Прогнозирование надежности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях

Бояршинов, Анатолий Леонидович

Прогнозирование надежности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Бояршинов, Анатолий Леонидович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Якутск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Прогнозирование надежности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях»

Автореферат диссертации на тему "Прогнозирование надежности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях"

На правах рукописи УДК 629.114.2:656135

БОЯРШИНОВ Анатолий Леонидович

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ЯМЗ-240н ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 01.02.06 - «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск 2000

Диссертация выполнена в Якутском Государственном университете им. М.К. Аммосова и Институте Физико-технических проблем Севера (ИФТПС) Сибирского отделения Российской Академии наук.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор,

А.М. Ишков;

кандидат технических наук; М.А. Кузьминов.

Официальные оппоненты: член - корр. РАН, доктор технических наук,

профессор, Ю.С. Уржумцев; кандидат технических наук, А.И. Левин

Ведущее предприятие: ОАО " Сахаавтотранс "

Защита состоится "29 " И ЮН 9_ 2000г. в 40 час. на заседании

диссертационного совета К 003.43.01 при Институте физико - технических проблем Севера СО РАН по адресу: 677891, Якутск, ул. Октябрьская,!,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физико-технических проблем Севера СО РАН.

Автореферат разослан "_"_2000г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

0!йЧ-(Ш8,О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Суровые природно-климатические условия районов холодного климата предъявляют повышенные требования к автотранспортным средствам, эксплуатирующимся в этом регионе. При эксплуатации карьерных (, автосамосвалов с понижением температуры возрастает количество отказов. Около 70% всех карьерных автосамосвалов эксплуатируется в условиях холодного климата. Автомобиль БелАЗ-7548, имеющий двигатель ЯМЗ-240н, представляет собой двухосный короткобазный самосвал с приводом на заднюю ось, обладающий высокими эксплуатационными качествами и соответствующий особенностям работы в карьерах. Широкое применение данного автосамосвала позволяет сократить сроки ввода в эксплуатацию предприятий горнодобывающей промышленности и гидроэнергетики, снизить расходы на приобретение и эксплуатацию оборудования и содержание коммуникаций, резко повысить производительность труда. Поэтому анализ отказов и прогнозирование надёжности двигателя ЯМЗ-240н является задачей, решение которой позволяет осуществить ряд организационных и технических мероприятий, направленных на снижение потерь из-за неприспособленности техники к северным условиям.

Использование методов прогнозирования, основанных на ресурсных расчётах, представляет собой трудоёмкий вычислительный процесс, поэтому возникает необходимость в разработке новых методик, позволяющих быстро и эффективно определять численные значения отказов.

Работа выполнена в Якутском Государственном университете имени М.К. Аммосова и Институте физико-технических проблем Севера СО РАН в рамках темы 1.11.1.10. "Разработка методов моделирования неравновесных процессов в гетерогенных материалов и создание новых материалов, технологий и основ оптимального проектирования для повышения надёжности и работоспособности конструкции и машин, работающих под действием статических и динамических нагрузок в условиях Крайнего Севера". Раздел 4 № ГР 01.9.6003475.

эты. целью раЬоты является разработка математической

модели прогноза надёжности двигателей ЯМЗ-240н БелАЗ-7548 с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температур.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- разработать и создать базу данных об отказах двигателей ЯМЗ-240н в районе холодного климата;

- выявить детали, системы и механизмы, лимитирующие работоспособность двигателя ЯМЗ-240н;

- провести анализ надёжности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях;

- разработать математическую модель прогноза надёжности двигателя ЯМЗ-240н в условиях низких температур с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температур;

- провести ретроспективный анализ вычисленных значений математичской модели с фактическими данными об отказах двигателя ЯМЗ-240н;

- с использованием предложенной математической модели разработать методику расчёта коэффициента коррекции расхода запасных частей для техники, эксплуатируемой в северных условиях.

Научнзя-новизна-лолучешмхлзезудьтатов заключается в следующем:

- построена математическая модель прогноза возникновения отказов двигателя ЯМЗ-240н автосамосвала БелАЗ-7548 с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температур;

- разработана методика прогнозирования надёжности двигателя ЯМЗ-240н с использованием построенной математической модели;

- рассчитаны корректирующие коэффициенты к нормам расхода запасных частей, основанные на численных значениях математической модели прогнозирования надёжности двигателя ЯМЗ-240н.

Практическая ценность. На основе имеющегося фактического материала о надёжности двигателя ЯМЗ-240н, эксплуатируемого в условиях низких температур, создана база данных. Разработаны и рассчитаны коэффициенты, коррек-

тирующие нормы расхода запасных частей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международной научно-технической конференции, г. Тюмень; научно-практической конференции, посвященной 40-летию Якутского государственного университета, г. Нерюнгри; пятой городской научно-практической конференции, посвященной пятилетию Мирнинского филиала ЯГУ им. М.К. Аммосова, г. Мирный.

Всего опубликовано 9 научных работ, из которых 7 отражают основное , содержание диссертации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и приложения. Содержит 106 страниц, включая рисунков 12, таблиц 25, приложения 6 и список использованной литературы из 81 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведена техническая характеристика карьерного автосамосвала БелАЗ-7548, проанализированы условия его эксплуатации в районе холодного климата. Техническое состояние автомобиля - это совокупность отклонений от номинала параметров состояния автомобиля, определяющая уровень его работоспособности и исправности. Изменение технического состояния автомобиля зависит в основном от совершенства его конструкции, качества производства, применяемых эксплуатационных материалов и режимов работы. Специфические условия районов холодного климата вызывают особые требования к автомобилям, работающим в этом регионе.

Развитию теоретических основ надёжности и долговечности машин способствовали фундаментальные труды А.Н. Берга, Н.Г Брунвича, A.C. Пронико-ва, Н.А Шищонка, Я.Б. Шора.

В работах Букина A.A., Коха П.И., Лосавио Г.С., Григорьева P.C., Уржум-цева Ю.С., Ларионова В.П.. фцщртпкп R В Ишигтл дм пальто чтит-действие неблагоприятных климатических факторов- снижает производитель-

ность техники в зимний период, увеличивает параметр потока отказов отдельных деталей. Существенное снижение работоспособности машин под воздействием холодного климата требует более детального изучения вопросов надёжности.

Эксплуатация автосамосвалов в зоне умеренного климата резко отличается от работы в районах с холодным климатом. Карьерные автосамосвалы, эксплуатируемые в зоне холодного климата, по применяемым материалам и комфортабельности мало отличаются от машин, работающих в регионах с умеренным климатом. Исследования, проводимые в ИФТПС СО РАН, показали, что уровень надёжности и ремонтопригодности под влиянием холодного климата снижается, фактический срок службы по сравнению с нормативным сокращается в. 1,5-2 раза.

Сбор информации о работоспособности карьерных автосамосвалов БелАЗ-7548 осуществлялся на автобазе Мирнинского горно-обогатительного комбината . компании «Алмазы России-Саха». Автобаза имеет большой опыт эксплуатации карьерных автосамосвалов отечественного и зарубежного производства. Всего под наблюдением находилось 65 автосамосвалов, средний годовой пробег одно-—Ш-авюмобиля составил около 75 тыс. км.

Был проведён анализ работоспособности агрегатов и систем автосамосвала БелАЗ-7548 с использованием коэффициента тяжести отказов, разработанного ~ в ИФТПСгВ результате анализа было выявлено, что наибольший коэффициент тяжести отказов приходится на двигатель, поэтому в дальнейшем объектом исследования был принят двигатель ЯМЗ-240н.

Во второй главе описаны методики определения надёжностных характеристик и выполнена математическая обработка статистического материала об отказах двигателя ЯМЗ-240н, позволяющая выявить факторы, лимитирующие надёжность этого двигателя.

Исходная информация об отказах автосамосвала БелАЗ-7548, работающего в условиях низких температур, организована нами в виде базы данных, кото, рая включает в себя 6868 записей в стандартном формате DBF. Созданная база

данных по отказам двигателя ЯМЗ-240н включена в банк данных «Техника Севера» ИФТПС.

На основании занесённой в базу данных информации были получены отчёты по работоспособности следующих механизмов и систем двигателя ЯМЗ-240н: кривошипно-шатунный механизм (КШМ); газораспределительный механизм (ГРМ); система питания; система смазки; система охлаждения; прочие (детали двигателя, не относящиеся к ранее перечисленным системам).

В дальнейшем, используя пакет- программ Statgraphics, был проведён регрессионный анализ статистических данных по отказам двигателей. Были получены зависимости числа отказов двигателя и его систем от температуры эксплуатации, которые приведены в таблице 1.

В результате анализа можно сделать вывод, что отказы двигателя зависят от температуры окружающего воздуха, коэффициент корреляции (И) равен -0,621 (рис.1)'.

= - 0,621

-28 -26 -24 -19 -15 -6 -3 5 температура

13 14 16

Рис.1. Зависимость числа отказов двигателя ЯМЗ-240н от температуры

Система охлаждения (рис.2) и КШМ двигателя (рис.3) наиболее подвержены влиянию низких температур. Коэффициент корреляции системы охлаждения равен - 0,673, а для КШМ коэффициент корреляции равен -0,763.

R=-0,673

-28 -26 -24 -19 -15 -6 -3 5 6 13 14 16

температура

Рис.2. Зависимость числа отказов системы охлаждения от температуры

400 т и

350 ° ф

300 В--^__

2 250 4- ♦ ¡•200 1 о 150

----100-,__

50 |

0 \-1-—н-н-

-28 -26 -24 -19 -15 -6 -3 5 6 13 14 16

~ температура---_____

Рис.3. Зависимость числа отказов КШМ от температуры

В дальнейшем исследовались именно эти системы, которые были разделе -ны на узлы и детали согласно каталожной тетради. Результаты регрессионного анализа показывают, что деталями, лимитирующими надёжность системы охлаждения и КШМ двигателя ЯМЗ - 240н при низких температурах, являются: головка блока цилиндров, коэффициент корреляции (R) равен -0,612 (рис.4), прокладка головки блока (R = - 0,692) (рис.5), поршни (R = - 0,747) (рис.6).

R = - 0,763

Я = -0,612

-28 -26 -24 -19 -15 -6 -3 5

температура

6 13 14 16

Рис.4 Зависимость числа отказов головки блока цилиндров от температуры.

О-1

-28 -26 -24 -19 -15 -6.-3 5

температура

Я = -0,692

Рис.5 Зависимость числа отказов прокладки головки блока цилиндров от температуры.

160 т

,40 I И = -0,747

120 |

20 |

-28 -25 -24 -19 -15 -6 -3 5 6 13 14 16 ' температура

Рис.6. Зависимость числа отказов поршней от температуры

Результат регрессионного анализа

Таблица 1

№ п.п. Наименование системы Уравнение регрессии Коэффициент корреляции

1 2 3 4

1. Двигатель У = 557,063 - 2,67583*Х 11 = - 0,621

2. ■ 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 КШМ Блок цилиндров Головки блока цилиндров Передняя крышка блока Коленчатый вал Шатун -Поршни У = 254,873 - 1,80386*Х У = 15,5551 - 0.04876*Х У = 37,1592-0,5124*Х У = 4,0309 + 0,04922*Х У = 4,46377 - 0,03555 *Х У =-3,42271 + 0,4487*Х _У= 81.5529 -0.82309*Х Л = - 0,763 Ы = - 0,201 11=- 0,612 11= 0,350 К = - 0,244 11= 0,447 11 = - 0,747

2.7 2.8 2.9 Г 10 цпг Вкладыши Гильзы -Гаситель У = 51,0351 -0,2713*Х У= 14,4403 + 0,06255*Х У = 22,7937 - 0,09456*Х -У._=_9,64225^0,06269*Х Я = -0.492 0,238 Я = - 0,179 Ы = - 0,234

.11 Шпильки головки блока У = 5,02741 - 0,0098*Х Я = - 0,064

3. ГРМ У = 135,542 +0,08030 *Х 11= 0,068

4. . Система питания У= 15,3701 +0,09406*Х Я= .0,415

5. 5.1 5.2 5.3 Система охлаждения Ступица привода вентилятора Водяной насос Прокладка головки блока У = 93,8802 -0,91177*Х У = 17,7784 - 0,0406*Х У = 2,42428 + 0,00139*Х У = 73,2565-0,8693*Х Я = - 0,673 11=- 0,193 0,014 Я = - 0,692

6. Система смазки У = -54,4157 -0Д3159*Х Ы = - 0,193

7. Прочие У = 2,98304-0,00297 *Х II = - 0,023

В третьей главе приведён анализ существующих методов прогнозирования, разработана математическая модель прогноза надёжности двигате-

ля ЯМЗ-240н в условиях низких температур с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температурь! окружающего воздуха.

Обобщённый анализ работ Т.В. Канторовича, А.М. Шейнина, Р.В. Коле-гаева, Т.В. Андерсена и др. показал, что наряду с глубокими исследованиями в области прогнозирования надёжности техники, не рассматривались вопросы взаимосвязи работоспособности машин от температуры эксплуатации как восстановленной многомодальной функции плотности вероятности.

Восстановление неизвестной функции плотности вероятности р0(Ч) некоторой случайной величины % по выборке значений этой величины, полученной в серии независимых испытаний, происходит следующим образом.

Неизвестная функция плотности ро(0 предполагается непрерывной и сосредоточенной на отрезке [0,1]. Оценка функции р0(1) определяется в виде разложения по системе тригонометрических функций

. к

<рА 0

соз((2к-1)

tefo.ll к = 1,2,..., (1)

т.е. в виде

рк(1) = ЕяА(') >

(2)

где ТУ - число членов разложения, Л,— значение коэффициента для приведённой функции разложения щ (().

Проблема выбора степени "сложности" оценки (т.е. числа членов разложения К) в зависимости от объёма выборки п решается с помощью метода структурной минимизации риска, предложенного Стефанюком А.Р.

Метод структурной минимизации риска предлагает найти минимум по N и по \ выражения

У,

(ЛГ +1)(1 + 1п / - 1п(ЛГ +1)) - 1п ц

(3)

где /- количество эмпирических значений функции Б; 77 - заданный уро -

вень значимости.

Приведённый выше алгоритм позволяет получать достаточно хорошие оценки как для одномодальных, так и многомодальных функций плотности вероятности.

Предположив, что плотность распределения температур имеет многомодальный характер, предлагаем следующую методику йрогнозирования отказов систем и деталей двигателя от температуры.

Модель прогноза количества отказов А,- для вычисленного диапазона температур будет иметь вид:

А,=Ш>«,)-В, , (4) где: ЯРО,) - риск появления температуры в %; В, - коэффициент коррекции прогноза, который определяется как отношение количества отказов (ОТ$ к количеству эксплуатируемых двигателей в конкретном диапазоне температур, то есть

В,^, (5).

Имея многолетние наблюдения температур по Западной Якутии, методом

хтруктурной^1инимизации-риска-восста11авливаем-значенм-плотности-вероях=_

ности появления температуры М5^) (в %) в заданном нами диапазоне (от - 50 до 20°С). Результаты численных расчётов по предложенной нами математической модели и её коэффициенты коррекции приведены в таблицей

Численные расчёты по математической модели прогноза.

Таблица 2.

Месяц Январь е враль арт Апрель Май Июнь Июль вгуст Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Темпера -тура °С -43.7 -34.7 -26 -11.3 -0.4 9.8 14.5 11 3.1 -14.7 -29.9 -38.9

Р»{1) 0.012 0.021 0.012 0.012 0.018 0.014 0.009 0.009 0.017 0.009 0.017 0.021

ОТ, 28 . 20 18 6 9 9 8 9 4 3 8 5

ИУ, 23 15 17 10 13 12 10 10 8 . 6 8 7

в, 1,2 1,3 1,1 0,6 0,7 0,8 0,8 0,9 0,5 0,5 1 0,7

А1 7 13 7 4 6 6 4 5 4 2 8 7

Аф 7 9 7 4 3 5 4 4 4 4 3 3

ЯР(!) 6 10 6 6 8 7 5 5 8 4 8 10

На рис. 7 приведены результаты значений прогноза отказов двигателя А„ вычисленные по формуле (4), и фактические значения Аф.

-«-Значения, вычисленные по разработанной модели —-Фактическое число отказов двигателей

Рис.7. Сравнительная диаграмма модели прогноза отказов двигателя

Анализ приведённых на рис.7 значений показывает, что в пяти значениях из двенадцати получено полное совпадение результатов, что составляет 41,6% от общего числа точек, в целом прогноз имеет 22% ошибки. Наибольшая несовместимость результатов выявлено в феврале и ноябре, что можно объяснить "зашумлённостью" исходной информации.

В четвёртой главе приведён анализ существующих методик и принципов нормирования и распределения запасных частей. Нормирование расхода запасных частей - это установление плановой меры их производственного потребления в условиях эффективного использования машин и осуществления режима экономии ресурсов. Потребность в запасных частях рассчитывается централизованно по нормативам и парку машин. Нормы расхода запасных частей разрабатываются на вновь осваиваемые производством машины, систематически уточняются и периодически пересматриваются в процессе эксплуатации этих

машин в зависимости от изменения номенклатуры запасных частей, условий эксплуатации и повышения надёжности техники.

При разработке норм расхода запасных частей показатели, используемые в расчётах, должны иметь средневзвешенные значения с учётом всех условий эксплуатации техники в районах с холодным климатом. К основным методам расчёта норм расхода запасных частей при техническом обслуживании и ремонте относятся: расчётно-аналитический, опытный, отчётно-статистический.

Расчётно-аналитический метод предусматривает разработку норм расхода запасных частей на основании полученных в результате конструкгорско-технологических расчётов данных о долговечности и прочности деталей. Этот метод является основным для расчёта норм расхода запасных частей для новых выпускаемых моделей и модификаций машин. При этом нужно учитывать конструктивную схожесть (форма, размер, материал), способы производства и обработки деталей, нагрузочные режимы и многое другое.

Опытный метод предусматривает разработку норм на основании данных об отказах и заменах деталей и закономерностей, характеризующих изменение их исходных конструкторско-технологических параметров, полученных в результате специальных наблюдений при проведении стендовьгхгтголигошшх-и— • производственных испытаний машин.

-Наиболее - широкое, применение получил отчётно-статистический метод.

Для его реализации, предварительно для сбора исходной информации, выбирается не менее пяти автотранспортных предприятий, расположенных в той лри-родно-климатической зоне, для которой разрабатываются нормы. При этом каждое автотранспортное предприятие должно иметь: не менее 100 автомоби-, лей нормированной марки; организованную систему технического обслуживания и текущего ремонта; эксплуатировать одномарочный парк или 2-3 марки, близких по конструкции к нормируемой; хорошо поставленный учёт запас-■ ных частей.

Недостаток существующих систем корректирования норм в зависимости от условий эксплуатации заключается в том, что коррекция производится по

всей номенклатуре с помощью одного коэффициента, хотя условия работы различных деталей, узлов и агрегатов автомобиля не однозначны по нагрузкам, физико-механическим свойствам материалов и степени защищённости их от воздействия климатических факторов.

Поэтому в ИФТПС предложен метод дифференцированного подхода для расчёта запасных частей. Основополагающим критерием для деления на два периода является температура окружающего воздуха.

1-й период, который называется "умеренным", - это время, когда температурные условия эксплуатации не отличаются от центральных областей (среднемесячная'температура воздуха выше -10°С), т.е. для Якутии это период с апреля по октябрь включительно;

2-й период, который называется "зимним", - это время, когда условия эксплуатации по температуре отличаются от центральных областей (среднемесячная температура воздуха ниже -10°С ), т.е. для Якутии это период с ноября по март включительно.

В зависимости от температуры воздуха в конкретные годы продолжительность "умеренного" и "зимнего" периодов может корректироваться, при этом учитывается не только переход средней температуры через -10°С, но и минимально зафиксированная температура воздуха.

В отличие от существующих методик, нами предложена методика определения коэффициента коррекции расхода запасных частей, которая учитывает разработанную математическую модель прогнозирования (4).

Суть этой методики заключается в вычислении коэффициента коррекции для расчёта количества необходимых запасных частей.

(6)

где А, - рассчитанное по предложенной нами математической модели число отказов в зимний период эксплуатации; А, - рассчитанное по предложенной нами математической модели число отказов в летний период эксплуатации.

В таблице 3. для сравнения приведены результаты расчётов коэффициен-

тов коррекции к нормам расхода запасных частей двигателя ЯМЗ-240Н по различным методикам.

Коэффициенты коррекции к действующим нормам

расхода и нормы расхода (Н.Р.). _Таблица 3.

№ Название детали Коэффициент Нормы Нормы расхода по мето-

п/ или узла корректирования расхода дикам:

п по ката-

ИФТПС ке логу ИФТПС НАМИ кб

1 2 3 4 5 6 7 8

1 Двигатель 1.14 1.4 2.5 2.85 3.0 3.5

2 Коленчатый вал 1.64 1.43 0.75 1.23 1.0 1.07

3 Гильза 1.64 1.55 10.0 16.4 15.0 15.5

4 Поршень 1.18 1.74 10.0 11.8 12.0 17.4

5 Шатун 1.9 1.5 1.2 2.28 2.0 1.8

6 Головка блока 1.5 2.2 1.6 2.4 2.5 3.5

7 Коромысло 2.28 1.51 2.4 5.47 4.0 3.62

8 Седло клапана 1.52 1.26 3.2 4.86 3.5 4.03

9 Толкатель 1.52 1.06 4.8 7.3 5.0 5.08

10 Форсунка 1.11 1.09 2.4 2.66 3.0 2.62

11 Масляный -

фильтр 1.52 1.17 2.0 3.04 3.0 2.34

Основным отличием прсдлагаемой^ами^гетодтш~яиляетсят1ростота-вь1' числительной процедуры коэффициента коррекции запасных частей (6). Анализ результатов (табл.3) расчёта норм расхода запасных частей автосамосвалов Бе-лАЗ-7548, эксплуатируемых в районах с холодным климатом показал хорошие совпадения наших результатов с результатами расчётов по существующим методикам.

Выводи:

1. Разработана и создана база данных об отказах двигателей ЯМЗ- 240н, которая включена в банк данных «Техника Севера».

2. В результате статистической обработки информации выявлены системы и механизмы, лимитирующие надёжность двигателя ЯМЗ-240н, - это система

охлаждения (коэффициент корреляции II равен -0.673) и кривошипно-шатун-ный механизм (Л = - 0.763).

. 3. В результате статистической обработки отказов системы охлаждения и КШМ двигателя ЯМЗ-240н выявлены детали, наиболее подверженные влиянию низких температур: прокладка головки блока (К = - 0.692); головка блока цилиндров (11 = - 0.612) и поршни (Я = - 0.747).

4. Построена математическая модель прогноза надёжности двигателя ЯМЗ-240н с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температур.

5. Предложена методика применения метода структурной минимизации риска для прогноза надёжности двигателя ЯМЗ-240н.

6. Численный расчёт по предложенной математической модели показал удовлетворительное совпадение результатов прогноза с фактическими данными, ошибка составляет 22%.

7. Разработана методика расчёта коэффициента коррекции расхода запасных частей с использованием математической модели прогнозирования отказов.

Основное, содержание диссертации отражено в следующих научных работах:

1. Бояршинов А.Л., Теличко В.П. Вопросы развития автомобильного транспорта на Севере //Проблемы и перспективы освоения природных ресурсов Южной Якутии: Материалы научно-практической конференции, посвященной 40-летию Якутского государственного университета: Издательство ЯГУ. 1996. С.99-100.

2. Бояршинов А.Л., Ишков А.М., Теличко В.П. Техническая эксплуатация автомобилей в условиях Севера. Учебное пособие: Издательство ЯГУ. 1996. 275с.

3. Горковенко С.И., Бояршинов A.JI. Количественная оценка влияния некоторых эксплуатационно-технических показателей на уровни вибрации колёсных и гусеничных машин в условиях Севера // Повышение эффективности работы колёсных и гусеничных машин в суровых условиях эксплуатации: Сб. трудов международной научно-технической конференции. Тюмень: ТюмГНГУ. 1996.-С 39-41.

4. Бояршинов А.Л., Кузьминов М.А. Эксплуатация двигателя ЯМЗ в ГОК-Мирного //Проблемы обеспечения завоза грузов и их сохранности в районах Крайнего Севера в современных социально-экономических условиях. Новосибирск, Сибирский государственный университет путей сообщения. 1998. С. 140-145.

5. Бояршинов АЛ., Ишков А.М., Кузьминов М.А. Прогнозирование работоспособности. автомобилей в условиях реальной эксплуатации. //Образование. Общество. Технический прогресс. Сб. докладов. 5-я Мирнинская городская научно-практическая конференция, посвящённая 5-летию Мирнинского филиала ЯГУ им. М.К. Аммосова. - Мирный: Издательство ЯГУ. 1999. с 89.

6. Бояршинов A.JL, Ишков А.М., Кузьминов М.А, Анализ работоспособности систем двигателя ЯМЗ-240н в условиях горно-обогатительного комбината г.Мирного. //Вестник машиностроения. 1999. № 7. С.21-23

_7. Бояршинов A.J1. Ишков А.М. Кузьминов М.А. Прогноз работоспособности машин методом структурной минимизации риска. //Вестник машинострое-: ния. 2000. № 3. С.24-26.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Бояршинов, Анатолий Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАРЬЕРНОГО САМОСВАЛА БЕЛАЗ-7548 В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМИТА.

1.1. Характеристика карьерного самосвала БелАЗ

1.2. Влияние условий эксплуатации на работоспособность карьерных самосвалов БелАЗ - 7548.

1.3. Оценка эффективности использования самосвала БелАЗ

ГЛАВА 2. СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ САМОСВАЛА БЕЛАЗ-7548 В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА.

2.1. Свойства и показатели надёжности.

2.2. База данных об отказах двигателя самосвала БелАЗ

2.3. Статистическая обработка информации работоспособности двигателей ЯМЗ-240н.

ГЛАВА 3. МЕТОД СТРУКТУРНОЙ МИНИМИЗАЦИИ РИСКА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ЯМЗ-240н

3.1. Выбор метода для определения вероятностных параметров заданного объекта.

3.2. Восстановление функции плотности вероятности температур

3.3. Метод структурной минимизации риска в задачах восстановления функции плотности вероятности температур.

3.4. Модель прогноза отказов в вычисленном интервале температур

ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

4.1 Анализ существующих принципов нормирования и распределения за пасных частей.

4.2. Методы корректирования норм расхода запасных частей с учётом климатических условий.

4.3. Методика определения дифференцированных норм расхода запасных частей.

4.4. Определение зональных коэффициентов корректирования норм расхода запасных частей.

4.5. Расчёт годовой потребности в запасных частях для техники, эксплуатирующейся в условиях холодного климата.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по механике, на тему "Прогнозирование надежности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях"

Актуальность работы. Суровые природно-климатические условия районов холодного климата предъявляют повышенные требования к автотранспортным средствам, эксплуатирующимся в этом регионе. При эксплуатации карьерных автосамосвалов с понижением температуры возрастает количество отказов. Ущерб от простоев по устранению отказов усугубляется увеличением времени ремонта из-за отсутствия необходимых запасных частей. Около 70% всех карьерных автосамосвалов эксплуатируется в условиях холодного климата. Автомобиль БелАЗ-7548, имеющий двигатель ЯМЗ-240н, представляет собой двухосный короткобазный самосвал с приводом на заднюю ось, обладающий высокими эксплуатационными качествами и соответствующий особенностям работы в карьерах. Широкое применение данного автосамосвала позволяет сократить сроки ввода в эксплуатацию предприятий горнодобывающей промышленности и гидроэнергетики, снизить расходы на приобретение и эксплуатацию оборудования и содержание коммуникаций, резко повысить производительность труда. Поэтому анализ отказов и прогнозирование надёжности двигателя ЯМЗ-240н является задачей, решение которой позволяет осуществить ряд организационных и технических мероприятий, направленных на снижение потерь из-за неприспособленности техники к северным условиям.

Работа выполнена в Якутском Государственном университете имени М.К. Аммосова и Институте физико-технических проблем Севера СО РАН в рамках: темы 1.11.1.10. "Разработка методов моделирования неравновесных процессов в гетерогенных материалов и создание новых материалов, технологий и основ оптимального проектирования для повышения надёжности и работоспособно5 сти конструкции и машин, работающих под действием статических и динамических нагрузок в условиях Крайнего Севера". Раздел 4 № ГР 01.9.6003475.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка математической модели прогноза надёжности двигателей ЯМЗ-240н БелАЗ-7548 с учётом восстановления многомодальной функции плотности вероятности температур.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- разработать и создать базу данных об отказах двигателей ЯМЗ-240н в районе холодного климата;

- выявить детали, системы и механизмы, лимитирующие работоспособность двигателя ЯМЗ-240н;

- провести анализ надёжности двигателя ЯМЗ-240н при эксплуатации в северных условиях;

- провести ретроспективный анализ вычисленных значений математической модели с фактическими данными об отказах двигателя ЯМЗ-240н;

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

- разработана методика прогнозирования надёжности двигателя ЯМЗ-240н с использованием построенной математической модели; 6

- рассчитаны корректирующие коэффициенты к нормам расхода запасных частей, основанные на численных значениях метематической модели прогнозирования надёжности двигателя ЯМЗ-240н.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международной научно-технической конференции, г.Тюмень; научно-практической конференции, посвященной 40-летию Якутского государственного университета, г.Нерюнгри; пятой городской научно-практической конференции, посвященной пятилетию Мирнинского филиала ЯГУ им. М.К.Аммосова, г. Мирный.

Всего опубликовано 9 научных работ, из которых 7 отражают основное содержание диссертации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и приложения. Содержит 106 страниц, включая рисунков 12,таблиц 25, приложения 6 и список использованной литературы из 81 наименований.

Заключение диссертации по теме "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры"

ВЫВОДЫ

В результате выполненных исследований в диссертационной работе осуществлено теоретическое обобщение и решение научной задачи, имеющей важное народно-хозяйственное значение - разработка и реализация комплекса организационных факторов по повышению работоспособности и эффективности использования автосамосвалов БелАЗ-7548 на горных предприятиях.

2. В результате статистической обработки информации выявлены системы и механизмы, лимитирующие надёжность двигателя ЯМЗ-240н - это система охлаждения (коэффициент корреляции К равен -0.673 и кривошипно-шатунный механизм (Я = - 0.763).

3. В результате статистической обработки отказов системы охлаждения и КШМ двигателя ЯМЗ-240н выявлены детали, наиболее подвержены влиянию низких температур, прокладка головки блока (Я = -0.692); головка блока цилиндров (II = - 0.612) и поршни (И. = - 0.747).

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Бояршинов, Анатолий Леонидович, Якутск

1. Андерсон T.B. Статический анализ временных рядов.Изд. Мир. М.: 1976,754с.

2. Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. Классификация многомерных наблюдений. -М.: Статистика, 1974.

3. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика . -М.: Финансы и статистика, 1983.

4. Айзерман М.А., Браверман Э.М., Розоноэр Л.И. Метод потенциальных функций в теории обучения машин. М.: Наука, 1970.

5. Алгоритмы обучения распознаванию образов. Под ред. Вапника В.Н. -М.:Советское радио, 1973

6. Бодман Г. Результаты научных исследований экспедиции к Южному полюсу 1901-1903г.г. (т.2). Стокгольм.

7. Букин A.A. «Исследования и пути улучшения эксплуатационных режимов работы грузовых автомобилей в зонах сурового климата». Дис.на соискание уч. степени к.т.н. М., МАДИ, 1963г.(168).

8. Бруевич Н.Г. Надёжность, долговечность, точность. В кн. "О надёжности сложных технических систем", "Советское радио", 1966, С. 7-26.

9. Бруевич Н.Г. Сергеев В.И. Основы нелинейной теории прочности и надёжности устройств. М., "Наука", 1976. 136с.

10. Берещадский Д.Г. Практическое программирование на Dbase. М.: Финансы и статистика, 1989, - 192с.

11. Браверман Э.М., Мучник И.В. Структурные методы обработки эмпирических данных,- М.: Наука, 1983.

12. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964, 275с.

13. Верлань А.Ф., Сизиков B.C. Методы решения интегральных уравнений с программами на ЭВМ. Киев: Наукова думка, 1978.

14. Вапник В.Н. Восстановление зависимостей по империческим данным. -М.: Наука, 1972

15. Вапник В.Н., Червоненкис А.Я. Теория распознавания образов. М.: Наука, 1974.

16. Вапник В.Н., Стефанюк А.Р. Непараметрические методы восстановления плотности вероятности. Автоматика и телемеханика, 1978, № 8, с. 38-52 с.

17. ГОСТ 16350-70. Климатические зоны СССР. Районирование по воздействию климата на технические изделия и материалы. Статистические параметры климатических факторов. М., Изд. Стандартов, 1970, 28с.

18. Григорьев P.C. и др. Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин. М., Наука, 1969, 96с.

19. Григорьев P.C., Иванов Е.Е., Ишков A.M., Степанов В.П. Вероятность отказов автомобилей при низких температурах. В сб. Работоспособность техники в условиях климатических низких температур, Якутск, Изд. ЯФ СО АН СССР, 1978, с. 19-25.

20. Григорьев P.C. Ларионов В.П. Уржумцев Ю.С. Методы повышения работоспособности техники в северном исполнении, - Новосибирск, Наука, 1987, - 253с.

21. Григорьев P.C., Иванов Е.Е., Зудов Г.Ю., Яковлев П.Г. Коэффициент отказов систем автосамосвалов большой грузоподъёмности. В сб. Повышение хладостойкости и несущей способности конструкций. Якутск. Изд. ЯФ СО АН СССР, 1987.93

22. ГОСТ 13377-75. Надёжность в технике. Термины и определения. М., Изд. Стандартов, 1975, 21с

23. Гренандер У. Лекции по теории образов. Синтез образов. М.: Мир, 1979.

24. Гренандер У. Лекции по теории образов. Анализ образов. М.: Мир, 1981.

25. Гренандер У. Лекции по теории образов. Регулярные структуры. М.: Мир, 1983.

26. ГОСТ 16350-80 Климат СССР. Районирование и статистические пара метры климатических факторов для технических целей. Государственный комитет СССР по стандартам. М., 1981, 140с.

27. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир, 1976.

28. Зудов Г.Ю. «Надёжность карьерных автосамосвалов в условиях холодного климата». Дис. Нап соискание уч. степени к.т.н., Якутск, ИФТПС, 1996г.(125).

29. Ишков A.M. «Исследование эксплуатационных свойств автомобилей в условиях холодного климата». Автореферат на соискание уч. степени к.т.н. Москва, МАДИ, 1982,18с.

30. Иващенко Н.И., Трикозюк В.А., Тесяк A.A. Определение потребности в запасных частях при внезапных отказах деталей. Автомобильная промышленность N1, 1976, с.11-13.

31. Иващенко Н.И., Трикозюк В.А. К методике определения количества запасных частей по данным интенсивности изнашивания деталей автомобилей. Автомобильная промышленность N9, 1974, с. 26-28.

32. Карьерные самосвалы и их модификации. Руководство по эксплуатации. Республика Беларусь. 1997г.

33. Кох П.И. Надёжность горных машин при низких температурах. М., Недра, 1972, 192с.

34. Козлов А.Г. Микова А.И. Григорьев P.C. Принципы инженерного рай -онирования холодного климата. В сб. Работоспособность техники в условиях94климатических низких температур, Якутск, Изд. ЯФ СО АН СССР, 1978, с. 3-9.

35. Крамаренко Г.В., Николаев В.А. Безгаражное хранение автомобилей, М., Высшая школа, 1975, 72с.

36. Крамаренко Г.В. Техническая эксплуатация автомобилей. М., Транспорт, 1972, 440с.

37. Кузьмин В.Р. Ишков A.M. Прогнозирование хладостойкости конструкций и работоспособности техники на Севере. М., Машиностроение, 1996г. 304с.

38. Канторович JI.B., Анилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах. М., 1959.

39. Колегаев Р.Н. Определение оптимальной долговечности технических систем. М., Советское радио, 1967.

40. Колмогоров А.Н., Фомин C.B. Элементы теории функций и функционального анализа. -М.: Наука, 1976.

41. Лосавио Г.С. «Эксплуатация автомобилей при низких температурах» Транспорт, Москва, 1973г. (117).

42. Лукинский B.C., Зайцев E.H. «Прогнозирование надёжности автомобилей», Политехника, Ленинград, 1991г. 224с.

43. Ларионов В.П., Ковальчук В.А. Хладостойкость и износ деталей машин сварных соединений. Изд. Наука,СО АН СССР, Новосибирск, 1976, 206с.иио

44. Лейкам Э.Я. Статистические методы определения расхода деталей сельскохозяйственных машин. Труды ГОСНИТИ т.9, 1966.

45. Ларионов В.П., Ишков A.M., Зудов Г.Ю., Кузьминов М.А. и др. Методика определения дифференцированных норм расхода запасных частей для технических изделий, эксплуатируемых в районах холодного климата. г.Якутск, изд. ЯНЦ СО АН СССР, 1989. 53с.

46. Миркин Б.Г. Анализ качественных признаков. М.: Статистика, 1980.

47. Методика нормирования расхода запасных частей к автомобильной технике (руководящий материал). Минавтопром СССР, М., 1988.

48. Методика разработки нормативов потребности запасных частей в arpe95гатах к автомобилям, тракторам и сельхозмашинам на ремонтно эксплуатаци -онные нужды. Издательство ГОСНИТИ, М., 1974.

49. Методика исследования и разработки норм расхода запасных частей на ремонт подвижного состава автомобильного транспорта. ЦНИЛ, М., 1974, 37с.

50. Наумов Г.В. «Западная Якутия» Москва, Наука, 1962г.8с.

51. Нисневич А.И. Исследование вопросов установления общесоюзных норм расхода запасных частей. В кн. Общие вопросы надёжности тракторных конструкций. Труды НАМИ, вып.232. М., 1974, с.35-45.

52. Прикладной климатологический справочник Северо-Востока СССР (под редакцией Клюкина Н.К.). Магаданское книжное издательство. 1960, 427с.

53. Пронников A.C. Надёжность машин. М.: Машиностроение, 1978, -592с.

54. Проников A.C. Основы надёжности и долговечности машин. М, Изд. Стандартов, 1969. 160с.

55. Проников A.C. Параметрическая надёжность машин. М, "Знание", 1976. 46с.

56. Положения по техническому обслуживанию и ремонту подвижного состава автомобильного транспорта. М., Транспорт, 1972, 56с.

57. Положение о техническом обслуживании и текущем ремонте подвижного состава авто -транспорта. Автоиздат, 1963.

58. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта (2 редакция). М., 1982, 116с.

59. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта, изд. "Транспорт", М., 1986.

60. Программа « Сибирь». Рекомендации по повышению работоспособности горнотранспортной техники. (ИФТПС) г. Якутск, 1990.

61. Резник Л.Г. и др. Температурный режим основных агрегатов и топливная экономичность автомобилей. В сб. Проблемы адаптации автомобиля к суровым климатическим условиям Севера и Севера. Вып. 63, Тюмень, 1977, с. 2030.96

62. Растригин J1.A., Эренштейн Р.Х. Метод коллективного распознавания. -М.: Энергоиздат, 1981.

63. Разработка предложений по нормам расхода запасных частей для грузовых автомобилей отечественного производства. Отчёт НИР, НИИАТ. М., 1976, 171с.

64. Спесивцева H.A. «Климатические особенности Западной Якутии» в кн. «Геокриологическое исследование в Западной Якутии» г. Новосибирск 1980г

65. Телушкин В.Д. и др. Строительные и дорожные машины для районов с холодным климатом. М., Машиностроение, 1978,198с.

66. Толковый словарь по вычислительной технике. М.: Машиностроение, 1989. - 585с.

67. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1974.

68. Фукунага К. Введение в статистическую теорию распознования образов. -М.: Наука, 1979.

69. Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучения машин. М.: Наука, 1971.

70. Шейнин A.M. Эксплуатационная надёжность автомобилей /ЦНТБ. М.: 1973.-73 с.

71. Шишонок H.A. Репкин В.Ф. Бравинский Л.Л. Основы теории надёжности и эксплуатации радиотехнической аппаратуры. Изд. "Советское радио", 1964.

72. Шишонок H.A. Надёжность радиоэлектронной аппаратуры. Лекции 17-18,КВИРТУ, 1963.

73. Шишонок H.A., Сенецкий С.А. О влиянии вида законов распределения времени безотказной работы и времени восстановления на характеристики надёжности дублированной системы. Труды КВИРТУ, 1965, № 38.

74. Шишонок H.A., Ластовченко М.М. Обоснование периодичности проведения профилактических мероприятий. Труды КВИРТУ, 1963, № 34.

75. Шор Я.Б. Статические методы анализа и контроля качества и надёжно97сти. М.: Изд."Советское радио", 1962.-552с.

76. Шейнин A.M. Методы определения и поддержания надёжности автомобилей в эксплуатации. М.: Транспорт, 1968. - 97с.

77. Шор Я.Б., Поплавский О.Ф. Метод расчёта средних норм запасных частей. В кн. Квали метрические проблемы управления качеством продукции Научные труды ВНИИС, вып. 17, 1974.

78. Экономические и географические проблемы северной техники. М. МГУ, 1972, 290с.

79. Яговкин А.И. Температурный и скоростной режим воздуха, обдувающего агрегаты трансмиссии. В сб. Автомобильный транспорт., вып. 49, Тюмень, ТИИ, 1975, с.134-138.98