ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕДУКТОРА-ИСПАРИТЕЛЯ Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05. 22. 10 – Эксплуатация автомобильного транспорта Соискатель: Морозов В. А. Научный руководитель: к. т. н. Филиппов А. А. Работа выполнена на кафедре “Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей” ГОУ ВПО “Оренбургский государственный университет”
Проблемы эксплуатации газобаллонных автомобилей - недостаток информации о теоретических зависимостях процессов старения быстроизнашивающихся составляющих газовой аппаратуры – резинотехнических деталей редуктора-испарителя; - диагностическое обеспечение редуктора-испарителя не позволяет с достаточной достоверностью выявлять причины отказов и неисправностей его резинотехнических деталей; - наличие эксплуатационных затрат от недоиспользования ресурса резинотехнических деталей или устранения последствий аварийных отказов в эксплуатации из-за низкой эффективности существующих методик прогнозирования наработки на отказ; - несовершенство принципов корректирования режимов технического обслуживания редуктора-испарителя в связи с недостаточным учётом влияния факторов интенсивного старения резинотехнических деталей. 2
Проблемы эксплуатации газобаллонных автомобилей Рисунок 1 – Потеря эластичности мембран редуктора-испарителя приводит к уменьшению хода клапанов первой и второй ступеней Рисунок 3 – Образование ржавчины и окалины ведёт к засорению каналов Рисунок 2 – Засорённость каналов редуктора-испарителя смесью серы с жидким остатком Рисунок 4 – Растрескивание резины в результате взаимодействия с серной кислотой приводит к негерметичности мембран 3
Общая характеристика работы Объект исследования: процесс эксплуатации редуктора-испарителя ГА. Предмет исследования: закономерности процессов старения и восстановления резинотехнических составляющих редуктора-испарителя. Цель исследования: сокращение затрат на эксплуатацию ГБА на основе прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя. Задачи исследования: 1) анализ факторов и механизмов старения резинотехнических составляющих редуктораиспарителя в эксплуатации; 2) разработка методики прогнозирования работоспособности резинотехнических составляющих редуктора-испарителя, основанной на математической модели и алгоритмах прогнозирования; 3) разработка рекомендаций по корректированию режимов ТО и Р редуктора-испарителя с оценкой экономического эффекта от их использования. 4
Общая характеристика работы Научная новизна работы состоит в следующем: - математическая модель прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя, позволяющая прогнозировать его наработку на отказ; - алгоритм прогнозирования работоспособности резинотехнических составляющих редуктора-испарителя, устанавливающий последовательность определения прогнозной наработки узла на отказ на этапе его сборки; - алгоритм принятия решения по результатам диагностирования редуктора-испарителя, позволяющий корректировать режимы ТО и Р узла на основании результатов прогнозирования его наработки на отказ. Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности эксплуатации ГБА за счет: - прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя в эксплуатации, что позволяет сократить длительность простоев на ТО и Р, а также количество заявочных ремонтов по причине внезапных отказов; - корректирования режимов ТО и Р с целью улучшения показателей безотказности редуктораиспарителя и сокращения затрат на поддержание работоспособности ГБА. 5
Анализ состояния вопроса 65% 70 60 60 Распределение отказов, % 70 50 40 30 17% 8% 10% 20 40 30 7% 9% 9% 10% 20 10 10 0 0 Смеситель 50 Газовый Прочие клапан Редуктор- испаритель Рисунок 5 – Данные литературных источников по соотношению отказов и неисправностей автомобильной газовой аппаратуры Газовый клапан Смеситель Прочие Мультиклапан Редукториспаритель Рисунок 6 – Удельный вес отказов по элементам автомобильной газовой аппаратуры по данным предприятий“Оренбурггазпромтранс”, “Автоколонна 1825” и “Оренбурггазавто” за 2004– 2010 гг. 6
Анализ состояния вопроса Рисунок 7 – Средняя наработка на отказ резинотехнических деталей редуктора-испарителя (по данным литературных источников) 7
Анализ состояния вопроса Анализ надёжности составляющих редуктора-испарителя в эксплуатации с определением деталей, лимитирующих среднюю наработку на отказ Анализ факторов интенсивного старения резинотехнических составляющих редуктора-испарителя в эксплуатации Анализ механизмов старения резинотехнических составляющих редуктора-испарителя под воздействием доминирующего в эксплуатации фактора Формулировка гипотезы о структурных параметрах, отражающих процесс потери эластичности резинотехнических составляющих редуктора-испарителя Подтверждение выдвинутой гипотезы на основании результатов теоретического и экспериментального исследований Рисунок 9 – Схема обоснования структурных параметров, отражающих процессы старения резинотехнических составляющих редуктора-испарителя 8
Анализ состояния вопроса Таблица 1 – Общий вид анкеты для экспертной оценки факторов интенсивного старения автомобильной газовой аппаратуры Номер фактора 1 2 Факторы Фактор качества топлива (несоответствие компонентного состава требованиям ГОСТ 52087 -2003 ) Специфические факторы эксплуатации ГБА (нарушение правил эксплуатации, ошибки при монтаже, ТО и Р ГА) Балл 1 3 3 Фактор качества резинотехнических составляющих 4 4 Фактор надёжности ГА 2 Должности экспертов : – механик-эксплуатационник; – главный механик; – директор; – водитель; – механик-ремонтник. Рисунок 10 – Диаграмма рангов по исследованию причин отказов редуктора-испарителя 9
Анализ состояния вопроса Вывод: результат комплексного влияния эксплуатационных факторов на работоспособность редуктораиспарителя выражается в изменении свойств его резинотехнических деталей таких, как мембраны и клапаны. Потеря свойств эластичности материала мембран и клапанов в конечном итоге приводит к уменьшению величины хода клапанов –структурных параметров редуктораиспарителя Рисунок 11 – Схема влияния качества ГСН на эффективность эксплуатации газобаллонных автомобилей 10
Теоретическое исследование процессов старения и восстановления редуктора-испарителя Выражение для описания процессов старения и восстановления систем с управляемым потенциалом работоспособности имеет вид: (1) Математическая модель (1) для описания потенциала работоспособности редуктора-испарителя примет вид : (2) где – среднее значение отклонения давления во второй ступени от нормативной величины, Па 11
Методика стендового эксперимента Величина изменения давления на выходе редуктора-испарителя определяется функционалом: (3) где – изменение давления во второй ступени редуктора-испарителя в эксплуатации; и – величины изменения хода клапанов первой и второй ступеней соответственно. А) Б) Рисунок 12 – Кинематические схемы ограничения хода клапанов первой (А) и второй (Б) ступеней редуктора-испарителя 12
Аппаратурное обеспечение стендового эксперимента 1 – баллон сжатого воздуха; 2 – вентиль баллона; 3 – соединительный рукав; 4 – клапан закрытия подвода воздуха из баллона; 5 – редуктор давления; 6 – манометр контроля давления в баллоне; 7 – манометр контроля давления на входе в редуктор-испаритель; 8– блок питания; 9 – вакуумная установка; 10 – редуктор-испаритель марки РЗАА с дополнениями в конструкции. Рисунок 13 – Схема экспериментальной установки 13
Аппаратурное обеспечение стендового эксперимента Соединительные рукава Микроманометр ММН-2400 Стенд К 278 А Редукториспаритель РЗАА Вакуумная установка Рисунок 14 – Экспериментальная установка в сборе Винт ограничения хода клапана первой ступени Стержни различной длины вместо штатного штока для ограничения хода клапана второй ступени Рисунок 15 – Расположение ограничительных элементов в редуктореиспарителе 14
Результаты микрометрирования структурных параметров редуктора-испарителя Рисунок 16 – Закономерности изменения хода клапанов ( и ) и жёсткости пружин ( мембранно-рычажных систем редуктора-испарителя в эксплуатации и ) 15
Результаты стендового эксперимента Таблица 3 – Матрица результатов эксперимента с эффектом парного взаимодействия факторов № опыта Факторы X 0 X 1 X 2 X 3=X 1 X 2 , Па 1 + + 19, 3 2 + – 6, 5 3 + + – – 11 4 + – – + 1, 7 Варьирование факторов осуществлялось на двух уровнях, число параллельных наблюдений за изменением каждом опыте составило 3, общее количество опытов в эксперименте – 12. в В результате обработки данных эксперимента установлено, что уравнение регрессии имеет вид: (4) 16
Практическое применение результатов стендового эксперимента – значение диагностического параметра, измеренное при предыдущем диагностировании – прогнозная наработка редуктора-испарителя – наработка до технического обслуживания редуктора-испарителя Рисунок 17 – Алгоритм прогнозирования работоспособности резинотехнических деталей ремонтного комплекта редуктора-испарителя 17
Методика исследований на эксплуатационном этапе эксперимента Сбор и обработка статистических данных о средней наработке на отказ редуктора-испарителя интересуемой марки в условиях конкретного предприятия Установление закономерностей процессов потери эластичности резинотехнических составляющих в эксплуатации Формирование математической модели прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя с использованием закономерностей процессов потери эластичности резинотехнических составляющих в эксплуатации Определение периодичности диагностирования редуктора-испарителя Включение диагностических работ редуктора-испарителя в график ТО газобаллонного автомобиля с учётом периодичности его проведения Прогнозирование наработки на отказ редуктора-испарителя с использованием математической модели и результатов диагностирования Определение момента замены резинотехнических составляющих редуктораиспарителя с использованием скорректированного графика ТО ГБА Рисунок 18 – Схема процесса прогнозирования работоспособности резинотехнических составляющих редуктора-испарителя и корректирования режимов его ТО и Р 18
Методика исследований на эксплуатационном этапе эксперимента Соединительный рукав Редуктор-испаритель Рисунок 19 – Подвижной состав ЗАО «Автоколонна 1825» , использующий в качестве топлива ГСН Микроманометр ММН-2400 Рисунок 20 – Подключение измерительного прибора к редуктору-испарителю 19
Результаты эксплуатационного эксперимента Отклонение давления во второй ступени ∆P 2, Па 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 -5 Экспериментальные данные -10 -15 Аппроксимирующая функция Наработка t, тыс. км Рисунок 21 – Зависимость давления во второй ступени редуктора-испарителя от наработки в режиме работы ДВС на холостом ходу при частоте вращения коленчатого вала nмин. =600 об. /мин. Математическая модель для прогнозирования потенциала работоспособности в процентах: (5) где t –наработка редуктора-испарителя на момент диагностирования, км 20
Результаты эксплуатационного эксперимента Рисунок 22 – Зависимость давления во второй ступени редуктора-испарителя от наработки в режиме работы ДВС на холостом ходу при частоте вращения коленчатого вала nпов. =2100 об. /мин. математическая модель для прогнозирования потенциала работоспособности в процентах: (6) 21
Практическое применение результатов эксплуатационного эксперимента Периодичность диагностирования редуктора-испарителя lд определяется экономико-вероятностным методом оптимизации целевой функции затрат Sy по совокупности реализаций диагностического параметра: (7) где Q(lд, Sy) – вероятность отказов; Сав – стоимость аварийного ремонта, руб. ; Спр – стоимость предупредительного ремонта, руб. ; сд – стоимость диагностирования, руб. ; k(lд, Sу) – среднее число диагностирований до восстановления. График ТО автобуса ПАЗ 3205 с включением диагностических работ Д редуктора-испарителя: Рисунок 23 – Результаты использования разработанной методики в целях корректирования периодичности диагностических работ по редуктору-испарителю и включения их в график ТО автобуса марки ПАЗ 3205 22
Практическое применение результатов эксплуатационного эксперимента линии хода принятия решения в режиме оценки потенциала работоспособности клапана второй ступени линии хода принятия решения в режиме оценки потенциала работоспособности мембран – предельное верхнее значение диагностического параметра Па – текущее значение диагностического параметра – предельное нижнее значение диагностического параметра Па – текущая наработка редуктора-испарителя Рисунок 24 – Схема принятия решения по результатам диагностирования 23
Практическое применение результатов эксплуатационного эксперимента Рисунок 25 – Блок-схема алгоритма принятия решения по результатам диагностирования 24
Основные выводы и результаты исследования 1) В результате анализа факторов и механизмов старения редуктора-испарителя в эксплуатации установлено, что скорость процессов старения его резинотехнических составляющих обусловлена фактором качества топлива, а структурными параметрами, отражающими процессы их старения, являются величины изменения хода клапанов. 2) Разработанная регрессионная модель взаимосвязи диагностического и структурных параметров редуктора -испарителя позволяет прогнозировать значение диагностического параметра при определённых значениях структурных. Экспериментально установлено допустимое изменение хода клапанов первой и второй ступеней редуктора-испарителя марки РЗАА, которое в эксплуатации не должно превышать 0, 76 и 1, 4 мм соответственно. 3) Разработанная методика прогнозирования работоспособности резинотехнических составляющих редуктора-испарителя позволяет, учитывая изменение условий эксплуатации, определять его прогнозную наработку на отказ с погрешностью 6, 32%, а также прогнозировать работоспособность узла на этапе его сборки с сокращением трудоёмкости работ текущего ремонта на 2, 3 чел. /ч за счёт исключения операций многократной разборки, сборки и входного контроля. 4) В результате использования методики прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя определена оптимальная периодичность комплексного диагностирования на примере редуктора-испарителя марки РЗАА, равная 51, 2 тыс. км, что позволяет проводить работы по его диагностированию при каждом четвёртом ТО-2 автобуса марки ПАЗ-3205. Экспериментально установлено, что наступление предельного состояния клапана второй ступени происходит при t=125, 3 тыс. км и П 1(t)= 10 Па, а наступление предельного состояния мембран происходит при t=154, 1 тыс. км и П 2(t)= - 10 Па. 5) Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов исследования в производственный процесс автотранспортного предприятия ЗАО “Автоколонна 1825”, вследствие сокращения затрат на эксплуатацию 126 автобусов марки ПАЗ-3205, составит 144, 14 тыс. руб. в год при повышении рекомендуемой заводомизготовителем наработки редуктора-испарителя до замены резинотехнических составляющих на 60 тыс. км пробега. 25
Скачать презентацию ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
Морозов.ppt