Совершенствование методов управления надежностью строительных и дорожных машин путем мониторинга моторных масел

Актуальность работы. Применительно к строительным и дорожным машинам (СДМ), надежность может характеризоваться, как свойство сохранять в течение определенного времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции при заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

В практике создания и использования строительных и дорожных машин отсутствуют типовые, прогрессивные формы управления процессом обеспечения соответствующего уровня надежности машин. Обеспечение требуемого уровня надежности машин с минимальными затратами ресурсов возможно лишь при наличии совершенных методов управления надежностью, являющейся составной частью системы обеспечения надежности. Значимость этих методов увеличивается с повышением требований к надежности машин, усложнением техники, сокращением сроков ее создания и ростом потребности в экономии ресурсов.

Методы управления надежностью СДМ включают в себя совокупность управляющих органов и объектов управления, взаимодействующих с помощью материально-технических и информационных средств, при управлении надежности.

Различают следующие методы управления надежностью: измерительный, регистрационный, расчетный, экспертный, социологический. При разработке методов управления надежностью определяются факторы, обеспечивающие надежность машин. Определение факторов надежности машины зависит от ее конструктивных и технологических особенностей. Оценка надежности обычно проводится в сочетании нескольких методов.

Современные методы управления надежностью СДМ можно разделить на две группы: статистические методы, основанные на анализе возникновения отказов элементов машины, и методы, основанные на исследовании закономерностей изменения технического состояния элементов машины, приводящего к возникновению отказов.

К первой группе отнесены три метода: метод оценки надежности на основании априорной информации с применением основных теорем теории вероятностейметоды, основанные на теории массового обслуживанияметод статистического моделирования случайного процесса изменения технического состояния системы (метод Монте-Карло).

Ко второй группе отнесены методы математического анализа системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы изменения технического состояния системы (машины, элемента).

Очевидно, что в каждом конкретном случае должен быть установлен критерий оптимизации и найдено его наилучшее значение с учетом имеющихся ограничений и уровня управления.

Основной причиной выхода из строя СДМ и их механизмов (85−90%) происходит по причине изношенности их деталей: Совершенствование конструкции СДМ и ужесточение их условий работы сопровождается повышением требований к показателям качества смазочных материалов, с другой стороны сокращение их расхода является одной из важнейших проблем при эксплуатации СДМ.

В связи с этим совершенствование методов управления надежностью СДМ с разработкой системы мониторинга моторных масел позволяющей увеличить их ресурс, обеспечить безотказность работы двигателя (ДВС) и повысить технико-эксплуатационные показатели СДМ является актуальным.

Цель работы — повышение эффективности методов управления надежностью СДМ на основе современного развития технологии мониторинга моторных масел.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести анализ путей повышения ресурса моторных масел для эффективного управления надежностью СДМ на основе современного развития технологии мониторинга моторных масел.

2. Разработать математическую модель управления надежностью СДМ по критерию изменения показателей качества моторных масел с оценкой их остаточного ресурса.

3. Провести экспериментальные исследования надежности СДМ путем мониторинга моторных масел.

4. Разработать практические рекомендации по обоснованию технологических особенностей управления надежностью СДМ с применением системы мониторинга моторных масел и методику оценки технического состояния СДМ.

5. Провести оценку технико-экономической эффективности результатов исследования.

Методы исследования. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях химмотологических и триботехнических методов исследований, методах системного анализа, математического моделирования и программирования на ЭВМ, математической статистики.

На защиту выносятся:

— результаты системного поиска путей повышения ресурса моторных масел для эффективного управления надежностью СДМ, полученные на основе аналитической оценки структурной характеристики дисперсной системы моторных масел обосновывающей выбор наиболее значимых показателей, характеризующих качество моторных масел;

— математическая модель управления надежностью СДМ по изменению показателей качества моторных масел и восстановлению их эксплуатационных свойств с оценкой остаточного ресурса;

— результаты экспериментальных исследований надежности СДМ по показателям качества моторных масел;

— практические рекомендации управления надежностью СДМ с применением системы мониторинга моторных масел и оценке технического состояния СДМ по коэффициенту запаса работоспособности моторных масел.

Научная новизна результатов исследования:

Впервые автором дана качественная оценка моторного масла, как элемента дисперсной системы «поверхность трения — моторное масло — среда». Введен коэффициент запаса работоспособности моторного масла, позволяющий учитывать состав дисперсной фазы в различных условиях эксплуатации СДМ.

Разработана математическая модель, позволяющая определить индивидуальные показатели интенсивности изменения качества моторного масла и его ресурс, для каждой эксплуатируемой машины в отдельности.

Предложена методика расчета ресурса моторных масел с учетом изменения их показателей качества, а также возможности восстановления их эксплуатационных свойств.

Предложено новое техническое решение мониторинга моторных масел ДВС СДМ включающее в себя структурную схему системы обеспечения работоспособности моторных масел ДВС СДМ, алгоритмы расчета коэффициентов изменения их показателей качества и наработки, рекомендации по рациональному использованию моторных масел.

Достоверность полученных результатов, сформулированных в диссертации. Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием известных положений классических методов гидромеханики, фундаментальных принципов теории трения и износа, их адекватностью по известным критериям оценки изучаемых процессов, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента, а также с результатами исследований других авторов.

Практическая ценность работы. Разработана усовершенствованная методика управления надежностью СДМ на основе мониторинга моторных масел.

Найденные решения задач теории расчета и моделирования изменения показателей качества моторных масел существенно сокращают объем исследований, снижают затраты материальных ресурсов на их мониторинг и контроль запаса работоспособности моторного масла за период эксплуатации в ДВС СДМ.

Установленная связь между изменением показателей качества, наработки моторных масел и неисправностями двигателя представляет методологическую основу для проектирования устройств по мониторингу моторных масел и восстановлению их эксплуатационных свойств, позволяет усовершенствовать технологический процесс поиска и устранения неисправности при функциональных неполадках в ДВС СДМ.

Автором разработаны практические рекомендации по определению остаточного ресурса моторных масел и возможности его продления, которые включают в себя инструкции по организации в условиях эксплуатирующего предприятия лаборатории по контролю качества моторных масел и продления их ресурса.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Орловского государственного технического университета и Орловского государственного аграрного университета при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий по соответствующим дисциплинам, дипломном проектировании, выполнении студентами научно-исследовательских работ. Методика расчета ресурса моторных масел и продления их срока службы принята для практического использования ОАО «Погрузчик», ОАО «Дормаш», ОАО «Орелдор-строй».

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались на международных, всесоюзных и республиканских научнотехнических семинарах, конференциях и симпозиумах: «Диагностика веществ, изделий и устройств», г. Орел 1999 г.- «Современные проблемы развития строительной механики, методов расчета сооружений и совершенствования строительной техники», г. Орел, 2000 г.- 1-ая Интернет конференция «Энерго-ресурсосбережение 21 век», 2001 г.- «Интерстроймех—2001», Санкт-Петербург, 2001 г.- 2-ая международная научно-техническая конференция «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств», Пенза, 2002 г.- международная научно-техническая конференция ИНТЕРСТРОЙМЕХ — 2002, Могилев, 2002 г.- 3-я международная научно-практическая конференция «Высокие технологии в экологии», Воронеж, 2001 г.- 4-ая международная научно-практическая конференция «Высокие технологии в экологии», Воронеж, 2002 г.- научно-методических и научно-исследовательских конференциях ОрелГТУ (2000, 2001, 2002, 2003 гг.).

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 212 с. из них 159 с. основного текста, содержит 31 рис., 30 табл., библиографию из 112 наименований и 4 приложения.

145 Выводы.

Анализ технических преимуществ и технико-экономической эффективности управления надежностью СДМ путем системы мониторинга моторных масел позволил сделать следующие выводы:

1. Разработанные алгоритмы устанавливают взаимосвязь между неисправностями двигателя и показателями качества моторных масел, позволяют усовершенствовать технологический процесс поиска и устранения неисправности при функциональных неполадках в системе смазки ДВС СДМ.

2. Рекомендации по определению остаточного ресурса моторных масел и возможности его продления включают в себя инструкции по организации в условиях эксплуатирующего предприятия лаборатории по контролю качества моторных масел и продления их ресурса.

3. Экономическая эффективность внедрения технологии контроля качественных показателей и ресурса моторных масел составляет 107 тыс. руб.

4. Срок окупаемости включения в регламент работ по ТО работ по контролю качества и продлению ресурса моторных масел составляет 10 месяцев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненного исследования решена актуальная и важная задача по совершенствованию методов управления надежности СДМ путем мониторинга моторных масел.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований были получены результаты и сделаны следующие выводы:

1. Совершенствование конструкции СДМ и ужесточение их условий работы сопровождается повышением требований к технико-экономическим показателям двигателей. На надежность и долговечность ДВС СДМ в значительной степени оказывает влияние качество применяемых моторных масел, которые в процессе эксплуатации, как и остальные элементы ДВС, подвержены процессу старения. Применительно к функционированию моторных масел в двигателях СДМ ранее выполненных исследований недостаточно. Отсутствуют количественные оценки общего уровня изменения показателей качества моторных масел и влияния на них разлдчных факторов при эксплуатации СДМ.

2. Установлено, что моторные масла существенно снижают показатели качества в первую очередь по накоплению механических примесей. Во многих отраслях (автотранспорт, судоходство, сельскохозяйственная техника и др.) постоянно ведутся поиски путей очистки моторных масел от механических примесей, один из наиболее распространенных способов — частичная регенерация. В области эксплуатации СДМ вопросы контроля качества, частичной регенерации, равно как и периодичности очистки моторных масел не изучены в полной мере.

3. Основным фактором, влияющим на работоспособность элементов ДВС, является наличие разделяющего слоя между опорными поверхностями. Структурная характеристика дисперсной системы «поверхность трения — моторное масло — среда» показывает интенсивность изменения дисперсной фазы и дисперсной среды моторного масла для различных условий эксплуатации дизельных ДВС СДМ. В процессе эксплуатации моторных масел происходит изменение их состава и структуры масляной основы, загрязнение инородными примесями и срабатывание присадок.

4. Разработанная математическая модель определения ресурса моторных масел позволяет проводить мониторинг его качества, корректировать сроки очередной смены масла с учетом различных условий эксплуатации и анализировать интенсивность изменения основных показателей качества в процессе эксплуатации. Установлено, что на качество моторного масла существенное влияние оказывает концентрация механических примесей, при этом ресурс сокращается на 46%, а при срабатывании присадок на 20% степень обновления по сравнению с интенсивностью старения не оказывает столь значимого влияния.

5. Получены математические и экспериментальные зависимости интенсивности изменения показателей качества моторного масла марки М-8ДМ в процессе работы двигателей автогрейдеров и погрузчиков. Коэффициент запаса работоспособности моторных масел характеризует изменение их показателей качества: содержания механических примесей и срабатывания присадокпозволяет прогнозировать ресурс моторных масел с учетом изменяющихся условий эксплуатации и определять экономически целесообразные нагрузки и режимы работы дизельных ДВС СДМ. Работа моторного масла с коэффициентом запаса работоспособности ниже 50% нецелесообразна, т.к. скорость снижения показателей качества увеличивается в 2 раза. Проверка адекватности результатов исследований показала, что величина наработки, соответствующая 50% плановой, достигается при коэффициенте запаса работоспособности моторного масла в диапазоне 0,626.0,550.

6. Результаты численного эксперимента по определению влияния на ресурс изменения показателей качества моторного масла марки М-8ДМ, математически подтверждают принятую нормативную наработку до замены в 500 мото-чдоказано, что на качество моторного масла существенное влияние оказывает концентрация механических примесей, при этом ресурс сокращается на 46%, а при срабатывании присадок на 20%, степень обновления по сравнению с интенсивностью старения не оказывает столь значимого влияния.

7. Передвижная установка для очистки моторных масел с комплектом измерительного оборудования позволяет проводить дополнительную очистку масел от механических примесей до уровня не ниже 13 класса чистоты, а также контролировать их показатели качества. Рациональный уровень изменения показателей качества, при котором необходимо проводить мероприятия по продлению ресурса методом дополнительной очистки, составляет 250.320 мото-ч наработки дизельного ДВС, ресурс моторных масел увеличивается на 50.64%.

8. Предложена методика управления надежностью СДМ с применением системы мониторинга моторных масел. Разработанная система мониторинга и рационального использования моторных масел ДВС СДМ включает в себя структурную схему системы обеспечения работоспособности моторных масел ДВС СДМалгоритмы расчета коэффициентов изменения их показателей качества и наработкирекомендации по определению остаточного ресурса моторных масел и возможности его продления, которые содержат инструкции по организации в условиях эксплуатирующего предприятия лаборатории по контролю качества моторных масел и продления их ресурса.

9. Экономическая эффективность внедрения методики управления надежностью СДМ с применением системы мониторинга моторных масел составляет 106 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в работах [101. 112].