Оптимизация вероятности безотказной работы стрелы одноковшового экскаватора
Аннотация
Оптимизация вероятности безотказной работы (ВБР) для заданного усталостного ресурса стрелы как базовой детали одноковшового экскаватора, является важной экономической задачей.
Оптимальное значение ВБР может быть получено в результате рассмотрения различных вариантов изготовления стрелы экскаватора.
Таким образом при вероятности безотказной работы Р=0,999 за 20 тыс. часов, оптимальным вариантом является конструкция из стали 15ХСНД с толщиной стенки 12 мм.
Ключевые слова: оптимизация, ресурс, стрела, одноковшовый экскаватор.Ключевые слова:
05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины
Оптимизация вероятности безотказной работы (ВБР) для заданного усталостного ресурса стрелы как базовой детали одноковшового экскаватора, является важной экономической задачей [1].
Оптимальное значение ВБР может быть получено в результате рассмотрения различных вариантов изготовления стрелы экскаватора.
В качестве возможных вариантов, связанных с изменением прочностных характеристик и действующего напряжения в опасном сечении стрелы, предлагается:
- Увеличение толщины стенки стрелы (с 10 на12 мм).
- Изменение марки стали (со Ст3 на 09Г2Сили 15ХСНД).
В связи с этим рассмотрено 6 вариантов изготовления детали (табл. 1).
Таблица 1
Возможные варианты изготовления стрелы одноковшового экскаватора
|
№ варианта |
Марка стали |
Толщина стенки, мм |
|
1 |
Ст3 |
10 |
|
2 |
Ст3 |
12 |
|
3 |
09Г2С |
10 |
|
4 |
09Г2С |
12 |
|
5 |
15ХСНД |
10 |
|
6 |
15ХСНД |
12 |
Для разных вариантов изготовления стрелы одноковшового экскаватора рассчитана величина удельных затрат как отношение суммарных затрат на изготовление (цена) стрелы и эксплуатационных затрат к объему разработанного одноковшовым экскаватором грунта. Учитывая, что объем разработанного грунта как произведение технической производительности на ресурс экскаватора (в том числе и стрелы) принимается детерминированной величиной, то рассматривается изменение только суммарных затрат (не удельных), в зависимости от вариантов изготовления стрелы одноковшового экскаватора [1].
Суммарные затраты, связанные только с устранением отказов
где 
- затраты на приобретение (цена) детали;
- затраты, связанные с отказами i-й детали
где 
- затраты, связанные с одним отказом i-й детали;
- среднее количество отказов i-й детали за ресурс Тр.
где 
- затраты на устранение одного отказа (поиск отказа, разборка, сборка детали);
- затраты на приобретение одной запасной части;
- ущерб от простоя машины, а также машин, работающих с ней в общем комплексе, из-за одного отказа детали
Где
– суммарный ущерб от простоя всех машин учавствующих в работе,
суммарные затраты
где Цсi – i-я цена стрелы.
Моделирование ресурса Тр проводилось в соответствии с [2]. Полученные значения минимального ресурса Трmin, вероятности безотказной работы (ВБР) Pi, цена детали Цсi, суммарные затраты Зрi приведены в табл.2.
Таблица 2
Значения вероятности безотказной работы стрелы за 20тыс.ч. Pi, цена стрелы Цci, суммарные затраты Зрii
|
№ варианта |
Pi |
Цсi, руб |
Зрi, руб |
Зсумi, руб |
|
1 |
0,048 |
96000 |
148477,4704 |
244477,5 |
|
2 |
0,196 |
120000 |
146381,8713 |
266381,9 |
|
3 |
5 |
136000 |
88847,08117 |
224847,1 |
|
4 |
0,745 |
166000 |
57994,78036 |
223994,8 |
|
5 |
0,855 |
188000 |
36469,69869 |
224469,7 |
|
6 |
0,99999 |
230000 |
13982,28045 |
243982,3 |
По данным табл.2 построен график оптимизации ВБР за ресурс стрелы 20 тыс.часов (зависимости цены стрелы Цс, затрат, связанных с устранением отказов Зр, и суммарных затрат Зсум ): а) – интервал вероятности 0 – 1,0; б) – интервал вероятности 0,99-0,95 (рис.1)
Рис.2. Оптимизация ВБР за ресурс стрелы 20 тыс.часов (зависимости цены стрелы Цс, затрат, связанных с устранением отказов Зр, и суммарных затрат Зсум ): а) – интервал вероятности 0 – 10; б) – интервал вероятности 0,99-0,95
Таким образом при вероятности безотказной работы Р=0,999 за 20 тыс.часов, оптимальным вариантом является конструкция из стали 15ХСНД с толщиной стенки 12 мм.
Список литературы:
1.Касьянов В.Е. Методика и результаты оптимизации при повышении безотказности серийных одноковшовых экскаваторов / Рост. инж. строит. ин-т. – Ростов – на – Дону. 1980. – 16с. – Деп. в ЦНИИТЭ. строймаше. 5.08.80 №216
2. Зайцева М.М., Котесова А.А., Котесов А.А. Анализ вариантов изготовления стрелы одноковшового экскаватора ; Рост. гос. строит. ун-т. – Ростов-на-Дону, 2011. –7 с.: ил. – Библиогр. 5 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ, № 07.04.2011 №164 – В2011