Analiza przyczyn i postaci uszkodzeń wybranych środków transportu oraz ich wpływu na możliwość realizacji zadań transportowych

Transkrypt

1 LANDOWSKI Bogdan 1 KOBĘDZA Karol 2 Analiza przyczyn i postaci uszkodzeń wybranych środków transportu oraz ich wpływu na możliwość realizacji zadań transportowych WSTĘP Przedstawiona w pracy problematyka dotyczy zagadnień związanych z analizą uszkodzeń środków transportu oraz ich wpływu na możliwość realizacji zadań transportowych. Przedstawiono wybrane wyniki badań dotyczące między innymi przyczyn, postaci, sposobu naprawy i skutków na realizację zadań przewozowych uszkodzeń zaistniałych w analizowanych środkach transportu drogowego. W formalnym ujęciu klasycznej teorii niezawodności uszkodzenie systemu technicznego rozumiane jest jako zdarzenie niepożądane, destrukcyjne polegające na zmianie stanu systemu technicznego ze stanu zdatności do stanu niezdatności [1, 2, 13]. Uszkodzenia obiektów technicznych zachodzą w wyniku błędów występujących w trakcie projektowania, konstruowania, wytwarzania, w czasie przechowywania, w trakcie transportu bądź w wyniku oddziaływań eksploatacyjnych (zewnętrznych i roboczych) [10, 11, 12]. Na podstawie analizy literatury [3, 7, 8, 9, 13] w zakresie przyczyn powstawania uszkodzeń, można wyróżnić następującą klasyfikację przyczyn uszkodzeń: konstrukcyjne uszkodzenia wynikające z błędów projektowania i konstruowania oraz poprzez nie uwzględnienie obciążeń, które przekraczają w istotny sposób obciążenia nominalne, czego efektem jest uszkodzenie obiektu; technologiczne uszkodzenia wynikające z wad materiałów elementów maszyny oraz błędów w procesach technologicznych; starzeniowe towarzyszą życiu maszyny już od pierwszych chwil eksploatacji, są wynikiem nieodwracalnych zmian wytrzymałościowych i zdolności do współdziałania elementów; eksploatacyjne powstają przy nieodpowiednim przechowywaniu, niewłaściwej obsłudze lub przy nieprawidłowym użytkowaniu. W trakcie badań oprócz przyczyn uszkodzeń środków transportu poddano analizie także postacie tych uszkodzeń. Dokonanie klasyfikacji postaci uszkodzeń możliwe jest na podstawie porównań rodzajów uszkodzeń obiektów technicznych oraz analizy zachodzących między nimi związków. Prawidłowa klasyfikacja sporządzona dla konkretnego zbioru maszyn jest możliwa tylko po dokonaniu analizy procesów destrukcyjnych oraz po scharakteryzowaniu kryteriów umożliwiających ich identyfikację [7, 13]. W tab. 1 przedstawiono przykładowe postacie oraz objawy towarzyszące uszkodzeniom pojazdów samochodowych. Coraz częściej do wspomagania procesów zapewniania zdatności realizowanych w złożonych systemach eksploatacji obiektów technicznych stosuje się narzędzia w postaci komputerowych pakietów programów informatycznych umożliwiających rejestrację i analizę danych o uszkodzeniach obiektów [6]. Na podstawie identyfikacji obiektu badań wybrano, spośród marek i modeli środków transportu najczęściej użytkowanych w analizowanym przedsiębiorstwie realizującym zadania przewozowe, pojazdy do badań w sposób losowy. W celu analizy uszkodzeń podzespołów pojazdów dokonano dekompozycji badanych środków transportu. Ze względu na przyjęty poziom szczegółowości dekompozycji oraz zbliżoną budowę 1 Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Zakład Transportu i Eksploatacji; Bydgoszcz, Al. Prof. S. Kaliskiego7. Tel: , Fax: , lbogdan@utp.edu.pl 2 Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej; Bydgoszcz, Al. Prof. S. Kaliskiego7, Bydgoszcz. Tel: , Fax:

2 analizowanych obiektów dokonano jednego, wspólnego dla wszystkich modeli pojazdów ich podziału na układy. Analizy uszkodzeń zarówno w aspekcie statystycznym, w tym wyznaczanie układów obiektów technicznych o największej częstości uszkodzeń [3], probabilistycznym, jak i określania ich przyczyn i charakterystyk postaci mają zarówno charakter poznawczy jak i utylitarny. Wnioski z dokonanych analiz uszkodzeń mogą być wykorzystywane, między innymi do modelowania procesów zmian stanów eksploatacyjnych obiektów technicznych [4, 5]. Tab. 1. Przykładowe postacie i objawy uszkodzeń występujących w pojazdach samochodowych (opracowanie własne na podstawie [7, 8]) Postać uszkodzenia Przyczyna bezpośrednia Typowe objawy Zużycie warstwy wierzchniej Złamania, zerwania lub pęknięcia elementów Odkształcenia trwałe, deformacja elementów Rozregulowanie Zwarcia w instalacji elektrycznej Nieszczelności Przepalenia Zanieczyszczenie 1. OBIEKT BADAŃ Zużycie na skutek tarcia ślizgowego, obciążeń oraz gradientu cieplnego Niedostateczna wytrzymałość doraźna, zmęczeniowa, udarność Przekroczenie dopuszczalnych obciążeń doraźnych Obciążenia zmienne, drgania Nadmierne obciążenia cieplne, zjawiska chemiczne, przetarcia izolacji Obciążenia doraźne, zużycie na skutek tarcia ślizgowego, degradacja cech uszczelnień Nadmierne obciążenia cieplne Zjawiska chemiczne i fizyczne Zmiana wymiarów, kształtu i gładkości powierzchni, wzrost luzów, stuki, nieciągłości ruchu Utrata cech funkcjonalnych, utrata sztywności Zmiana kształtu, miejscowe wgniecenie lub wydłużenie Obluzowanie połączeń, stuki, utrata cech funkcjonalnych Przerywana praca silnika, utrata cech funkcjonalnych Ubytki czynnika ciekłego lub gazowego, utrata cech funkcjonalnych Niezdatność obiektu, pogorszenie parametrów funkcjonalnych Niezdatność obiektu, pogorszenie parametrów funkcjonalnych Obiektem badań jest ogólnie traktowany system eksploatacji pojazdów. Jako przykład obiektu badań, na którym zilustrowano rozważania podjęte w pracy wybrano przedsiębiorstwo będące tzw. korporacją taksówkarską realizująca zadania transportowe różnymi środkami transportu w wybranej aglomeracji miejskiej. W obiekcie badań najczęściej użytkowanymi pojazdami są samochody osobowe następujących typów (modeli): VW Passat B5 FL, Ford Mondeo Mk3, Mercedes Benz W210, Audi A6 C5 oraz Skoda Octavia I. Wyniki badań przedstawione w opracowaniu dotyczą pojazdów wymienionych modeli Pojazdy są własnością kierowców, świadczących usługi przewozu osób w celach zarobkowych. W ramach realizacji badań przeprowadzono również badania ankietowe na losowej próbie respondentów będących użytkownikami pojazdów analizowanych modeli i wykorzystującymi eksploatowane pojazdy do celów zarobkowych. Badania ankietowe obejmowały między innymi przyczyny i skutki uszkodzeń. Pozyskanie zbioru informacji źródłowych będących wynikiem badań ankietowych możliwy był dzięki opracowaniu wzoru ankiety oraz udostępnieniu danych, przez kierowców eksploatujących prywatne pojazdy. Przebadanych zostało łącznie 25 pojazdów wybranych na podstawie próby losowej. Do realizacji badań wybrano pojazdy marek oraz modeli najczęściej użytkowanych w obiekcie badań. 3642

3 Udział procentowy 2. WYBRANE WYNIKI BADAŃ 2.1. Przyczyny i skutki uszkodzeń Najczęstszą przyczyną uszkodzeń, na jaką wskazali kierowcy, którzy na co dzień eksploatują pojazdy taksówki - było zużycie eksploatacyjne, kolejnymi oddziaływanie otoczenia (uszkodzenia nawierzchni drogi) i wady materiałowe stosowanych tzw. zamienników elementów. Na rys. 1 przedstawiono wybrane wyniki badań dotyczące udziału procentowego analizowanych przyczyn uszkodzeń pojazdów. 80,00% 73,15% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,6 6,0 13,42% 0,6 6,0 0,00% Przyczyna uszkodzenia Rys. 1. Przyczyny uszkodzeń badanych pojazdów Wyniki badań dotyczące przyczyn uszkodzeń badanych pojazdów poszczególnych modeli są do siebie zbliżone. W pojazdach objętych badaniami stwierdzono, iż najczęstszą przyczyną uszkodzeń było zużycie eksploatacyjne. Drugą najczęstszą przyczyną uszkodzeń był wpływ otoczenia (w szczególności nierówności na drodze). Jedynie w przypadku pojazdów VW Passat B5 FL drugą, najczęstszą przyczyn uszkodzeń były wady materiałowe. Na rys. 2 i 3 przedstawiono przykładowe wyniki badań pojazdu odpowiednio VW Passat oraz Audi A6. Najczęstszą przyczyną uszkodzeń w pojazdach VW Passat B5 FL było zużycie eksploatacyjne stanowiące 73% wszystkich przyczyn, stanowiły wady materiałowe, po błędy konstrukcyjne (rozumiane jako niewłaściwe wartości cech geometrycznych, dynamicznych lub materiałowych stosowanych zamienników elementów) oraz otoczenie, tylko 3% przyczyn stanowiła niewłaściwa eksploatacja. Procentowy udział przyczyn uszkodzeń VW Passat B5 FL zużycie eksploatacyjne 3% niewłaściwa eksploatacja błędy konstrukcyjne 73% wada materiałowa otoczenie Rys. 2. Przyczyny uszkodzeń w pojazdach VW Passat B5 FL 3643

4 Udział procentowy W pojazdach marki Audi A6 C5 (zbliżone wartości zanotowano dla Ford Mondeo Mk3, Mercedes-Benz W210, Skoda Octavia I) główną przyczyną uszkodzeń było zużycie eksploatacyjne, którego udział wyniósł 7. Należy zwrócić uwagę na wysoki, w porównaniu do innych pojazdów, udział otoczenia jako przyczyny uszkodzeń (16%). Procentowy udział przyczyn uszkodzeń Audi A6 C5 16% zużycie eksploatacyjne otoczenie 7 wada materiałowa Rys. 3. Przyczyny uszkodzeń w pojazdach Audi A6 Analizując sposób przywracania stanu zdatności funkcjonalnej uszkodzonym pojazdom można stwierdzić, że spośród trzech występujących w trakcie badań rodzajów naprawy uszkodzeń pojazdów najczęściej występującym sposobem była wymiana uszkodzonych elementów na nowe rys. 4. Spośród trzech analizowanych rodzajów skutków uszkodzeń badanych pojazdów ze względu na możliwość realizacji zadania przewozowego najczęściej występującym w okresie badań był brak możliwości realizacji zadań, następnie możliwość realizacji zadań z ograniczonymi wartościami parametrów. Tylko ok. 1 % uszkodzeń nie miało wpływu na realizację zadań przewozowych rys % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 0% 1 wymiana regeneracja regulacja Sposób naprawy 1% Rys. 4. Sposób naprawy uszkodzonych pojazdów 3644

5 Udział procentowy Udział procentowy 55% 60% 50% 4 40% 30% 1% 0% realizacja zadań z ograniczonymi wartościami parametrów brak możliwości realizacji zadań bez wpływu na realizację zadań Skutki uszkodzenia Rys. 5. Skutki uszkodzeń ze względu na możliwość realizacji zadania przewozowego 2.2. Postacie uszkodzeń Do najczęściej występujących postaci uszkodzeń należą: zatarcie, poluzowanie, pęknięcie, rozszczelnienie, rozregulowanie i zwarcie rys % 15% 15% 5% 6% 8% 3% 11% 0% 1% 1% Postać uszkodzenia Rys. 6. Postacie uszkodzeń badanych pojazdów Postacią uszkodzenia w pojazdach marki VW Passat B5 FL, która występowała najczęściej było rozregulowanie (19%), następnie zbliżone udziały procentowe (11-) charakteryzowały takie postacie uszkodzeń jak: wybicie, poluzowanie, pęknięcie, przepalenie, zatarcie oraz zanieczyszczenie rys

6 Postacie uszkodzeń VW Passat B5 FL 11% 11% 11% 19% skruszenie zapchanie przepalenie zwarcie zatarcie rozregulowanie zanieczyszczenie Rys. 7. Postacie uszkodzeń samochodu VW Passat B5 FL W pojazdach marki Mercedes-Benz W210 (rys. 8) najczęstszą postacią uszkodzenia było zatarcie stanowiące 2 postaci uszkodzeń, następnie poluzowanie 16%, pęknięcie, skruszenie, rozregulowanie, wybicie stanowiły ogółu, zwarcie występowało w 8% natomiast przepalenie w. Zbliżone wyniki uzyskano również dla pojazdów Ford Mondeo Mk 3 oraz dla Skoda Octavia I, w których zatarcie oraz poluzowanie występowały równie często. Rozkład postaci uszkodzeń samochodu Audi A6 przedstawiono na rys. 9. Postacie uszkodzeń Mercedes-Benz W210 8% pęknięcie przepalenie skruszenie rozregulowanie 2 poluzowanie zatarcie 16% wybicie Rys. 8. Postacie uszkodzeń samochodu Mercedes-Benz W20 Postacie uszkodzeń Audi A6 rozszczelnienie zwarcie poluzowanie 16% zanieczyszczenie pęknięcie zapchanie 23% rozregulowanie Rys. 9. Postacie uszkodzeń samochodu Audi A6 3646

7 3. ANALIZA USZKODZONYCH ELEMENTÓW BADANYCH POJAZDÓW W pojazdach VW Passat B5 3 wszystkich uszkodzeń stanowiły uszkodzenia podsystemu napędowego. Jedynym z elementów, odpowiedzialnym za odpowiednią pracę jednostki napędowej jest wałek rozrządu. Rys. 10. Nowy (lewa strona rysunku) oraz zużyty wałek rozrządu (opracowanie własne) Rys. 11. Niezużyta (lewa strona rysunku) i zużyta krzywka wałka rozrządu (opracowanie własne) Rys. 12. Nowe (górna część rysunku) oraz zużyte popychacze hydrauliczne (opracowanie własne) Użytkownik pojazdu, w którym doszło do uszkodzenia wałka rozrządu oraz popychaczy hydraulicznych, jako towarzyszące objawy wskazał na brak mocy silnika zauważalny, przede wszystkim, przy wyprzedzaniu oraz przy ruszaniu, zwiększone spalanie o około 1,0 1,5 litra/100km, a także głośną pracę silnika. Wymiana wałka rozrządu nastąpiła po raz pierwszy przy stanie licznika wynoszącym km. Przyczyną uszkodzenia było zużycie eksploatacyjne oraz niedostateczna ilość środka smarnego. Na rys. 10 i 11 widoczne jest zużycie krzywek wałka rozrządu, natomiast na rys. 12 zauważalne są pęknięcia i wgłębienia popychaczy hydraulicznych. 3647

8 WNIOSKI Wyniki przeprowadzonych badań mają charakter zarówno poznawczy jak i utylitarny. Stanowią zasób wiedzy, która może być wykorzystana w praktyce. Na podstawie dokonanej analizy wyników zrealizowanych badań można stwierdzić, że najczęstszą przyczyną uszkodzeń analizowanych pojazdów niezależnie od ich marki i modelu było zużycie eksploatacyjne. Drugą pod względem częstości występowania przyczyną uszkodzeń było oddziaływanie otoczenia, w tym nierówności na drodze. Spośród analizowanych podsystemów podsystem napędowy badanych pojazdów okazał się najbardziej podatny na uszkodzenia, co może być spowodowane specyfiką realizowanych zadań przewozowych. Brak możliwości realizacji zadań był najczęstszym skutkiem występujących uszkodzeń. Świadczyć to może, m.in. o tym, iż występujące uszkodzenia wpływałyby na jakość wykonywanych usług, natomiast jazda z uszkodzonym elementem mogła by powodować poważniejsze konsekwencje, w tym narażać właściciela pojazdu na dodatkowe koszty związane z naprawą. Najczęstszym sposobem naprawy uszkodzeń, była wymiana elementu. Największe koszty na przywrócenie stanu zdatności uszkodzonych pojazdów ponieśli właściciele Audi A6 - wysokie koszty napraw jednostek napędowych, wysoki koszt części zamiennych - natomiast najniższe Mercedesa W210 - uszkodzone elementy tego modelu były najczęściej, spośród badanych pojazdów, poddawane regeneracji. Na podstawie analizy raportów dotyczących niezawodności pojazdów analizowanych typów i roczników, można stwierdzić, iż pojazdami o najniższej częstości uszkodzeń są Ford Mondeo Mk3 oraz Skoda Octavia. Streszeczenie Przedstawiona w pracy problematyka dotyczy zagadnień związanych z analizą uszkodzeń środków transportu oraz ich wpływu na możliwość realizacji zadań transportowych. Przedstawiono wybrane wyniki badań dotyczące między innymi przyczyn, postaci, sposobu naprawy i skutków na realizację zadań przewozowych uszkodzeń zaistniałych w analizowanych środkach transportu drogowego. Na podstawie identyfikacji obiektu badań wybrano pojazdy do badań w sposób losowy spośród marek i modeli środków transportu najczęściej użytkowanych w analizowanym przedsiębiorstwie realizującym zadania przewozowe. Obiektem badań jest ogólnie traktowany system eksploatacji pojazdów. Jako przykład obiektu badań, na którym zilustrowano rozważania podjęte w pracy wybrano przedsiębiorstwo będące tzw. korporacją taksówkarską realizująca zadania transportowe różnymi środkami transportu w wybranej aglomeracji miejskiej. W obiekcie badań najczęściej użytkowanymi pojazdami są samochody osobowe następujących typów (modeli): VW Passat B5 FL, Ford Mondeo Mk3, Mercedes Benz W210, Audi A6 C5 oraz Skoda Octavia I. Wyniki badań przedstawione w opracowaniu dotyczą pojazdów wymienionych modeli Pojazdy są własnością kierowców, świadczących usługi przewozu osób w celach zarobkowych. Analysis of the reasons for and forms of damages of the selected means of transport and their influence on the possibility to perform transport tasks Abstract The problems presented in this paper deal with the issues related to the analysis of damages of the means of transport and their influence on the possibility to perform transport tasks. Selected results of investigations regarding, among other things, the reasons for, nature, method of repair and influence of the damages occurred in the analysed means of road transport on performance of the transport tasks are presented herein. Based on identification of the investigation object the vehicles to be investigated were randomly selected from among the brands and models of means of transport being used most frequently in the analysed enterprise performing transport tasks. The investigation object is a generally defined vehicle utilisation system. As an example of the investigation object, based on which the considerations undertaken in the paper were illustrated, a company being so called taxi corporation performing transport tasks by various means of transport in the selected urban agglomeration 3648

9 was chosen. The most frequently used vehicles in the investigation object are personal cars of the following types (models): VW Passat B5 FL, Ford Mondeo Mk3, Mercedes Benz W210, Audi A6 C5 and Skoda Octavia I. The investigation results presented herein refer to the vehicles of the mentioned models. Those vehicles are the property of the drivers providing passenger transport services for profit purposes. BIBLIOGRAFIA 1. Hebda M., Mazur T., Pelc H., Teoria eksploatacji pojazdów. WKiŁ, Warszawa Hebda M., Mazur T., Podstawy eksploatacji pojazdów samochodów. WKiŁ, Warszawa Landowski B., Chabowski Ł., Analiza wybranych charakterystyk uszkodzeń środków transportu. Studia i Materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą, Tom 46, Polskie Stowarzyszenie Zarządzania Wiedzą, Bydgoszcz 2011, ISSN X, pp Landowski B., Example of applying markov decision process to model vehicle maintenance process. Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 20, No. 4, 2013, European Science Society of Powertrain and Transport Publication, Warsaw 2013, ISSN , pp Landowski B., Example of markov decision process use for modelling of operation and maintenance process. Interdisciplinary Integration of Science in Technology, Education and Economy. Monograph: edited by Shalapko J. and Żółtowski B. Khmelnytsky National University, Jaremche 2013, Ukraine, ISBN , pp Landowski B., Metoda oceny informatycznych systemów wspomagających służby utrzymania ruchu. Studia i Materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą, Tom 46, Polskie Stowarzyszenie Zarządzania Wiedzą, Bydgoszcz 2011, ISSN X, pp Landowski B., Woropay M., Neubauer A., Sterowanie niezawodnością w systemach transportowych. Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Bydgoszcz Radom Lesiński S., Jakość i niezawodność. Wydawnictwo Uczelniane ATR w Bydgoszczy, Bydgoszczy Leszczyński J., Modelowanie systemów i procesów transportowych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa Niziński S., Eksploatacja obiektów technicznych. ITeE, Radom Niziński S., Michalski R., Diagnostyka obiektów technicznych. ITeE, Radom Woropay M., Budzyński A., Migawa K., Podstawy badań eksploatacyjnych wybranych elementów maszyn. Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, Bydgoszcz Woropay M., Landowski B., Jaskulski Z., Wybrane problemy eksploatacji i zarządzania systemami technicznymi. Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, Bydgoszcz