Metoda oceny wybranych w aêciwoêci

Transkrypt

1 Metoda oceny wybranych w aêciwoêci na podstawie badaƒ przebiegowych Assessment of method chosen mechanical performances of high mobility wheeled vehicle within proving ground tests MARIUSZ KOSOBUDZKI MARIUSZ STA CO Streszczenie: W artykule scharakteryzowano sposób oceny wybranych w aêciwoêci mechanicznych pojazdu wysokiej mobilnoêci na podstawie badaƒ przebiegowych. Przedstawiono wymagania techniczne stawiane pojazdom tego typu przez Si y Zbrojne RP oraz stosowane metody badaƒ majàcych na celu potwierdzenie ich spe nienia na podstawie badaƒ przebiegowych, uwzgl dniajàc wskazówki zawarte w normach i standardach ró nych paƒstw i organizacji mi dzynarodowych. S owa kluczowe: badania przebiegowe, profil eksploatacji, ustrój noêny, pojazd wysokiej mobilnoêci Abstract: The problem of assessing the selected mechanical performances of high mobility wheeled vehicles within proving ground tests is presented in the paper. The technical requirements defined by the Polish Armed Forces dedicated to this sort of vehicles were assessed and some hints included in various norms and standards as well. Keywords: proving ground tests, maintenance profile, underframe, high mobility vehicle Decyzja o przyj ciu do eksploatacji obiektu technicznego jest z o ona i zawsze powinna byç poprzedzona m.in. analizà potrzeb w asnych oraz struktury osobowej i technicznej posiadanego zaplecza eksploatacyjnego [1]. Decyzje podj te na wst pnym etapie cyklu ycia obiektu technicznego majà zasadniczy wp yw na póêniejsze koszty eksploatacji, które stanowià ok % wszystkich kosztów [2]. Mi dzy innymi z tego powodu przedstawienie wymaganych w aêciwoêci mechanicznych pozyskiwanego obiektu technicznego nastr cza wielu problemów, które mo na umownie podzieliç na dwie grupy. Pierwszà z nich stanowi samo zdefiniowanie wymagaƒ koniecznych, które obiekt powinien spe niaç, a drugà wskazanie sposobów i metod wykorzystywanych przy ocenie zgodnoêci obiektu ze stawianymi mu wymaganiami. Problem ten nabiera szczególnego znaczenia, kiedy rozpatrujemy wyroby, których eksploatacja s u yç ma szeroko rozumianemu bezpieczeƒstwu. Przyk adem takich obiektów sà pojazdy wysokiej mobilnoêci, zarówno jako Êrodki transportowe w logistyce wojskowej, jak i w wersjach specjalnych pododdzia ów bojowych, które sà eksploatowane w Si ach Zbrojnych RP. Pojazdy te powstajà przy za o eniu bardzo ma ego prawdopodobieƒstwa Mariusz Kosobudzki Wy sza Szko a Oficerska Wojsk Làdowych, ul. P. Czajkowskiego 109, Wroc aw, m.kosobudzki@wso.wroc.pl; dr in. Mariusz Staƒco Politechnika Wroc awska, ul. Wybrze e S. Wyspiaƒskiego 27, Wroc aw, mariusz.stanco@pwr.wroc.pl. wystàpienia uszkodzenia eksploatacyjnego, zazwyczaj poni ej 5%, oraz du ej wytrzyma oêci mechanicznej g ównych zespo ów (zw aszcza wytrzyma- oêci zm czeniowej), co przek ada si w efekcie na wymaganà trwa oêç pojazdu [3]. Zbiór zdefiniowanych w aêciwoêci mechanicznych przedstawia si we Wst pnych Za o eniach Taktyczno-Technicznych (WZTT). Zawierajà one szczegó owà list wymagaƒ oraz sposobów oceny zgodnoêci wyrobu z wymaganiami. W aêciwoêci mechaniczne Pojazdy nale àce do tej grupy muszà spe niaç ogólne wymagania zawarte w normie obronnej [4], która uzupe nia wymagania przedstawione w rozporzàdzeniu [5] dla pojazdów terenowych (wysokiej mobilnoêci), oznaczanych zgodnie z postanowieniami zapisów homologacji typu pojazdu literà G. Pojazdy te, szczególnie z zabudowà specjalnà, pe nià wa nà funkcj w systemie bezpieczeƒstwa paƒstwa, a ze wzgl du na specyfik wykorzystywanych rozwiàzaƒ konstrukcyjnych, majàcych wp yw na wysokà cen jednostkowà, planowane sà do eksploatacji na okres lat. Pojazdy te àczà cechy samochodów osobowych i ci arowych, co jest mo liwe m.in. dzi ki przyj ciu specjalnej budowy ustroju noênego [6]. Ponadto wymaga si od tej klasy pojazdów zapewnienia odpowiedniego poziomu komfortu jazdy przewo onych osób [7, 8]. 32

2 MobilnoÊç jest zdolnoêcià przemieszczania si w ka dych warunkach drogowych i terenowych, przewidzianych w Koncepcji Wykorzystania Operacyjnego, która zawiera profil eksploatacji pojazdu [9]. ZdolnoÊci te zale à od: charakterystyki silnika i uk adu nap dowego, charakterystyki uk adu jezdnego, charakterystyki zawieszenia, rozk adu mas i wymiarów geometrycznych podwozia i zabudowy pojazdu, mo liwoêci wykorzystania dodatkowego wyposa enia, np. wyciàgarki. Ocena mobilnoêci konkretnego pojazdu jest z o- ona, a dodatkowa trudnoêç wynika równie z tego, e polskie uregulowania prawne w tym zakresie ograniczajà si do wskazania niezb dnego wyposa- enia pojazdu, a nie odnoszà si bezpoêrednio do samej zdolnoêci przekraczania trudnego terenu [10]. W opublikowanych wymaganiach dla pojazdów wysokiej mobilnoêci, np. [11 13], mo na wyszczególniç wymagania dotyczàce cech: u ytkowych (m.in. mobilnoêç, podatnoêç eksploatacyjna, komfort, ergonomia, rodzaj wyposa- enia), konstrukcyjnych (m.in. silnik, uk ad nap dowy, jezdny, hamulcowy, kierowniczy, adownoêç, wymiary, masy), jakoêciowych (m.in. odpornoêç na czynniki Êrodowiskowe, niezawodnoêç). Do ka dego z wymagaƒ podaje si sposób oceny zgodnoêci, którym mo e byç [14]: deklaracja producenta, badania w asne odbiorcy, badania wykonane przez jednostk certyfikujàcà. Bioràc pod uwag oczekiwany zasób pracy oraz docelowà norm eksploatacji zawartà w WZTT, np. na samochód [12], co zosta o przedstawione w tab. I, mo na zauwa yç, e osiàgni cie tych za o eƒ jest mo liwe, kiedy pojazd ma odpowiednio du y po- TABELA I. Wybrane wymagania niezawodnoêciowe zawarte w WZTT [12] Zasób pracy, lata/km Wskaênik MTBF, mtg 30/380 tys tencja eksploatacyjny oraz kiedy jego eksploatacja jest racjonalna i Êwiadoma, tzn. scharakteryzowany jest wp yw warunków eksploatacji na spadek potencja u eksploatacyjnego pojazdu. Podstawowe dane do zarzàdzania eksploatacjà pojazdów zdobywa si podczas badaƒ laboratoryjnych jego zespo ów oraz w ramach badaƒ przebiegowych ca ego pojazdu. W badaniach laboratoryjnych symuluje si obcià- enia oddzia ujàce na pojedynczy zespó lub kilka zespo ów, sprawdzajàc, czy za o enia poczàtkowe sà spe nione, wykorzystujàc coraz cz Êciej oprogramowanie do wirtualnego prototypowania. Dodatkowo prowadzi si badania fizyczne gotowych zespo- ów. Opierajàc si na obowiàzujàcych standardach [15 17] i normach [9, 18], mo na dokonaç podzia u badaƒ na dwie grupy: badania okreêlajàce wytrzyma oêç zespo u na wybrany rodzaj obcià enia, badania oceniajàce, czy wymagana wytrzyma oêç jest osiàgni ta. Ca oêciowe badania pojazdu prowadzi si w ramach testów przebiegowych, gdzie symuluje si przewidywane obcià enia za pomocà odpowiednio dobranych drogowych odcinków pomiarowych, przeszkód terenowych, zmian temperatur, wilgotnoêci itp. Wynikiem takich badaƒ jest stwierdzenie, czy pojazd spe nia za o enia, czy nie. Eksperymenty te majà jednak liczne ograniczenia; za najwa niejsze mo na uznaç czasoch onnoêç, co przek ada si na koszty badaƒ oraz zale noêç wyniku testu od doboru rodzaju obcià eƒ. Pewnà obiektywizacj wyników osiàga si przez stosowanie standaryzowanych testów, gdzie ustala si charakterystyk odcinków Rys. 1. Tarka (washboard) Rys. 2. Droga górska (embedded rock) 33

3 TABELA II. Przyk ad modelu profilu eksploatacji wykorzystywanego w badaniach przebiegowych pojazdu Suma przejechanych kilometrów w teêcie: 1600 Kategoria dróg % Zasi g, Pr dkoêç maks., Pr dkoêç Êr., Rodzaj % Zasi g, Pr dkoêç maks., Pr dkoêç Êr., km km/h km/h nawierzchni km km/h km/h Drogi g ówne asfalt, beton Razem Drogi asfalt, drugorz dne beton szutrowa brukowana górska tarka skr cajàca tarka Razem Bezdro e bezdro e górska tarka skr cajàca tarka Razem Rys. 3. Droga brukowana (Belgian block, cobblestone) Rys. 4. Tarka skr cajàca (radial washboard) drogowych, pr dkoêci jazdy i udzia procentowy d ugoêci odcinków w ca ym badaniu. Przyk ady nawierzchni odcinków standardowych oraz przyk ad modelu eksploatacji [15] przedstawiono na rys. 1 4 i w tab. II. WielkoÊciami mierzonymi w testach drogowych sà przede wszystkim przyspieszenia, pr dkoêci i przemieszczenia wywo ane obcià eniami losowymi, które wykorzystywane sà do sporzàdzenia widma obcià enia i porównywania z widmem bazowym. Ponadto analizuje si wyst powanie rezonansów zespo ów pojazdu poddawanych obcià eniom eksploatacyjnym oraz o charakterze udarowym [15, 17, 18]. Rejestruje si równie ró nego rodzaju zdarzenia (awarie, usterki itp.) oraz analizuje si przyczyny ich powstawania, wykorzystujàc ró ne metody, np. FMEA. Przedstawiona struktura testów drogowych ma charakter testu oceniajàcego i nie daje odpowiedzi na kluczowe pytanie, jak rodzaj nawierzchni drogi i pr dkoêç jazdy wp ywa na spadek potencja u eksploatacyjnego pojazdu? 34

4 Rys. 5. Algorytm metody szacowania trwa oêci ustroju noênego Metoda szacowania trwa oêci Potencja eksploatacyjny pojazdu mo na uto samiaç z wytrzyma oêcià jego kluczowych zespo ów, co jest zgodne ze wskazówkami zawartymi w normie [9], która mówi, e w przypadku obiektów z o onych nale y wskazaç zespó (zespo y) krytyczny oraz ustaliç dla niego (dla nich) parametry graniczne. W przypadku pojazdów wysokiej mobilnoêci zespo em krytycznym jest jego ustrój noêny, który jak pokazujà badania, poddawany jest podczas jazdy g ównie skr caniu [19], z czego wynika wniosek, e powinien byç odpowiednio wytrzyma y zm czeniowo. Do poêredniego szacowania trwa oêci pojazdu mo na wykorzystaç metod, której algorytm przedstawiono na rys. 5 [20]. Przy wykorzystaniu wyskalowanego uk adu pomiarowego przedstawionego schematycznie na rys. 6 Rys. 6. Uk ad pomiarowy (P miejsca zainstalowania czujników przyspieszeƒ) 35

5 Rys. 7. Model MES ustroju noênego z widocznymi warstwicami napr eƒ wywo anymi jego skr ceniem wyznaczane jest wypadkowe przyspieszenie koƒców pod u nic ustroju noênego pojazdu odpowiadajàce jego skr ceniu wed ug zale noêci: α wyp = α PP α PT + α LT α LP gdzie: PP, PT, LT, LP odpowiednio prawy przód, prawy ty, lewy ty, lewy przód Nast pnie wykonywane jest podwójne ca kowanie widmowe, pozwalajàce wyznaczyç wypadkowe przemieszczenie koƒców pod u nic. Majàc dostrojony model MES [21] ustroju noênego, mo na przejêç z pola przemieszczeƒ na pole napr eƒ wyst pujàcych w dowolnym jego punkcie, co zosta o pokazane na rys. 7. Za pomocà transformacji Fouriera otrzymywana jest funkcja g stoêci widmowej mocy napr enia. Dla wyznaczonej funkcji oblicza si g stoêç prawdopodobieƒstwa amplitudy napr enia, co odpowiada cyklom napr enia. Do ich zliczenia mo na wykorzystaç np. metod rainflow, a wynik zliczania potraktowaç jako dane wejêciowe do hipotezy kumulacji uszkodzeƒ (np. Palmgrena-Minera), co pozwala wyznaczyç szacunkowy spadek potencja u eksploatacyjnego w odniesieniu do rodzaju nawierzchni drogi i rzeczywistych warunków ruchu. Wnioski koƒcowe Przedstawiona metoda pozwala pozyskaç dane potrzebne do racjonalnego zarzàdzania eksploatacjà pojazdów wysokiej mobilnoêci, wià àc spadek potencja u eksploatacyjnego z rzeczywistymi warunkami ruchu (rodzaj nawierzchni, pr dkoêç jazdy, umiej tnoêci kierowcy itp.). Proces szacowania spadku trwa oêci ustroju noênego atwo mo na zautomatyzowaç i w ten sposób stworzyç uk ad on-line Êledzenia dyspozycyjnej wytrzyma oêci ustroju noênego, a poêrednio ca ego pojazdu. LITERATURA 1. Decyzja nr 28/MON w sprawie systemu pozyskiwania, eksploatacji i wycofywania uzbrojenia i sprz tu wojskowego Si Zbrojnych RP. MON, Polska, Kowalski K., Wojciechowski P.: Model cyklu ycia systemów uzbrojenia w Si ach Zbrojnych RP [w:] V Sympozjum Naukowo-Techniczne EKSPLOLOG 2012, Zamek Czocha, Lee Y.-L., Pan J., Hathaway R., Barkey M.: Fatigue testing and analysing. Theory and practice. Butterworth-Heinemann: Elsevier, NO-23-A200 Wojskowe pojazdy samochodowe. Samochody wysokiej mobilnoêci. Wymagania. MON, Polska, Rozporzàdzenie w sprawie homologacji typu pojazdów samochodowych i przyczep. Dz.U. nr 238, poz. 2010, Kosobudzki M., Jamroziak K.: Budowa ustrojów noênych i zawieszeƒ samochodów ci arowo-osobowych wysokiej mobilnoêci Si Zbrojnych RP. Zeszyty Naukowe WSOWL, pp , 2(152)/ Bocian M., Jamroziak K., Kosobudzki M., Smolnicki T.: Ocena warunków transportu o nierzy samochodami ci - arowo-osobowymi wysokiej mobilnoêci na podstawie danych akcelerometrycznych. WSOWL, Wroc aw Jamroziak K., Kosobudzki M., Ptak J.: Assessment of the comfort of passenger transport in special purpose vehicle. Maintenance and Reliability, 15(1)2013, pp NO-06-A105 Uzbrojenie i sprz t wojskowy. Ogólne wymagania techniczne, metody kontroli i badaƒ. Ogólne zasady badaƒ oraz odbioru prototypów i urzàdzeƒ produkowanych seryjnie. MON, Polska, Dàbrowska A., opatka M. J., Rubiec A.: Specyfika wymuszeƒ oddzia ywujàcych na zawieszenie in ynieryjnego robota wsparcia. Logistyka, 6/2011, pp Wst pne Za o enia Taktyczno-Techniczne na samochód o podwy szonej odpornoêci na IED, miny i pociski karabinowe. MON, Wst pne Za o enia Taktyczno-Techniczne na samochód Êredniej adownoêci wysokiej mobilnoêci. MON, Polska, Wst pne Za o enia Taktyczno-Techniczne na ci ki ko owy pojazd ewakuacji i ratownictwa technicznego, MON, Polska Ustawa o systemie oceny zgodnoêci wyrobów przeznaczonych na potrzeby obronnoêci i bezpieczeƒstwa paƒstwa. Dz.U. nr 237, poz. 1700, MIL-STD-810G. Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests. Departament of Defense, USA, AECTP-100. Environmental Guidelines for Defence Materiel. NATO-Allied Environmental Conditions and Test Publication, Defence Standard Environmental Handbook for Defence Materiel. Ministry of Defence, UK, NO-06-A107. Uzbrojenie i sprz t wojskowy. Ogólne wymagania techniczne, metody kontroli i badaƒ. Metody badaƒ odpornoêci ca kowitej na dzia anie czynników Êrodowiskowych. MON, Polska, Kosobudzki M.: Skr canie ustroju noênego samochodu ci arowo-osobowego wysokiej mobilnoêci podczas jazdy w zró nicowanym terenie. Zeszyty Naukowe WSOWL, 4(158)/2010, pp Kosobudzki M.: Metoda szacowania trwa oêci ustroju noênego. Rozprawa doktorska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Wroc aw, Rusiƒski E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowana metoda elementów skoƒczonych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc awskiej, Wroc aw