Текстовые фрагменты публикации
В. Н. Анферов
С. И. Васильев
С. М. Кузнецов
Монография
Институт нефти и газа
Обоснование
надежности работы
строительных машин
В монографии изложены основные результаты натур-
ных испытаний работы строительных машин. Рассмотрены
вопросы обоснования надежности машин и механизмов для
строительства зданий и сооружений. Приведены модели рас-
чета комплексных показателей надежности работы машин.
9 785763 829471
ISBN 978-5-7638-2947-1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В. Н. Анферов, С. И. Васильев, С. М. Кузнецов
ОБОСНОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Монография
Красноярск
СФУ
2014
УДК 69.002.5-192
ББК 39.12
А736
Р е ц е н з е н т ы:
М. М. Титов, доктор технических наук, доцент, заведующий ка-
федрой «Технология строительного производства» Сибирского госу-
дарственного архитектурно-строительного университета;
А. Г. Савельев, доктор технических наук, профессор кафедры «До-
рожные машины» Московского автомобильно-дорожного государст-
венного университета, руководитель ООО «Русский Сертификацион-
ный Центр»
Анферов, В. Н.
А736
Обоснование надежности работы строительных машин : мо-
нография / В. Н. Анферов, С. И. Васильев, С. М. Кузнецов. –
Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 164 с.
ISBN 978-5-7638-2947-1
В монографии изложены основные результаты натурных испытаний
работы строительных машин. Рассмотрены вопросы обоснования надежно-
сти машин и механизмов для строительства зданий и сооружений. Приве-
дены модели расчета комплексных показателей надежности работы машин.
Предназначена для научных работников и аспирантов, занимающихся
проблемами надежности строительных и землеройных машин. Может быть
полезна инженерам, а также студентам строительных и экономических
специальностей.
Электронный вариант издания см.:
УДК 69.002.5-192
http://catalog.sfu-kras.ru
ББК 39.12
ISBN 978-5-7638-2947-1
© Сибирский федеральный
университет, 2014
Оглавление
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .........................................................................................................
4
1. Определение показателей надежности работы машин, комплектов
и систем ......................................................................................................
6
2. Анализ структуры выборок работы машин ............................................ 13
3. Показатели выборок работы машин ........................................................ 15
4. Модели работы машин ............................................................................. 22
5. Построение доверительных интервалов ................................................. 24
6. Автоматизация построения выборок. Программа Sample .................... 29
7. Автоматизация построения моделей. Программа Modell ..................... 39
8. Автоматизация построения доверительных интервалов.
Программа Diagram .................................................................................. 49
9. Оценка надежности работы бульдозеров ............................................... 56
10. Оценка надежности работы роторных экскаваторов .......................... 66
10.1. Вероятностные физико-механические характеристики
сезонно-мерзлых грунтов ............................................................. 66
10.2. Исследование адекватности вариантов имитационной
математической модели гидромеханической системы
привода рабочего органа роторного траншейного
экскаватора ..................................................................................... 89
10.3. Исследование динамических процессов в системе привода
рабочих органов траншейных экскаваторов при воздействии
нагрузок первого типа .................................................................. 97
10.4. Исследование динамических процессов в системе привода
рабочих органов траншейных экскаваторов при воздействии
нагрузок второго типа ................................................................... 100
10.5. Исследование динамических процессов в системе привода
рабочих органов траншейных экскаваторов при воздействии
нагрузок третьего типа ................................................................. 103
10.6. Исследование динамических процессов гидромеханической
системы привода роторного рабочего органа при изменении
фазы установки гидромотора ....................................................... 105
10.7. Надежность роторных траншейных экскаваторов ..................... 118
10.8. Закон распределения сил резания сезонно-мерзлых грунтов
с включениями рабочими органами траншейных экскаваторов 130
11. Оценка надежности работы стреловых грузоподъемных
кранов ....................................................................................................... 134
12. Оценка надежности работы гидротранспортных систем .................... 148
Заключение .................................................................................................... 159
Список литературы ....................................................................................... 160
Обоснование надежности работы строительных машин
4
ВВЕДЕНИЕ
Надежность строительных и землеройных машин является
комплексным показателем, оценивающим степень готовности техни-
ческого объекта к выполнению основных функций с определенной
безотказностью и долговечностью, обеспечивая на своем жизненном
цикле заданную ремонтопригодность. Как комплексный показатель
надежность строительных и землеройных машин может быть оцене-
на коэффициентами готовности, оперативной готовности, планируе-
мого использования, технического использования и сохранения эф-
фективности. При этом есть понимание, что надежность не является
абсолютным показателем, а имеет относительное значение, в частно-
сти, машины, предназначенные для работы в условиях холодного
климата, будут иметь показатели выше при эксплуатации в условиях
обычного климата и наоборот, но если не обеспечить своевремен-
ность обслуживания и ремонта, то показатели надежности невоз-
можно выдержать на заданном уровне. Новые условия хозяйствова-
ния промышленных предприятий вывели показатель надежность
в число актуальных.
Надежность работы механических систем предлагается рассмот-
реть на примере надежности работы бульдозеров. В работе изложен
общий подход к оценке надежности работы машинных систем, ком-
плексов, комплектов и отдельных машин. Определены комплексные
показатели надежности: коэффициенты готовности, коэффициенты
оперативной готовности, коэффициенты технического использования
и коэффициент сохранения эффективности. Для оценки надежности
транспортно-технологического процесса предложено понятие надеж-
ности как вероятности достижения комплексом машин и механизмов
конечной цели при производстве строительно-монтажных работ. Од-
ним из основных факторов надежности работы строительных машин
является коэффициент использования их по времени. Во всех норма-
тивных документах приводятся устаревшие (25-летней давности)
данные по коэффициентам использования машин в течение рабочего
времени, которые требуют обновления, так как машины постоянно
совершенствуются. Для оценки надежности работы строительных
машин создана база данных на основе результатов натурных испыта-
ний гидротранспортных систем, комплектов и машин (кранов, экска-
ваторов, бульдозеров и трубоукладчиков). Для обоснования базы дан-
Введение
5
ных по результатам натурных испытаний проводились два этапа про-
верки: логическая и математическая. После формирования выборки
в соответствии с ГОСТ 8.207–76 проверялась ее принадлежность за-
кону нормального распределения с помощью критерия согласия Пир-
сона. Далее рассчитывались надежность и риск завершения заплани-
рованного объема работ машинными системами, комплексами, ком-
плектами и отдельными машинами в планируемый промежуток
времени.
Обоснование надежности работы строительных машин
6
1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
РАБОТЫ МАШИН, КОМПЛЕКТОВ И СИСТЕМ
Исследование показателей надежности занимает значительное
место в технической и научной литературе, при этом существует
и множество точек зрения как на значимость этого показателя, так
и на подходы к определению и прогнозированию показателя надеж-
ности машин, комплексов и систем.
В соответствии с ГОСТ 27.002–89 основными показателями на-
дежности машин являются:
• показатель надежности – количественная характеристика одного
или нескольких свойств, составляющих надежность системы;
• единичный показатель надежности – показатель надежности,
характеризующий одно из свойств, составляющих надежность
системы;
• комплексный показатель надежности – показатель надежно-
сти, характеризующий несколько свойств, составляющих на-
дежность системы;
• расчетный показатель надежности – показатель надежности,
значения которого определяются расчетным методом;
• экспериментальный показатель надежности – показатель на-
дежности, точечная или интервальная оценка которого опре-
деляется по данным испытаний;
• эксплуатационный показатель надежности – показатель на-
дежности, точечная или интервальная оценка которого опре-
деляется по данным эксплуатации;
• экстраполированный показатель надежности – показатель на-
дежности, точечная или интервальная оценка которого опре-
деляется на основании результатов расчетов, испытаний
и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования
на другую продолжительность эксплуатации и другие условия
эксплуатации.
При анализе работы строительных машин рассмотрены только ос-
новные комплексные показатели надежности: коэффициент готовности,
коэффициент оперативной готовности, коэффициент технического ис-
пользования, коэффициент сохранения эффективности. При этом для
приведенных коэффициентов целесообразно осуществить логическую
и математическую обработку статистической информации [1; 2].
1. Определение показателей надежности работы машин, комплектов и систем
7
Под коэффициентом готовности (Kг) понимается вероятность
того, что гидротранспортная система окажется в работоспособном со-
стоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых перио-
дов, в течение которых применение бульдозера по назначению не
предусматривается.
Коэффициент готовности представляет собой отношение време-
ни исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужден-
ных простоев объекта, взятых за один и тот же календарный срок.
Коэффициент готовности определяется по формуле
р
г
р
п
T
K
T
T
=
+
,
(1.1)
где Тр – суммарное время исправной работы объекта; Тп – суммарное
время вынужденного простоя.
Для перехода к вероятностной трактовке величины Тр и Тп заме-
няются математическими ожиданиями времени между соседними от-
казами и времени восстановления соответственно:
н
г
н
в
T
K
T
T
=
+
,
(1.2)
где Тн – средняя наработка на отказ; Тв – среднее время восстанов-
ления.
Коэффициент оперативной готовности (Kог) показывает вероят-
ность того, что гидротранспортная система окажется в работоспособ-
ном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых
периодов, в течение которых применение бульдозера по назначению
не предусматривается, и, начиная с этого момента, будет работать
безотказно в течение заданного интервала времени.
Коэффициент оперативной готовности характеризует надеж-
ность изделия, необходимость применения которого возникает в про-
извольный момент времени, после которого требуется безотказная
работа изделия в течение заданного интервала времени. Значение ко-
эффициента оперативной готовности Kог определяется по формуле
ог
г
=
K
K Р,
(1.3)
где Kг – коэффициент готовности; Р – вероятность безотказной рабо-
ты системы в течение заданного интервала времени.
Обоснование надежности работы строительных машин
8
Значения коэффициента оперативной готовности используются
при выполнении работ по оценке эффективности системы, а также
при оценке расчетных значений надежности по полученным из экс-
плуатации результатам работы системы.
Коэффициент технического использования (Kти) характеризует
отношение математического ожидания суммарного времени пребыва-
ния бульдозера в работоспособном состоянии за некоторый период экс-
плуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребы-
вания бульдозера в работоспособном состоянии и простоев, обуслов-
ленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.
Коэффициент технического использования обычно оценивается
за длительный период эксплуатации (от начала эксплуатации до капи-
тального ремонта, между капитальными ремонтами, за весь период
эксплуатации):
р
ти
р
рем
Т
K
Т
Т
=
+
,
(1.4)
где Тр – суммарное время пребывания системы в работоспособном со-
стоянии за некоторый длительный период эксплуатации; Трем – сум-
марное время ремонтов и технического обслуживания за этот же пе-
риод эксплуатации.
Коэффициент технического использования можно рассматри-
вать как вероятность того, что в данный, произвольно взятый момент
времени объект работоспособен, а не находится в ремонте.
Авторами предлагается формула для расчета коэффициента тех-
нического использования:
в
ти
г
K
K
K
=
,
(1.5)
где Kв – коэффициент использования по времени; Kг – коэффициент
готовности.
Авторами предлагается формула для расчета коэффициента эф-
фективности:
в
э
max
в
K
K
K
=
,
(1.6)
где Kв – коэффициент использования по времени;
max
в
K
– максималь-
ное значение коэффициента использования по времени за расчетный
интервал времени (за месяц).
1. Определение показателей надежности работы машин, комплектов и систем
9
Коэффициент сохранения эффективности (Kсэ) – отношение зна-
чения показателя эффективности использования машины по назначе-
нию за определенную продолжительность эксплуатации к номиналь-
ному значению этого показателя, вычисленному при условии, что от-
казы машины в течение того же периода не возникают.
Коэффициент сохранения эффективности вычисляется по фор-
муле
сэ
1
н
1
Э
Э
n
i
i
i
K
P
=∑
=
,
(1.7)
где Эi – эффективность системы в i-м работоспособном состоянии;
Pi – вероятность пребывания объекта в i-м работоспособном состоя-
нии; Эн = max(Эi) – номинальное значение показателя эффективности
объекта, определенное при условии отсутствия отказов; n – количест-
во работоспособных состояний объекта.
Коэффициент сохранения эффективности, вычисленный по
формуле (1.7), показывает отклонение расчетных параметров за кон-
кретный промежуток времени от номинального значения.
По мнению авторов, коэффициент сохранения эффективности
системы можно выразить формулой
сэ
в
max
1
в
1
n
i
K
K
nK
=∑
=
,
(1.8)
где Kв – коэффициент использования по времени (по месяцам); n –
количество рассматриваемых месяцев;
max
в
K
– максимальное значение
коэффициента использования по времени.
Коэффициент сохранения эффективности работы бульдозеров за
первый год равен 93,24 % [3]:
Kсэ =
1
8,806
12 0,787
⋅
= 0,9324.
Коэффициент сохранения эффективности работы бульдозеров за
второй год равен 89,76 %:
Kсэ =
1
8,865
12 0,823
⋅
= 0,8976.
Обоснование надежности работы строительных машин
10
Коэффициент сохранения эффективности системы можно вы-
числять по формуле
сэ
э
1
1 n
i
K
K
n =∑
=
,
(1.9)
где Kэ – коэффициент эффективности; n – количество рассматривае-
мых месяцев.
Коэффициент сохранения эффективности, вычисленный по
формуле (1.8), показывает эффективность использования системы за
конкретный промежуток времени.
Ориентировочно время наработки на отказ определяется по
формуле
Tн = Tф Kти,
(1.10)
где Tф – календарный фонд рабочего времени; Kти – коэффициент тех-
нического использования.
Предложенные для оценки надежности гидротранспортных сис-
тем комплексные показатели не дают полной информации о работе
строительных машин на конкретных объектах, так как они не учиты-
вают технологию и организацию строительства в конкретных произ-
водственных условиях. На наш взгляд, целесообразно дополнить рас-
сматриваемые комплексные показатели надежности показателем ор-
ганизационно-технологической надежности.
Под организационно-технологической надежностью понимается
способность технологических, организационных, управленческих,
экономических решений обеспечивать достижение заданного резуль-
тата строительного производства в условиях случайных возмущений,
присущих строительству как сложной вероятностной системе. В ос-
нову разработки принципа надежности в первую очередь должен
быть заложен вероятностно-статистический подход. При этом методы
математической теории надежности практически неприемлемы, так
как формальное применение классической теории к реальной строи-
тельной системе дает практически нулевую надежность [3]. Выход из
данной ситуации возможен лишь при детальном изучении специфики
систем строительного производства, анализе многочисленных орга-
низационно-технологических сбоев, дестабилизирующих производст-
во факторов, а также принципов взаимодействия этих факторов
с имеющимися сбоями [3].
Кривая нормального распределения выражается следующим
уравнением:
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
