Комплексная оценка надежности работы строительных машин

С. М. КУЗНЕЦОВ, В. Н. АНФЕРОВ







                КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН




Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2025

УДК 69.003:004
ББК 39.33
      К89




Ответственный редактор: д-р техн. наук, профессор В. Н. Анферов

Рецензент: заведующий кафедрой «Технология строительного производства» НГАСУ, д-р техн. наук, профессор В. В. Молодин











      Кузнецов, С. М.
К89 Комплексная оценка надежности работы строительных машин : учебное пособие / С. М. Кузнецов, В. Н. Анферов. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2025. - 100 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-2370-0

          Изложены рекомендации по расчету комплексных показателей надежности работы строительных машин и систем при выполнении заданий на практических занятиях с использованием комплекса программ для ПЭВМ, содержатся варианты заданий.
          Для студентов направления подготовки 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».

УДК 69.003:004
                                                                 ББК 39.33






ISBN 978-5-9729-2370-0

      © Кузнецов С. М., Анферов В. Н., 2025
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2025
                              © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2025

            ВВЕДЕНИЕ



     Учебная дисциплина «Надежность технических систем» изучается студентами 4-го курса дневного отделения специализации «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» в 7-м семестре. В работе рассматриваются практические аспекты, связанные с определением значений и установлением законов распределения комплексных показателей надежности работы строительных машин на основе статистических данных, которые получены за определенное время их эксплуатации.
     Базы данных эксплуатационных показателей машин, применяемых в строительстве, получены в СГУПСе на основе статистических наблюдений за последние 15 лет в ряде крупных предприятий. В качестве основного примера рассматривается база данных работы бульдозеров.
     Первая глава содержит сведения о надежности отдельных машин и комплексов. Во второй главе формулируются основные задачи практикума по статистическим данным эксплуатации бульдозеров.
     В третьей и четвертой главах приводятся необходимые сведения о наиболее часто применяемых теоретических законах распределения случайных величин и критериях согласия, которые необходимо выполнить, чтобы отнести эмпирическое распределение к тому или иному известному типу теоретического.
     В пятой и шестой главах рассматриваются практические задачи анализа структуры и основных показателей выборок для установления закона распределения вероятности случайной величины.

     В седьмой и восьмой главах приводятся алгоритмы и примеры решения задач построения многофакторных математических моделей показателей в форме уравнения регрессии и установления границ (доверительных интервалов), обеспечивающих заданную надежность полученных результатов по математической модели.
     Решения задач проводятся студентами в ручном режиме с применением прикладного пакета «Excel».
     В девятой главе приводятся примеры решения задач с использованием пакета прикладных программ «Компас», установленного в компьютерном классе.
     В приложении содержатся варианты исходных данных для выполнения самостоятельной работы студентами.

            1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
            О НАДЕЖНОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ МАШИН
            И КОМПЛЕКТОВ


    Понятие надежности формулируется как свойство объекта (машина, узел машины, детали и т. и.) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
    Теория надежности комплексная научная дисциплина, включающая такие разделы как: математическая теория надежности; надежность объектов по отдельным физическим критериям отказов; расчет и прогнозирование надежности, и ряд других /1, 2/. В процессе эксплуатации машины, выполняющей заданные функции установленные требованиями технической документации, подвергаются разного рода воздействиям, которые приводят к развитию процессов, вызывающих отказ. Отказом называют событие, заключающееся в том, что происходит нарушение работоспособности машины. Поскольку воздействия на машину и характеристики процессов, которые происходят в самой машине при выполнении рабочих функций, имеют случайную природу, то и сами отказы являются случайными величинами законы, распределения которых соотносятся с физической причиной отказа.
    Свойство надежности принято оценивать количественными показателями /3/. В основе показателей лежит понятие наработки. Наработка - продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в часах, километрах,

циклах, кубических метров и других единицах, в том числе безразмерных.
     В соответствии с ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения» показателями надежности машин являются:
     1. Единичный показатель надежности - показатель надежности, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность системы.
     2. Комплексный показатель надежности - показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность системы.
     3. Расчетный показатель надежности - показатель надежности, значения которого определяются расчетным методом.
     4. Экспериментальный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным испытаний.
     5. Эксплуатационный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуатации.
     6. Экстраполированный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.
     В процессе эксплуатации машин и механизмов в строительных подразделениях ведутся журналы учета времени использования машины по определенным периодам, как правило, календарный месяц. На основании статистической обработки этих записей были созданы базы данных /4/ для машин и комплектов гидротранспортных систем (кранов, экскаваторов, бульдозеров и трубоукладчиков). В таблице 1.1 приводятся данные по бульдозеру марки ДЭТ-250.

Таблица 1.1 - Исходные данные

Месяц  Марка  Календарный фонд Время работы, ч Технологические Простои, ч  Коэффициент 
      машины     времени, ч                      перерывы, ч              использования
                                                                               по      
                                                                             времени   
Месяц  Марка         тф              Tр              Tтп           Tп          Kв      
1     ДЭТ-250 720              545                   96            79         0,757    
2     ДЭТ-250 672              448             123                101         0,666    
3     ДЭТ-250 744              586                   87        71             0,787    
4     ДЭТ-250 720              523             108             88             0,727    
5     ДЭТ-250 744              547             109             89             0,735    
6     ДЭТ-250 720              508             117             95             0,706    
7     ДЭТ-250 744              550             107             88             0,739    
8     ДЭТ-250 744              581                   90        74             0,780    
  9   ДЭТ-250 720              516             112             92             0,717    
10    ДЭТ-250 744              546                   109           89         0,734    
11    ДЭТ-250 720              528             106             86             0,733    
12    ДЭТ-250 744              539             113             92             0,725    
13    ДЭТ-250 720              514             113             93             0,714    
14    ДЭТ-250 672              483             104             85             0,718    
15    ДЭТ-250 744              551             106             87             0,740    
16    ДЭТ-250 720              514             113             93             0,714    
17    ДЭТ-250 744              555             104             85             0,746    
18    ДЭТ-250 720              593                   70            57         0,823    
19    ДЭТ-250 744                    569             96            79         0,764    
20    ДЭТ-250 744              539             113             92             0,725    
21    ДЭТ-250 720              547                   95        78             0,759    
22    ДЭТ-250 744              495             137                112         0,665    
23    ДЭТ-250 720              522             109             89             0,725    
24    ДЭТ-250 744              574                   93        76             0,772    

     Значение коэффициента использования по времени - Кв определяется отношением полезного времени использования машины (машина исправна, находится в работоспособном состоянии) к заданному календарному времени её работы. Полезное время работы машины получено исключением из календарного времени её использования неплановых перерывов - простоев по организационным и метеорологическим причинам. Поскольку многообразие организационных и метеорологических причин простоев носит случайный характер, то коэффициент использования по времени является случайной интегральной характеристикой работы машины.
     Далее при анализе работы строительных машин будем рассматривать только основные эксплуатационные комплексные показатели надежности: коэффициент готовности - Kг, коэффициент оперативной готовности - Kог, коэффициент технического использования. - Kги, коэффициент сохранения эффективности - Ксз. Эти показатели можно определить на примере данных, приведенных для бульдозера.
     Под коэффициентом готовности понимается вероятность того события, что машина окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент вре

мени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение машины

по назначению не предусматривается.
      Коэффициент готовности представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев объекта, взятых за один и тот же календарный срок.
      Коэффициент готовности определяется по формуле

Кг =

Т рр ТТТ' ¹р ¹ ¹п

(1.1)

где Тр - суммарное время исправной работы объекта;

     Тп - суммарное время вынужденного простоя.

      Для перехода к вероятностной трактовке величины Т? и Т₃ заменяются математическими ожиданиями времени между соседними отказами и времени восстановления соответственно
Кг = —Т -,                            (1.2)
г Т + Тв’
где Та - средняя наработка на отказ;
      Тв - среднее время восстановления.

      Коэффициент оперативной готовности показывает вероятность того события, что машина окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение машины по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента, она будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.
      Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность изделия, необходимость применения которого возникает в произвольный момент времени, после которого требуется безотказная работа изделия в течение заданного интервала времени. Значение коэффициента оперативной готовности KОг определяется по формуле
КОГ = КгР,                            (1.3)
где Kг - коэффициент готовности;
      Р - вероятность безотказной работы машины в течение заданного интервала времени.

      Значения коэффициента оперативной готовности используются при выполнении работ по оценке эффективности машины, а также при оценке расчетных значений надежности по полученным из эксплуатации результатам работы машины.
      Коэффициент технического использования характеризует отношение математического ожидания суммарного времени пребывания машины в работо

способном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания машины в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.
      Коэффициент технического использования обычно оценивается за длительный период эксплуатации (от начала эксплуатации до капитального ремонта, между капитальными ремонтами, за весь период эксплуатации):

Ки

                                Т
¹р
Тр + Т...


(1.4)

где Тр — суммарное время пребывания системы в работоспособном состоянии за некоторый длительный период эксплуатации;
      Трем - суммарное время ремонтов и технического обслуживания за этот
же период эксплуатации.


      Коэффициент технического использования можно рассматривать как вероятность того события, что в данный, произвольно взятый момент времени, объект работоспособен, а не находится в ремонте.

     Для оценки величины коэффициента технического использования предлагается применять формулу


К
К ’

К Т^ти

(1.5)


где Кв - коэффициент использования по времени.



     Оценку значения коэффициента эффективности также предлагается вычислять по формуле
                                     Ке
к =                                а-⁶)

где Кепах - максимальное значение коэффициент использования по времени за расчетный интервал времени (за месяц).