ДЕРЖАВНА СЛУЖБА АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ УКРАЇНИ (УКРАВТОДОР) Державний дорожній науково-дослідний інститут імені М.П. Шульгіна ДерждорНДІ РЕКОМЕНДОВАНО Науково-технічною радою Державної служби автомобільних доріг України (Укравтодор) Протокол від “ “ 2006 р. №____ РЕКОМЕНДОВАНО Науково-технічною радою ДерждорНДІ Протокол від “ “ 2006 р. № ____
Рекомендації з підвищення експлуатаційної надійності дорожньої техніки Р В.2.3 - 218 - 03450778 - 502:2006 ПОГОДЖЕНО РОЗРОБЛЕНО Начальник Управління науково- Директор ДерждорНДІ технічної політики Укравтодору _____________П.М. Коваль _________________С.І. „___”______________2006 р. Андрєєв Завідувач відділом енергозбереження „___”______________2006 р. та дорожньої техніки ДерждорНДІ Головний метролог _____________В.А. Філоненко Укравтодору „___”_______________2006 р. ______________Т.В. Ст.н.співробітник відділу енерго-збереження та дорожньої Хрипушина техніки „____”_____________2006 р. ДерждорНДІ _____________Т.Д. Качанівська „___”_______________2006 р. Завідувач відділу стандартизації, сертифікації та якості ДерждорНДІ _____________Н.І. Ростовська “____“______________2006 р. Київ 2006
1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ 1.1 Рекомендації з підвищення експлуатаційної надійності дорожньої техніки призначені для дорожніх організацій з метою забезпечення єдиного підходу до визначення доцільності застосування машин і механізмів в усіх дорожніх організаціях Державної служби
автомобільних доріг України “Укравтодор” при плануванні технічного переоснащення парка дорожніх машин. 1.2 Для чіткого забезпечення процесу будівництва та експлуатації доріг необхідно вирішити питання оптимального ефективного використання парка технічних засобів, куди входять організація, оперативне та матеріально-технічне забезпечення при проведенні робіт. Тільки при наявності цих складових засоби механізації можна використовувати з мінімальними витратами коштів і максимальною віддачею. 1.3 Надійність дорожньої техніки є комплексною властивістю, що включає показники безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності, показники збереженості та комплексні показники надійності. У рекомендаціях викладено порядок проведення оцінки показників експлуатаційної надійності та їх вплив на основні техніко-економічні показники роботи дорожніх машин.
2 НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ У цих рекомендаціях є посилання на такі нормативні документи: ГОСТ 27.001-95 Надежность в технике. Основные положения (Надійність техніки. Основні положення) ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения (Надійність техніки. Основні поняття. Терміни і визначення) ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности (Надійність техніки. Склад та загальні правила завдання вимог з надійності) ГОСТ 18322-78 Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения (Система технічного обслуговування і ремонту техніки. Терміни і визначення)
3 ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ, ПОЗНАКИ ТА СКОРОЧЕННЯ Нижче подано терміни, вжиті в цих рекомендаціях, та визначення позначених ними понять(згідно з ГОСТ 27.002). 3.1 Безвідмовність Властивість об'єкта постійно зберігати працездатний стан протягом деякого часу або наробітку. Примітка Усі показники безвідмовності визначені як імовірнісні характеристики. Їхні статистичні аналоги визначають методами математичної статистики. 3.2 Гамма-процентний наробіток до відмови Наробіток, протягом якого відмова об'єкта не виникає з імовірністю γ, виражений у відсотках. 3.3 Гамма-процентний ресурс Сумарний наробіток, протягом якого об'єкт не досягне граничного стану з імовірністю γ, виражений у відсотках. 3.4 Гамма-процентний термін зберігання Термін зберігання, який досягається об'єктом із заданою імовірністю γ, виражений у відсотках. 3.5 гамма-процентний термін служби Календарна тривалість експлуатації, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану з імовірністю γ, виражена у відсотках. 3.6 гамма-процентний час відновлення
Час, протягом якого відновлення працездатності об’єкта буде виконано з імовірністю γ, виражений у відсотках. 3.7 граничний стан Стан об'єкта, при якому його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна, або відновлення його робочого стану неможливо чи недоцільно. 3.8 довговічність Властивість об'єкта зберігати працездатний стан до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту. 3.9 збереженість Властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів, які характеризують здатність об'єкта виконувати необхідні функції, за час і після зберігання і (або) транспортування. 3.10 імовірність безвідмовної роботи Імовірність того, що в межах заданого наробітку відмова об'єкта не виникає. 3.11 імовірність відновлення Імовірність того, що час відновлення працездатного стану об'єкта не буде більше заданого значення. 3.12 інтенсивність відмови Умовна щільність імовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умови, що до розглянутого моменту часу відмови не виникло. 3.13 інтенсивність відновлення Умовна щільність імовірності відновлення працездатного стану об'єкта, визначена для розглянутого моменту часу при умові, що до цього моменту відновлення не було закінчено. 3.14 коефіцієнт готовності Імовірність того, що об'єкт виявиться в працездатному стані в довільний момент часу, крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта по призначенню не передбачається. 3.15 коефіцієнт збереження ефективності Відношення значення показника ефективності використання об'єкта по призначенню за визначену тривалість експлуатації до номінального значення цього показника, визначеному за умови, що відмови об'єкта протягом того ж періоду не виникають. 3.16 коефіцієнт оперативної готовності Імовірність того, що об'єкт виявиться в працездатному стані в довільний момент часу, крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта по призначенню не передбачається і, починаючи з цього моменту, буде працю-вати безвідмовно протягом заданого інтервалу часу. 3.17 коефіцієнт технічного використання Відношення математичного очікування сумарного часу перебування об'єкта в працездатному стані за деякий період експлуатації до математичного очікування сумарного часу перебування об'єкта в працездатному стані і простоїв, обумовлених технічним обслуговуванням і ремонтом за той же період. 3.18 надійність Властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання і транспортування.
Примітка. Надійність є комплексною властивістю, що, в залежності від призначення об'єкта й умов його застосування, може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість, або визначені стани цих властивостей. 3.19 наробіток Тривалість або об'єм роботи об'єкта. Примітка. Наробіток може мати як безперервний розмір (тривалість роботи в годинах, кілометраж пробігу і т.п.), так і цілочисельний розмір (кількість робочих циклів, запусків і т.п.) 3.20 наробіток до відмови Наробіток об'єкта від початку експлуатації до виникнення першої відмови. 3.21 опосередкований параметр потоку відмов Відношення математичного очікування числа відмов відновлюваного об'єкта за кінцевий наробіток до значення цього наробітку згідно. 3.22 параметр потоку відмов Відношення математичного очікування числа відмов відновлюваного об'єкта за досить малий його наробіток до значення цього наробітку. 3.23 ремонт Комплекс операцій по відновленню справності або працездатності виробів і відновленню ресурсів виробів або їхніх складових частин згідно з ГОСТ 18322. 3.24 ремонтопридатність Властивість об'єкта, що полягає в пристосованості до підтримання і відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування і ремонту. 3.25 середній наробіток до відмови Математичне очікування наробітку об'єкта до першої відмови. 3.26 середній наробіток на відмову Відношення сумарного наробітку відновленного об'єкта до математичного очікування кількості його відмов протягом цього наробітку. 3.27 середній ресурс Математичне очікування ресурсу. 3.28 середній термін зберігання Математичне очікування терміну зберігання. 3.29 середній термін служби Математичне очікування терміну служби. Примітка. При використанні показників довговічності варто вказувати початок відліку і вид дій після настання граничного стану (наприклад гамма процентний ресурс від другого капітального ремонту до списання). Показники довговічності, відлічувані від введення об'єкта в експлуатацію до остаточного зняття з експлуатації, називається гамма-процентний повний ресурс (термін служби), середній повний ресурс (термін служби). 3.30 середній час відновлення Математичне очікування часу відновлення працездатного стану об'єкта після відмови. 3.31 середня трудомісткість відновлення Математичне очікування трудомісткості відновлення об'єкта після відмови. Примітка. Витрати часу і праці на проведення технічного обслуговування і ремонтів з урахуванням конструктивних особливостей об'єкта, його технічного стану й умов експлуатації характеризуються оперативними показниками ремонтопридатності. 3.32 технічне обслуговування
Комплекс операцій або операція по підтримці працездатності або справності виробу при використанні по призначенню, очікуванні, зберіганні і транспортуванні згідно з ГОСТ 18322.
4 ПОКАЗНИКИ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ ДОРОЖНЬОЇ ТЕХНІКИ 4.1 Безвідмовність Машини в реальних умовах експлуатації працюють з перервами, тому при оцінці безвідмовності враховують їхній сумарний наробіток. Він може вимірюватися в одиницях часу (машино·години і т.п.), одиницях об'єму виконаної роботи (кубічних метрах і т.п.). В залежності від цілей обліку, у процесі експлуатації машин розрізняють "добовий наробіток", "місячний наробіток", "наробіток до першої відмови", "наробіток між відмовами", "заданий наробіток". Оцінка безвідмовності машин може бути проведена за наступними показниками: - імовірність безвідмовної роботи; - середня частота відмов; - наробіток до відмови; - параметр потоку відмов. 4.1.1 Імовірність безвідмовної роботи Р(Т) статистично визначається відношенням числа машин Nпр, що зберегли працездатність до моменту часу Т, до загальної кількості машин у розглянутій сукупності
(4.1) NΣ = Nпр + Nвід, (4.2) де Nвід - число машин, що відмовили до моменту часу Т: 4.1.2 Середня частота відмов mвід N Σ Nвід i i=1 mвід= --- (4.3) NΔТ де N - число машин, що спостерігаються; Nвід і - число машин, що відмовили за період часу ΔТ; ΔТ - заданий наробіток машин. 4.1.3 Наробіток до відмови Твід визначається відношенням суми наробітків до відмовн N машини до загального числа відмов цих машин протягом даного наробітку
(4.4) де Твід і - наробіток i - ї машини до відмови (i =1,2 . . . N), N - число випробуваних машин ( за якими ведеться спостереження); n і - число відмов i - ї машини (i =1,2 . . . N). 4.1.4 Параметр потоку відмов установлюють наступним чином. Машина в початковий момент часу починає роботу і працює до відмови. Після відмови вона відновлюється і знову працює до відмови і т.д. Час відновлення не враховується. Моменти відмов формують потік, названий потоком відмов. Як характеристику потоку відмов використовують "ведучу функцію" - математичне очікування числа відмов в одиницю часу. Параметр потоку відмов ωвід визначається з залежності: N Σ nі i=1 ωвід= --NΔТ 4.1.5 Для прогнозування потреби в ремонті парку машин доцільніше використовувати значення mвід і ωвід. Ці два показники мають однакову розмірність, [1/ тис. км ] або [1/маш·год], але показник mвід розглядає машину як не відновлювану систему. Значення mвід визначається до першої відмови машини. Цей показник використовується при оцінці безвідмовності машин для роботи в екстремальних умовах при відсутності ремонтних засобів (обмеження по термінах виконання робіт і т.п.). Показник ωвід дозволяє оцінити машину як систему відновлювану. Для вітчизняних вантажних автомобілів розмір ωвід складає - 0,02...0,15. На рисунку 4.1 представлено динаміку значень названих показників.
N Σ nі mвід i=1 ωвід= --- [відмов/тис.км ] NΔТ ωвід
mвід Т, км Рисунок 4.1 - Динаміка показників безвідмовності машини 4.2 Довговічність Всі ресурсні показники відносяться до показників довговічності. Основними показниками довговічності є: - середній термін служби; - середній ресурс Тр (до капітального ремонту або до списання); - γ - процентний ресурс. 4.2.1 Середній термін служби вимірюється в календарних одиницях. 4.2.2 Середній ресурс до капітального ремонту - Тр (наробіток) від початку експлуатації машини до її першого капітального ремонту, статистично визначається по формулі:
(4.6) де Трi - ресурс i - ї машини (i =1,2 . . . N), N - число випробуваних машин. Середній ресурс до списання машини являє собою середнє значення ресурсу від початку її експлуатації до списання, обумовленого граничним станом. 4.2.3 Гама (γ) - процентний ресурс n РuΣ = П Рu i , (4.7) i=1 де n- число оцінених параметрів, Рui - імовірності безвідмовної роботи по параметрах РQ і Рg для наробітку Тi, РuΣ - розрахована загальна характеристика імовірностей. 4.3 Ремонтопридатність Ремонтопридатність є досить важливою властивістю машини. При досить високих показниках ремонтопридатності у випадку виникнення відмови, вона швидко може бути усунута, а працездатність машини відновлена. Для оцінки ремонтопридатності машин використовуються наступні показники: - імовірність відновлення в заданий час Рb(t), - середній час відновлення tв, - середня трудомісткість відновлення. 4.3.1 Імовірність відновлення справності або працездатності машини в заданий час визначається за формулою
, (4.8) де fb(t) - щільність розподілу часу відновлення;
t - час відновлення, виявлення та усунення відмови (0τ+ t); 0 - t - інтервал заданого часу відновлення. 4.3.2 Середній час відновлення знаходиться за формулою
(4.9) де n - число відмов; ti - час виявлення та усунення і-ї відмови. 4.3.3 Середня трудомісткість відновлення характеризує середні сумарні трудовитрати на ремонти за визначений період експлуатації, t. В практиці роздільно використовують показники середніх трудовитрат на поточний, середній і капітальний ремонти машин. Варто мати на увазі, що час і тривалість відновлення визначаються не тільки якістю машин, але і технологією, а також рівнем організації ремонту (кваліфікацією фахівців, якістю устаткування, технологічних процесів). 4.4 Комплексні показники надійності Комплексні показники надійності характеризують кілька властивостей одночасно. 4.4.1 Показники, що характеризують властивості безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності, забезпеченості технічним сервісом: - коефіцієнт готовності (Кг); Значення коефіцієнта визначають за формулою: , (4.10) де tо - середній наробіток до відмови; tв - середній час відновлення. - коефіцієнт технічного використання (Ктв); Коефіцієнт технічного використання визначається tроб Ктв= ------, (4.11) tроб+tто+tрем - наробіток машини протягом року в маш·год (Нрг); - відношення сумарної річної трудомісткості технічного обслуговування, діагностування і поточного ремонту до наробітку машини протягом року (Тст) у чол·год/маш·год; - відношення грошових витрат, за визначений період, на поточний ремонт до наробітку за цей же період і ін. Найбільш доцільним вважається значення показників Кг = 0,9-0,95; Тст = 0,3-0,6 чол.год/маш·год. 4.4.2 Показники, що характеризують властивості безвідмовності і забезпеченості технічним сервісом: - середній наробіток до відмови машини (Твм); - середній наробіток до відмови основних систем і агрегатів машини (Тоi) Доцільним вважається значення Твм = 60 - 150 маш·год.
4.4.3 Показники, що характеризують властивості довговічності і забезпеченості технічним сервісом: - середній ресурс агрегатів і швидкозношуваних частин; - γ - процентний ресурс агрегатів; - відношення грошових витрат на заміну швидкозношуваних частин за рік до наробітку машини й ін. 4.4.4 Показники, що характеризують властивості ремонтопридатності і забезпеченості технічним сервісом: - середній час ремонту (Тр); - відношення річних грошових витрат на мастильні матеріали для визначених умов роботи машини до її наробітку за рік (Сг) і ін. Доцільним вважається значення Тр = 2-4 год.
5 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ФОРМУВАННЯ ВИСОКОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ Оцінка рівня надійності машини являє собою сукупність процедур, що включає насамперед вибір машини за техніко-експлуатаційними та конструктивними показниками, номенклатура яких характеризує здатність виконувати необхідні функції, а також межі можливих їхніх змін, які б враховували не тільки вид і обсяг робіт, а також користь, яку можна отримати від неї у сфері дорожнього будівництва, в порівнянні з іншою машиною такого типу ( згідно з рис. 5.1). Користь на рівні будівельної організації: -зменшеня витрат усіх видів; -зменшення потреби в техніці; -збільшення прибутку; -збільшення продуктивності праці; -підвищення конкурентноздатності; -висока ефективність використання
Користь на рівні об'єкта будівни -дотримання термінів будівницт -підвищення якості будівництва; -зменшення вартості будівництв -стабільна робота, яка не виклик психологічних навантажень і інш
Рисунок 5.1 - Схема формування корисних результатів від підвищення надійності машини Система показників функціонального призначення, тобто властивості машини, що визначають основні її функції для виконання яких вона призначена, входить до цілого комплексу техніко-експлуатаційних властивостей машини які між собою взаємозалежні, мають прямі і зворотні зв’язки, мають характерні риси за якими можливо зробити правильний вибір машини. Приклади елементів конструкцій і параметрів машин, від позитивних змін яких можна отримати переваги, приводяться в табл. 5.1. Таблиця 5.1.. № п/п
Приклади елементів Переваги Користь від підвищення переваг конструкції і параметрів (власти-вості (властивості якості) машин, по яких якості) На рівні На рівні На рівні визначаються характерні об’єкта машинного місця підприємства риси будівництва
1 Потужність двигуна, Продуктивпара-метри робочих ність за час органів, швидкісні безперервможливості, можливість ної роботи легкої зміни передач при (технічна роботі, конструктивні продуктивособливості привода ність) робочих органів, система автоматизації роботи й ін. 2 Шум і вібрація в кабіні, конструкція сидіння, регулювання температури і потоків повітря в кабіні, конструкція і розташування пультів керування, зусилля на важелях і педалях, особливості системи керування робочими органами, оглядовість і
Збільшення обсягів робіт, виконуваних у робочий час і ін.
Зменшення потрібної кількості техніки, ріст продуктивності праці, зростання прибутку,підвищення конкурентноздатності й ін
Підвищення імовірності успішного виконання умов контракту й ін.
КомфортЗменшення Ріст продуктив- Підвищення ність роботи утоми, ріст ності праці, зни- імовірності машиніста задоволеності ження плиннос-ті успішного працею, низька кадрів, зменвиконання захворюваність, шення вимог до умов ріст обсягів робіт, кваліфікації контракту й викону-ваних у машиніста, ін. робочий час, зниження собі- . простота вартості, зроскерування тання прибутку й машиною й ін. ін.
ін. . 3 Пристосованість до Універроботи з змінним сальність обладнанням, яке виконуює різні функції і наявність пристроїв для швидкого його монтажу, наявність декількох видів ходового устаткування й ін. 4 Різноманітність змінних Пристосоробочих елементів до ваність до навісного роботи в устаткування,устарізних новлювані за природнозамовленням елементи кліматичконструкції для роботи в них умовах різних кліматичних умовах, змінні елементи ходового устаткування для роботи в різних природних умовах, потужність двигуна, запас потужності двигуна й ін
-
Скорочення втрат часу через природнокліматичні умови, ріст обсягів робіт за одиницю робочого часу, зменшення непродуктивних витрат ресурсів
Поліпшення використання машин протягом року, зменшен-ня потрібної кількості техніки, зростання прибутку, підвищення конкурентноздатності
Підвищення імовірності успішного виконання умов контракту й ін.
Ріст продуктив- Підвищення ності праці, імовірності зменшення успішного потреби в техні- виконання ці, зростання умов прибутку, підви- контракту й щення конкуін. рентноздатності й ін.
Тобто, для підвищення експлуатаційної надійності дорожньої техніки необхідно ретельно проаналізувати всі техніко-економічні показники ряду аналогічних машин, на передконтрактному етапі роботи по придбанню машини, визначаючи найоптимальніший варіант для кожного конкретного випадку, щоб в повному обсязі розкрити потенційні її можливості по продуктивності і витратам всіх видів ресурсів. На ринках будівельної і дорожньої техніки України продаються машини з показниками надійності, що відрізняються в 10 і більше раз. Нещодавно проведені опитування довели, що споживачі не задоволені рівнем надійності машин українського і російського виробництва, які суттєво відрізняються від провідних світових виробників дорожньої техніки. Варто відмітити, що вітчизняні виробники дорожніх машин недостатньо приділяють увагу питанням підвищення надійності машин. Провідні закордонні компанії «Саtеrріllаr», «Саsе», «Ніtасhі», «Vоlvо», «Комаtsu» і інші, здійснюють планування і досягнення високих показників надійності на стадії проектування, виробництва та експлуатації машин. При цьому значна увага на перших двох стадіях приділяється проведенню іспитів на надійність за схемою «деталь - вузол - машина в цілому». На стадії проектування і виробництва використовуються високі прогресивні фірмові, національні і міжнародні стандарти. Налічуються спеціалізовані підрозділи, що займаються всіма аспектами надійності. Постійно ведеться напружена робота з підвищення надійності техніки при зниженій собівартості її виготовлення.
При цьому рівнозначна увага має приділятися всім факторам, що впливають на надійність дорожньої техніки (рисунок 5.2). Відповідно, під «оптимальним вибором машини» розуміється раціональне формування комплексу (комплекту) машин, який забезпечить їх оптимальне завантаження при виконанні робіт для яких вони призначені.
Рисунок 5.2 - Схема формування високої експлуатаційної надійності машин Наступним етапом забезпечення високої надійності використання дорожньої техніки має бути забезпечення високого рівня технічної експлуатації кожної машини, а саме: використання машини суворо за функціональними можливостями, гарантоване виконання регламенту по технічному обслуговуванню та сервісу машини, робота на машині операторів відповідної кваліфікації та високопрофесійний рівень обслуговуючого персоналу. Вираз «належна експлуатація машини» має на увазі ціле коло питань технічної експлуатації дорожніх машин, до яких відноситься підготування машини до роботи, планування і облік проведених робіт і наробітку, виконання вимог, щодо особливості експлуатації машини, правильні дії оператора на всіх стадіях її експлуатації, у т.ч. порядок допуску до управління і обслуговування, регулярне вирішення питань по діагностуванню технічного стану машини, а також ефективну організацію транспортування і збереження. Превентивність аварійного виходу з ладу машини забезпечить регулярна діагностика її технічного стану. Вираз “можливість оперативної діагностики причин відмов
(несправностей)” це розширені можливості технічного сервісу, який зможе забезпечити належне гарантійне, сервісне обслуговування та постачання запчастин протягом усього періоду експлуатації машини. Під «оперативним забезпеченням якісними запасними частинами» розуміється діяльність виробника машин по доставці дилерам (споживачам) необхідних запасних частин у необхідний час і місце. Для виконання згаданих дій, не зв'язаних із проектуванням і виробництвом машин, необхідно передбачати надання споживачам наступних послуг при продажу машин виробниками: - послуги по підбору машин у складі комплексів; - послуги по підготовці операторів; - послуги по технічному сервісу; - послуги по забезпеченню запасними частинами; - послуги по підготовці сервісного персоналу. На основі обліку проведених робіт і всіх видів витрат по технічному обслуговуванню, поточному ремонту, а також фактичному наробітку дорожньої техніки за певний період часу в організаціях дорожньої галузі, на базі розробленого порядку проведення оцінки показників експлуатаційної надійності, методів розрахунку і контролю за відповідністю показників надійності, які наведені в 4 розділі, можливо провести достовірний аналіз її використання, щоб визначити більш надійну техніку, яка буде гарантувати якісне виконання робіт по ремонту і утриманню автомобільних доріг з мінімальними витратами. Таким чином, можна стверджувати, що надійність машини закладається при її проектуванні і забезпечується при виробництві й експлуатації.