Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

На сегодняшний момент в России продолжается активное обустройство инфраструктуры Арктики, производится доставка специалистов и различной специальной техники (СТ) на восстанавливаемый аэродром «Темп» (остров Котельный), расположенный на Новосибирских островах.

Эксплуатация СТ в арктических широтах очень осложняется действиями низких температур в течение всего года, значительными перепадами относительной влажности, преобладанием порывистых ветров и образованием туманов. В свою очередь это значительно затрудняет работу СТ при снятии с длительного (кратковременного) хранения. В результате этого возникают проблемы:

– под действием низких температур дизельное топливо и технические масла теряют свои технические свойства. Топливо в топливный насос высокого давления поступает с перебоями, что затрудняет запуск двигателя;

– закачка очень густого масла в двигатель через маслозакачивающий насос весьма затруднительна, в результате чего последний может выйти из строя, а запуск двигателя без масла может привести к выходу из строя силовой установки;

– работа трансмиссии под действием низких температур затрудняется в результате густого масла и, следовательно, возрастающих усилий на преодоление сил трения;

– технические смазки под действием низких температур обеспечивают низкую эффективность по компенсации силы трения деталей ходовой части;

– порывистые ветры и возникающие туманы способствуют возникновению коррозии на поверхности металла, что приводит к разрушению деталей узлов и агрегатов.

В результате этого возрастают нагрузки на узлы и агрегаты специальной техники, что в свою очередь приводит к усталостному напряжению деталей в узлах и агрегатах, их чрезмерному износу (физико-механическому разрушению) и дальнейшему выходу из строя этих деталей агрегатов в целом. Следовательно, техническая готовность уменьшается и надежность стремится к нулю (рис. 1).

Рис. 1. Изменение вероятности безотказной работы при хранении техники

Одной из главных задач в развитии транспортной инфраструктуры Арктики является сохранение существующего парка машин в исправном состоянии, выполнение мероприятий по повышению их показателей надежности и грамотной организации работ годового цикла технического обслуживания. В современных условиях эта задача приобретает особую актуальность [2]. При этом надежность машин должна обеспечиваться за счет:

– применения качественных средств и методов защиты от агрессивных факторов окружающей среды;

– подготовки условий хранения и правильного распределения по местам хранения;

– проведения периодического технического обслуживания (регламентное техническое обслуживание и ремонт);

– контроля технического состояния в период хранения.

Основная часть специальной техники имеет повышенные сроки эксплуатации и содержится в особых климатических условиях, где подвержена воздействию всей гаммы агрессивных факторов окружающей среды [1]. При этом стойкость машин к воздействию климатических факторов в теории надежности характеризуется сохраняемостью как составной ее частью для особых условий хранения машин. В работе [4] выявлена корреляционная зависимость параметра потока отказов от воздействия климатических факторов. В результате анализа воздействия климатических факторов на машину при хранении они были разбиты на четыре основные группы:

– влажностная группа (dос, tос, fв);

– температурная группа (dсл, τmax, tср, τmin);

– переходы через 0 °C (f0);

– агрессивность окружающей среды (δso2, dCl).

В результате многофакторного регрессионного анализа установлена математическая зависимость влияния климатических факторов на безотказность автомобильной техники:

(1)

где tср – среднегодовая температура окружающего воздуха, °C; tос – продолжительность осадков, ч; f0 – среднегодовое число переходов температуры через 0 °С, раз; δso2 – среднегодовая концентрация в воздухе сернистого ангидрида, мг/м3; dCl – среднегодовая концентрация в воздухе хлоридов, мг/м2, сут.

Взаимосвязь среднего срока сохраняемости Tσx и комплексного показателя влияния окружающей среды Gх при условии консервации автомобиля в соответствии с требованиями руководства [4, 5] имеет вид:

(2)

Данный метод квалификации условий эксплуатации машин является наиболее рациональным, однако он не учитывает комплексного воздействия влажности и загрязнений атмосферы на машины.

Математически в общем виде сохраняемость машины S можно представить как функцию многих переменных, основными из которых являются: техническое состояние или исходная надежность Nисх перед началом периода хранения (при постановке на хранение); надежность в период хранения и в период снятия с хранения Nх; надежность после снятия с хранения или при использовании в рабочих режимах в течение запланированного периода или до очередного ремонта Nин:

S = f (Nисх, Nх, Nин). (3)

Изделия перед консервацией имеют надежность, близкую или равную требуемой Nтреб по техническим условиям, т.е.

Nисх ≈ Nтреб. (4)

Надежность машин при использовании после хранения Nин больше зависит от эксплуатационных факторов, чем от климатических. Однако использование показателей сохраняемости в относительных величинах неудобно при задании тактико-технических требований и при оценке выполнения этих требований.

Из этого следует, что для определения сохраняемости СТ необходимо определить главную группу показателей – показатели надежности в процессе самого хранения (при снятии с хранения).

При хранении вероятность безотказной работы парка СТ к моменту окончания срока хранения Р(Тx) определяется по формуле полной вероятности сложного события

(5)

где Ктг – коэффициент технической готовности машин в начальный момент времени (при постановке на хранение); w – параметр потока отказов, ед./год; Tx – планируемый (исследуемый, назначенный, заданный) срок хранения машин, годы; tдоп – допустимое время на устранение отказов по условиям выполняемых задач, ч; tн – необходимое время для устранения отказов, ч.

При использовании СТ допустимое время на устранение отказов tдоп строго регламентировано, а время, необходимое для устранения всех отказов tн, находится в прямой зависимости от параметра потока отказов w (от числа отказов). Таким образом, на основании формулы (5) можно утверждать, что вероятность работоспособного состояния машин определяется непосредственно их безотказностью. Последняя же в свою очередь зависит от условий хранения, характеризующихся воздействием климатических факторов.

В качестве основного показателя, оцениваемого при содержании машины на хранении, рекомендуется использовать средний срок сохраняемости Тsх, как определяющий техническую готовность машин: для невосстанавливаемых изделий – время хранения до отказа (средний срок службы); для восстанавливаемых изделий – среднее время хранения до первого отказа.

Для определения указанного показателя техническое состояние сборочных единиц и отказы выявляются при внешнем осмотре машины, пуске двигателя и контрольном пробеге в объеме до 25 км. В качестве основных показателей сохраняемости машины предлагается средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости (рис. 2).

Рис. 2. Классификация показателей сохраняемости

Средний срок сохраняемости изделий в процессе опытного хранения определяется по формуле

(6)

где i = 1, 2, …, N – количество изделий, находящихся под наблюдением, ед.; tоi – время хранения i-го изделия до отказа, лет.

Кроме указанного показателя для узлов, систем, агрегатов и всей машины на этапе хранения может определяться среднее время ее хранения машины на отказ Тохр по формуле

(7)

где tхр – время хранения i-го изделия, лет; j = 1, 2, …, n – число отказов i-го изделия за время хранения tiхр, ед.; i = 1, 2, …, N – число обследованных изделий, ед.

Вероятность безотказного хранения Р(t) определяется по формуле

(8)

По статистическим данным вероятность безотказного хранения определяется по формуле

(9)

где Nо(tх) – количество отказавших изделий к моменту времени tх, ед.

Годовая (оперативная) трудоемкость работ по хранению СТ tхp вычисляется по формуле

(10)

(11)

где Tц – цикл технического воздействия, принимаемый Tц = 20 лет (до замены на новые или до регламентированного ремонта по техническому состоянию или до второго регламентированного технического обслуживания или до регламентированного ремонта по техническому состоянию с модернизацией); τПХ – трудоемкость работ по постановке СТ на хранение, чел.-ч; tСД – трудоемкость работ по содержанию СТ на хранении, чел.-ч; tС – трудоемкость работ по подготовке СТ к использованию после хранения, чел.-ч.

Основной и частные показатели сохраняемости приведены в таблице.

Показатели сохраняемости изделий СТ

Необходимо учитывать, что факторы, влияющие на специальную технику при хранении, носят случайный характер и имеют вероятностные характеристики. Таким образом, для противодействия указанным факторам и повышения технической готовности специальной техники, находящейся на хранении, необходимо проведение следующих мероприятий:

1. Применение эффективных методов защиты от коррозии и старения путем создания благоприятного микроклимата при хранении машин;

2. Ограничение воздействия климатических факторов на детали, узлы, агрегаты и системы СТ;

3. Использование средств (для снижения старения, коррозии металла) для противодействия или уменьшения воздействия данных отрицательных климатических факторов на специальную технику;

4. Улучшение пусковых качеств двигателей внутреннего сгорания при отрицательных температурах.

Коломейченко А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Ремонт и надежность машин», ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», г. Орел;

Ерофеев М.Н., д.т.н., профессор кафедры «Технологии строительства», ФГБВОУ ВПО «Военно-технический университет», г. Балашиха.

Работа поступила в редакцию 07.02.2014.