин.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Чооду О.А. СДМ в климатических условиях Республики Тыва. / О.А. Чооду // Автомобильные дороги, транспорт и экология: Сборник научно-практических трудов группы предприятий «ДОРСЕРВИС», СПб.: ООО «Издательство ДНК», 2006.-С. 181-183.

2. Чооду О.А. Спектры эксплуатационных нагрузок. / О.А. Чооду // Автомобильные дороги, транспорт и экология: Сборник научно-практических трудов группы предприятий «ДОРСЕРВИС», СПб.: ООО «Издательство ДНК», 2006.-С. 183-185.

3. Чооду О.А. Республика Тыва как испытательный полигон строительно-дорожных машин. / О.А. Чооду // Сб. докладов 64-й научной конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. - СПб: СПбГАСУ. - 2007.-С. 186-188.

4. Чооду О.А. Особенности организации ТО и ремонтов в современных условиях. / О.А. Чооду // Актуальные проблемы современного строительства: сб. материалов 61-й Международной научно-технической конференции молодых ученых СПбГАСУ. -Ч.III.- СПб., 2008.-С. 191-194.

5. Чооду О.А. Основные тенденции развития дорожно-строительной техники и оборудования. / О.А. Чооду // Научные труды Тывинского государственного университета. Вып. V. Т. I. Кызыл: Изд-во ТывГУ, 2008.-С. 80 - 82.

6. Чооду О.А. Обеспечение работоспособности и безопасности машин при неблагоприятных условиях эксплуатации / С.А. Евтюков, М.К. Чульдум, О.А. Чооду // Научные труды Тывинского государственного университета. Вып. VI. Том II. Кызыл: Изд-во ТывГУ, 2008.-C. 234 - 235.

7. Чооду О.А. Основные факторы, влияющие на прочность деталей машин / С.А. Евтюков, О.А. Чооду // Научные труды Тывинского государственного университета. Вып. VI. Том II. Кызыл: Изд-во ТывГУ, 2008.-C. 235 - 236.

8. Чооду О.А. Проблемы эксплуатации дорожных и строительных машин /О.А. Чооду // Научно-технические ведомости СПбГПУ, № 6. 2008.-С. 67-73 (по списку ВАК).

Размещено на Allbest.ru

...