Niezawodność eksploatacyjna środków transportu
Niezawodność obiektów eksploatacji Niezawodność i trwałość obiektów eksploatacji Niezawodność obiektu (środka transportu) jest to jego zdolność do zachowania istotnych właściwości w dopuszczalnych granicach, w określonych warunkach istnienia obiektu, w ciągu określonego czasu. Zatem niezawodność obiektu jest to prawdopodobieństwo spełnienia przez obiekt stawianych mu wymagań. Teoria niezawodności jest nauką, która zajmuje się zapobieganiem powstawania uszkodzeń, a tym samym zmniejszeniem ich skutków. Zajmuje się metodami syntezy i analizy oraz badań niezawodności systemów technicznych na etapie projektowania, wytwarzania i eksploatacji. Problematyka teorii niezawodności obejmuje nie tylko techniczne aspekty istnienia i funkcjonowania urządzeń. W fazie tworzenia systemów, organizowania ich eksploatacji i sposobu odnowy, pojawiają się problemy oceny efektywności różnych możliwych rozwiązań i wyboru wariantu najlepszego z punktu widzenia celu, któremu ma on służyć.
Obok wskaźników technicznych, określających jakość i niezawodność działania systemu, należy uwzględnić ekonomiczną stronę rozwiązania - oczekiwany dochód z systemu, koszty z nim związane, ewentualne straty z powodu przestoju. Badania niezawodności mają głównie na celu opracowanie sposobów postępowania prowadzących do budowy układów, charakteryzujących się możliwie największą niezawodnością w aktualnych warunkach eksploatacji. Realizacja tego celu wymaga określenia ilościowych miar niezawodności, opracowania metod przeprowadzania badań i oceny niezawodności, znalezienia sposobów wykrywania przyczyn powodujących uszkodzenia, zbadania możliwości usuwania tych przyczyn lub zmniejszenia ich intensywności, zapobiegania uszkodzeniom przez stosowne procedury obsługowe.
Kształtowanie niezawodności maszyn jest możliwe przez realizację następujących celów: - uwzględnienie trwałości i niezawodności zespołów w konstruowaniu i technologii wytwarzania, - wdrożenie programów i metod badań eksploatacyjnych trwałości i niezawodności oraz ustalenie stanów granicznych w celu wykrycia słabych ogniw, - wprowadzenie metod i kryteriów oceny technicznej i ekonomicznej trwałości i niezawodności maszyn. Realizacja tych celów winna doprowadzić do zwiększenia efektywności układów, ich gotowości i zdolności eksploatacyjnych, zmniejszenia kosztów eksploatacji, w tym kosztów użytkowania, obsługiwań technicznych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.
W systemie badań niezawodności obiektów mechanicznych stosowane są metody: badań modelowych, w tym badań symulacyjnych, badań stanowiskowych, badań eksploatacyjnych (statystycznych i programowanych), badań eksploatacyjno-stanowiskowych. W eksploatacji obiektów technicznych uszkodzenia występują w sposób przypadkowy. Uszkodzeniami są zdarzenia losowe powodujące przejście obiektu ze stanu zdatności w stan niezdatności podczas pracy, podczas postoju lub przechowywania.
Przypadkowe uszkodzenia powodują poważne komplikacje w procesie użytkowania obiektów technicznych, lecz nie muszą eliminować obiektów technicznych z dalszej eksploatacji pod warunkiem usunięcia uszkodzenia czyli naprawy. Konieczność wykonywania napraw powoduje, że musimy przechowywać elementy, części zamienne lub całe urządzenia. Pojęciem powiązanym z niezawodnością jest trwałość obiektu. Trwałość określana jest jako zdolność obiektu do zachowywania w czasie eksploatacji wymaganych własności w określonych granicach przy ustalonych warunkach użytkowania. Trwałość obiektu limituje niezawodność jego działania.
Zmiany własności obiektu technicznego, po których co najmniej jedna z jego cech nie odpowiada własnościom, których spełnienie konieczne jest do prawidłowego działania nazywamy uszkodzeniem i definiuje się je jako utratę zdatności. Zdatność określa zdolność obiektu do wykonywania funkcji wyznaczonych przez dokumentację techniczną. Badania niezawodnościowe pozwalają ustalić słabe ogniwa obiektu, a więc te elementy, które należy diagnozować w pierwszej kolejności. Umożliwiają także ustalenie średniego czasu właściwej pracy między kolejnymi uszkodzeniami, które są przybliżonymi terminami diagnozowania obiektów technicznych. Zespół czynności doprowadzający obiekt uszkodzony do stanu zdatności nazywamy odnową. Odnowa ma na celu przywrócenie cechom charakteryzującym dany obiekt własności początkowych lub wartości do nich zbliżonych.
Zmiana własności obiektu technicznego
Analiza niezawodności obiektów technicznych Im bardziej złożone obiekty, tym bardziej odpowiedzialne spełniają funkcje i zależy nam na niezawodnym ich działaniu. Wyższa niezawodność obiektu powoduje mniejszą liczbę jego napraw, przez co eksploatacja obiektu jest tańsza. Może się zdarzyć, że obiekt posiada wysoką niezawodność, ale jednocześnie ma niskie wskaźniki techniczne. W sytuacji odwrotnej, gdy ma niską niezawodność a wysokie wskaźniki techniczne, to tracą one swoje znaczenie praktyczne, gdyż nie będą wykorzystywane. Przy projektowaniu maszyn i urządzeń uwzględniając wymagania niezawodnościowe należy działać w trzech etapach: 1 porównanie i analiza niezawodności znanych konstrukcji i wybór wariantu, 2 zakończenie analizy niezawodności wariantu konstrukcji oraz budowa prototypu! 3 badanie prototypu i porównanie z analizą wykonaną w punkcie 2 ( rzeczywiste wartości obciążeń można zmierzyć w prototypie).
W złożonych obiektach technicznych wyróżniamy następujące struktury niezawodnościowe: - szeregową (rys. 1), w której obiekt jest w stanie zdatności, gdy wszystkie elementy są w stanie zdatności, - równoległą (rys. 2), w której obiekt jest w stanie zdatności, gdy choć jeden element jest w stanie zdatności. - szeregowo-równoległą (rys. 3), za pomocą której można eliminować słabe ogniwo. Obiekt jest uszkodzony, gdy wszystkie jego elementy są uszkodzone.
Rys.1 Szeregowa struktura niezawodnościowa
Rys.2 Równoległa struktura niezawodnościowa
Rys.3 Szeregowo równoległa struktura niezawodnościowa
Główne czynniki wpływające na trwałość środka transportu można ująć w następujące grupy: Indywidualne predyspozycje, umiejętności i przygotowanie oraz świadomość techniczna kierującego, nazywana sposobem użytkowania środka transportu, Wykształcenie i świadomość techniczna personelu obsługującego oraz wyposażenie techniczne stacji obsługi, Warunki ruchu środka transportu oraz jego obciążenie, określone jako charakter eksploatacji, Warunki drogowe, Warunki klimatyczne, zależne od umiejscowienia geograficznego wykonywanych zadań transportowych
Wpływ warunków użytkowania środka transportu na jego trwałość > Sposób użytkowania środków transportu: - Kawaleryjska jazda, - Sposób wykorzystania sprzęgła, - Ręka na dźwigni zmiany biegów, - Duża prędkość przejazdu przez wyboje, - Obciążanie całkowite samochodu, - Sposób mocowania i rozmieszczenia ładunku, - Ciśnienie w ogumieniu, - Właściwe przełożenie skrzyni biegów,
Techniczne wyposażenie stacji obsługi i kwalifikacje personelu obsługującego Podstawowe zadania personelu technicznego stacji obsługowo naprawczej: - Przygotowanie i utrzymanie pomieszczeń i stanowisk pracy, oraz wyposażenie ich w odpowiednie narzędzia, przyrządy pomiarowe itp., - Prawidłowa pod względem asortymentu i dostawy gospodarka częściami zamiennymi, - Gromadzenie dokumentacji wymaganej do sprawnego funkcjonowania stacji, - Ciągłe podnoszenie kwalifikacji i racjonalizacja organizacji pracy
- Opracowanie planów czynności obsługiwania technicznego pojazdów oraz przestrzeganie założonych harmonogramów i dokładna ich realizacja (dotyczy głównie stacji obsługi przedsiębiorstw transportowych) W zakresie technicznym i technologicznym do zadań personelu należy: - Wykonywanie czynności obsługowych i naprawczych o charakterze awaryjnym i losowym, - Likwidację wszelkich niedomagań obsługiwanego sprzętu, stwierdzonych podczas przeglądów oraz zgłaszanych przez kierowców lub użytkowników pojazdów, - Eliminowanie wszelkich czynników powodujących przyspieszenie procesów zużywania się zespołów (w myśl zasady: usuń skutek oraz przyczynę),
- Zapewnienie odpowiednio wysokiej jakości i fachowości realizowanych zadań obsługowo naprawczych, - Przeprowadzenie badania kontrolnego stanu technicznego pojazdu po wykonaniu czynności obsługowo naprawczych, a przed przekazaniem pojazdu do dalszej eksploatacji. Miarą fachowości i odpowiedzialności personelu technicznego stacji obsługowo naprawczej jest współczynnik gotowości technicznej. Współczynnikiem gotowości technicznej pojazdu jest stosunek liczby dni, w których pojazd jest sprawny technicznie do liczby dni w rozpatrywanym okresie (miesiąc, kwartał, rok).
Charakter eksploatacji Należy tutaj rozumieć warunki ruchu pojazdu, takie jak częstość hamowania, liczba zatrzymań, rozpędzanie pojazdu, prędkość jazdy, liczba rozruchów silnika, sposób rozpoczęcia jazdy po długim postoju pojazdu, sposób zatrzymania silnika. Przebiegi międzynaprawcze samochodów eksploatowanych w warunkach ruchu miejskiego są zdecydowanie krótsze niż eksploatowanych w systemie pracy pozamiejskiej. Jeden rozruch silnika w zależności od temperatury otoczenia to zużycie gładzi cylindrów odpowiadające przebiegowi pojazdu od 50 do 500 km.
> Samochód dostawczy rozwożący pieczywo do sklepów pokonuje np. 45 km, podczas gdy rzeczywiste zużycie silnika odpowiada (np. przy 20 rozruchach licząc średnie zużycie silnika np. 150 km/rozruch) 3000 przejechanych km. > Częstym błędem jest np. nadawanie dużej prędkości obrotowej zaraz po jego uruchomieniu lub dłuższa praca zimnego silnika na biegu jałowym. > Najmniejsze zużycie zimnego silnika można osiągnąć rozpoczynając jazdę po kilkudziesięciu sekundach pracy silnika i kontynuowanie jej bez osiągania dużych prędkości obrotowych aż do osiągnięcia normalnej temperatury pracy silnika ( generalnie na odcinku 3-7 km w zależności od temp. zewnętrznej)
Wpływ temperatury otoczenia na czas dopływu oleju klasy lepkości15w/40 do węzłów współpracy w fazie rozruchu silnika.
Warunki drogowe: - Profil drogi, - Rodzaj nawierzchni, - Stan tej nawierzchni, - Zastaną aktualnie sytuację na drodze, - Zwężenie jezdni, Wszystkie te czynniki prowadza do zwiększenia liczby hamowań, częstą zmianę przełożeń w skrzyni biegów, pracę silnika z nieustalonymi prędkościami obrotowymi, zwiększenie obciążeń układu przeniesienia napędu i zawieszenia.
Zmniejsza się również ekonomiczność realizowanego zadania przewozowego: Zwiększenie zużycia paliwa, w związku ze zwiększeniem współczynnika oporów toczenia kół. Gdy koła toczą się po miękkiej nawierzchni lecz bez nierówności, zużycie opon jest mniejsze niż w przypadku eksploatacji pojazdu na nierównej niezależnie miękkiej czy twardej nawierzchni. Wynika to z konieczności unoszenia się kół w chwili przejeżdżania przez te nierówności
Warunki klimatyczne: - Temperatura otoczenia, zarówno występującą w trakcie wykonywania zadania przewozowego jak i średnie roczne warunki tego parametru - Kierunek i siła wiejących wiatrów, - Ilość opadów deszczu i śniegu.