Расчет эффективности затрат на поддержание оптимальной величины критерия качества РП

2. Расчет эффективности затрат на поддержание оптимальной величины критерия качества РП

Экономическая эффективность внедрения методики и конструкторских разработок для оптимизации характеристик и состояния рулевого привода по критериям эксплуатационных свойств обусловлена улучшением управляемости и курсовой устойчивости автомобиля, что снижает утомляемость водителя и повышает безопасность дорожного движения.

Реальный экономический эффект достигается за счёт уменьшения эксплуатационных затрат на шины и топливо путём снижения сопротивления качению, а также повышения эффективности и качества технического обслуживания рулевого управления и переднего моста, культуры производства и расширения номенклатуры выполняемых работ по техническому обслуживанию автомобилей.

Кроме того, применение расчётной методики позволяет сократить сроки и затраты на конструкторско-экспериментальные работы в процессе проектирования и доводки автомобиля.

Однако, для поддержания заданного уровня эксплуатационного состояния рулевого привода необходимы затраты. В этой связи целесообразно определение оптимальной величины критерия качества РП, обеспечивающего с одной стороны повышение эффективности работы автомобиля за счёт улучшения и поддержания заданного уровня его эксплуатационных свойств, а с другой стороны – снижение удельных издержек на устранение последствий отказа подвижных сопряжений РП и затрат на выполнение контрольно-регулировочных и профилактичес – ких работ.

Для достижения этой цели был исследован процесс изменения эксплуатационного состояния рулевого привода, вызванного нарушением начальной величины схождения управляемых колёс и отказом подвижных сопряжений, путём статистического моделирования методом Монте-Карло с использованием рекомендаций работы Михлина B. [4] Случайные величины интенсивности изменения схождения воспроизводились на ЭВМ «ЕС-1020» в соответствии с экспоненциальным законом распределения, параметры которого определены в экспериментальной части.

Блок-схема моделирующего алгоритма составлена по рекомендациям работ приведена на рисунке 4, там же помещена таблица исходных данных статистического моделирования.

Рис. 4. Блок-схема алгоритма моделирования процесса изменения эксплуатационного состояния РП и эксплуатационных свойств автомобиля

Таблица 1. Исходные данные для моделирования на ЭВМ процесса изменения эксплуатационного состояния рулевого привода и эксплуатационных свойств автомобилей (значения величин, входящих в зависимости граф-модели РП)

№ п/п	Обозначение		Единицы измерения			Значение			Интервал варьирования					Шаг варьирования
001.	1/С		даН/град			20			11,1 – 33,3					1,1
002.	Срп		град/даНм			0,05			0,03 – 0,09					0,01
003.	Срп		град/даНм			14,5			8,7 – 26,1					1,8
004.	Срп		мм/даН			0,035			0,015 – 0,055					0,005
005.	L		м			2,4			2,2 – 2,6					0,2
006.	В		м			1,35			1,25 – 1,45					0,1
00	а		м			1,19			1,09 – 1,29					0,5
008.	в		м			1,21			1,11 – 1,31					0,5
009.	ап		м			0,93			0,83 – 1,03					0,5
010.	вп		м			1,47			1,37 – 1,57					0,5
011.	hka		м			0,385			0,335 – 0,435					0,05
012.	Hkn		м			0,425			0,375 – 0,475					0,05
013.	h1		м			0,1			0 – 0,2					0,1
014.	h2		м			0,33			0,23 – 0,43					0,1
015.	Hgn		м			0,55			0,45 – 0,65					0,1
016.	ykр		рад			од			0 – 0,2					0,05
01	Lц		м			0,1			0,09 – 0,11					0,01
018.	Lпр		м			0,145			0,135 – 0,155					0,01
019.	rk		м			0,26			0,22 – 0,30					0,02
020.	fk		_			0,02			0,01 – 0,03					0,005
021.	yx		-			0,6			0,2 – 0,9					0,1
022.	Ma		кг			1400			1200–1600					100
023.	Ga		н			14000			12000 – 16000					1000
024.	Gn		н			12700			11700 – 13700					1000
025.	Gk		даН			320			-					-
026.	G1		даН			645			-					-
02	G2		даН			755			-					-
028.	Mmaxcт		даНм			6,8			-					-
029.	Fстрп		даН			47			-					-
030.	wук		рад/с			0,05			0,01 – 0,01					0,01
						0,3			0,1 – 0,6					0,1
031.	δ		град			5			0–12					0,5
032.	Ку		даН/град			21			7–42					3,5
			даН/рад			2400			400 – 4000					100
033.	∆Ку		-			0,125			0 – 0,35					0,05
034.	ξ		-			8,4			1,4 – 12,4					1
035.	q		град			10			0 – 10					0,5
												10 – 25				1
036.	µδ			-				0,45				0,30 – 0,60				0,05
03	[qв/qн]1			-				25/20				-				-
	[qв/qн]2			-				24/20				-				-
	[qв/qн]3			-				23/20				-				-
	[qв/qн]4			-				1				-				-
038.	e0			мм				3				-5 – 10				0,5
				град				0,66				-0,66 – 1,54				0,25
				рад				0,0116				-0,012 – 0,027				0,002
039.	a0			град				0,75				-1–2				0,25
040.	β			град				6				4–8				1
041.	γн			град				3				-1 -5				1
042.	Sg			мм				1,5				0–5				0,5
043.	Sш			мм				2,5				0 – 10				2,5
044.	fgc			I/c				4				2–6				0,5
								12				6–14				I
045.	fcт			MM				60				0 + 80				10
046.	Fпр			даН				50				5–80				5
04	Fрп			даН				30				0–50				2,5
												50–150				10
048.	С			мм				30				10 – 50				10
049.	va			км/час				80				0–150				5
				м/с				22,4				0–42				1,4
050.	Ха			даН				8				2–16				2
051.	Jk			даН с2×м				0,06				0,04 – 0,08				0,01
052.	wук			м/с2				1,8				1–3				0,2
053.	F1			даН				6				4–8				1
054.	Рк			даН				40				5–50				5
055.	Yа			даН				20				5–30				5
056.	Д			Нм				0,1				0 – 0,1				0,01
												ОД – 0,3				0,05
05	AӨ			мм				8				0–12				2
058.	mк			кг				2,5				2–3				0,5
059.	yaп			-				I				0,8 – 1,2				0,1
060.	CP			кН/м				20				15 – 30				5
061.	Сш			кН/м				150				100 – 200				25
062.	hӨ			мм/даН				0,015				0,01 – 0,03				0,005
063.	La			тыс. км				12				6–20				2
064.	Lo			тыс. км				4				2–6				I
065.	∆			мм				2				0–10				0,5
066.	βk			град				5				0–10				2,5
06	βg			град				2				0–4				1
068.	Ч			град				2				-5–7				0,5
069.	qн(в)			град				10				0–15				1
											15 – 35				5
070.	Sн(в)				мм			3			0–9				0,5
					град			1			0–3				0,25
071.	Sср				мм			2			0–6				0,25
072.	Sл(п)				мм			2			0–6				0,5
073.	δ1(2)				град			5			0–10				0,5
074.	δн(в)				град			5			0–12				0,5
075.	RδS				м			13			8–20				I
								50			25 – 100				25
076.	Kу1(2)				даН/рад			2000			1000 – 4000				500
07	Ку1н				даН/рад			1500			1000–2500				250
078.	Ку1в				даН/рад			2500			2000 – 4000				250
079.	Xa				м			0,5			0 – 1,5				0,25
080.	Ks				-			0,25			0–1				0,05
081.	β				град			5			I – 10				I
082.	γу				м/с2			4			0 – 5,5				0,5
083.	wγ				рад/с			0,5			0 – 1,5				0,25
								0,25			0–1				0,25
084.	wγс				рад/с			0,4			0 – 1,2				0,2
085.	γ				град			10			0–50				5
086.	k				м-1			0,005			0 – 0,01				0,0025
								0,04			0,1 – 0,05				0,05
08	a				град			20			0–30				5
								120			30 – 360				30
					рад			0,35			0–0,52				0,087
								2,1			0,52 – 6,28				0,52
088.	µmaxкин				м-1			0,02			0,015 – 0,03				0,005
	µminкин				м-1			0,0125			0,005 – 0,015				0,005
089.	Iру				-			17			12 – 25				1
090.	wdрк				рад/с			0,15			0,05 – 0,35				0,05
091.	Vпр				м/с			22,5			17,5 – 25				2,5
092.	Vзам				м/с			17,5			15 – 20				2,5
093.	Fрк				Н			80			20 – 200				20
094.	µ				м-1			0,0145			0,01 – 0,025				0,15
095.	Kdγ				-			0,35			0,2 – 0,5				0,1
096.	Kf				с/м			0,002			0,001 – 0,003				0,0005
09	Kes				с/м			0,00025			0,00015 – 0,00045				0,00005
098.	Aδ				-			0,5			0,35 – 0,65				0,05
	Bδ				даН-1			0,0006			0,0004 – 0,0008				0,0001
099.	gemin				Г/квт. ч			300			260 – 340				20
					Г/л. с. ч.			220			190 – 250				15
100.	ηн				-			0,85			0,8 – 0,95				0,25
101.	γт				даН/м3			800			780 – 860				20
102.	λп				–.			4			3 – 5				0,5
103.		Sn	-				100			50 – 150			25
104.		ag	град				5			0 – 10			2,5
105.		Kв	даН2/м4				0,025			0,01 – 0,04			0,005
106.		Fa	м2				1,8			1,5 – 2			0,1
10		gN	Г/квт. ч				330			315 – 345			15
108.		Кr	-				1,0			0,95 – 1,15			0,05
109.		Кn	-				1,0			0,9 – 1,5			од
110.		Sпр	мм				220			200 – 240			20
111.		τ	кН/м2				7500			-			-
112.		σ0	кН/м2				15000			-			-
113.		µп	-				0,47			-			-

Фактором, определяющим интенсивность изменения схождения, принят исследованный ранее критерий качества РП. Основным эксплуатационным фактором, определяющим изменение схождения, принята величина пробега автомобиля за межконтрольный период, который в соответствии с техническими условиями составил 12 тыс. км, а остальные значения пробега взяты для исследования надёжности функционирования рулевого привода. В качестве механизма случайных величин использовалась последовательность равномерно распределённых в интервале от 0 до 1 случайных чисел, вырабатываемых ЭВМ, причём по рекомендации работы [4] число реализаций принято равным 200.

Среднестатистическая интенсивность изменения схождения колёс определялась в зависимости от пробега по эмпирическому выражению, полученному после аппроксимации графической зависимости приведены в табл. 2 Приложения-1:

. (4)

Моделирование для каждой реализации случайных чисел величин интенсивности изменения схождения и пробегов между заменами подвижных сопряжений РП, регулировками и проверками схождения выполнялось по зависимостям:

, (5.)

. (6.)

В процессе статистического моделирования величины схождения управляемых колёс определялись следующим образом:

а) при каждом контроле по статистической зависимости:

, (7)

б) по эмпирической зависимости от критерия качества РП:

. (8)

Накопленные величины пробега междy заменами подвижных сопряжений рулевого привода, регулировками схождения, проверками схождения и их количества использованы для определения величин пробега:

а) между заменами ; (9)

б) между регулировками ; (10)

в) средний фактический ресурс между проверками

. (11)

Затем определялись вероятности замены подвижных сопряжений рулевого привода и регулировки схождения управляемых колёс:

, (12)

. (13)

После чего все циклы повторялись при изменении характеристик и состояния рулевого привода, а также режимов его работы.

Для определения оптимальных величин критерия качества РП по минимуму удельных издержек на устранение последствий отказа подвижных сопряжений РП и затрат на выполнение контрольно-регулировочных операций была составлена целевая функция допустимого изменения критерия качества РП, рекомендованная в работе [4]:

, (14)

где  – отношение издержек на устранение последствий отказа сопряжений РП к издержкам на профилактику РП и контроль углов установки управляемых колёс;

- относительное допустимое изменение критерия качества. Все дальнейшие обозначения приведены в соответствии с [4].

Для определения оптимально допустимого изменения критерия качества РП с учётом дискретных издержек использована формула [4]:

. (15)

Параметры d и n определялись при моделирования по найденным зависимостям вероятности замен и регулировок схождения и величинам пробега путём их аппроксимации следующими выражениями:

, (16)

. (17)

Средние издержки, связанные с отказавшими подвижными сопряжениями рулевого привода, определены по формуле [7]:

(18)

Таблица 2. Исходные данные для статистического моделирования процесса изменения схождения управляемых колёс автомобилей по методу Монте-Карло

№ п/п	Наименование	Обозначения	Един. измерения	Значения величин параметров при моделировании на j – м уровне:
				0	1	2	3	4	5	6	7
1.	Величина пробега автомобиля	Lа	тыс. км	12	0	4	8	10	14	16	18
2.	Допустимое значение	es	мм	7	0	0,5	I	1,5	2	3	4
3.	Величина схождения по техн. усл.	eту	мм	3	-	-	-	-	-	-	-
4.	Допустимая величина изменения	Дe	мм	7	-	-	-	-	-	-	-
5.	Предельная величина изменения	Пe	мм	14	-	-	-	-	-	-	-
6.	Величина зазоров в подвижных сопряжениях РП	∆	мм	1,2	0	0,3	0,6	0,9	2,4	4,8	5,5
	Упругость рулевого привода (по перемещению управляемых колёс)	СРП	мм дан 10-3	30	17	20	25	33	39	44	50
8.	Усилие в кинематической цепи рулевого привода	FРП	даН	25	5	10	15	20	30	40	50
9.	Соотношение издержек на устранение отказа и затрат на профилактику и контроль схождения упр. колёс	N	-	1	0,5	1,5	2	2,5	3	4	5

Средние издержки, связанные с проверкой и регулировкой схождения управляемых колёс определялись также по рекомендациям [7]:

рулевой поворот управление колесо

, (19)

где S(L_a) – непрерывные издержки, связанные с изменением параметра, возникающие в результате нарушения кинематики РП и снижения эффективности транспортной работы автомобиля.

Входящие в зависимости (13) и (14) величины обозначены в соответствии с работой [4] и определены в процессе внедрения разработанного оборудования по отраслевым нормативам (данные предприятия).

Оптимально допустимые изменения параметра вводились в математическую модель процесса изменения эксплуатационного состояния РП и учитывались при выборе оптимальных величин критерия качества РП по заданному уровню эксплуатационных свойств автомобиля.

Библиографический список

 

1.  Власов B.M. Организация технического контроля и диагностики в региональных автотранспортных системах. – Автомобильный и городской транспорт. (Итоги науки и техники. ВИНИТИ). – М.: 2006. – №11. – С. 1–66.

2.  Галушко В.Г. Вероятностно-статистические методы на автотранспорте / В.Г. Галушко. – Киев: Вища школа, 2006. – 230 с.

3.  Гинцбург Л.Л. К вопросу об оценке управляемости автомобилей при прямолинейном движении / Л.Л. Гинцбург // Автомобильная промышленность. – 2006. – №8. – С. 15–18.

4.  Годун И.И. Оценка технического состояния ходовой части и рулевого управления / И.И. Годун, В.З. Русаков // Автомобильный транспорт. – 2009. – №1. – С. 32.

5.  Джонс И.С. Влияние параметров автомобиля на дорожно-транспортные происшествия / И.С. Джонс – М.: Машиностроение, 2009. – С. 207.

6.  Зубриський С.Г. Переоборудование АТС и их конструктивная безопасность / С.Г. Зубриський // Автомобильная промышленность. – 2008. – №1 – С. 21.

7.  Катаев Н.Н. Оценка тормозных свойств автобусов семейства ПАЗ по результатам инструментального контроля: Автореф. дис. 052210 / Н.Н. Катаев // Владимирский государственный университет. – Вл, 2007. – С16.

8.  Клинковштейн Г.И. Организация работы службы безопасности движения на автомобильном транспорте: Учеб. пособие / Г.И. Клинковштейн, М.А. Луковецкий. – М.: МАДИ, 2009. – 73 с.

9.  Кнороз В.И. Работа автомобильной шины / В.И. Кнороз. – М.: Транспорт, 2006. – 238 с.

10.  Левитин К.М. Эффективность освещения и световой сигнализации автотранспортных средств / К.М. Левитин. – М.: Энергоатомиздат, 2011. – 240 с.

11.  Лочинский Б.Ф. Типичные дорожно-транспортные ситуации, предшествовавшие происшествиям: Альбом-пособие для водителей / Б.Ф. Лочинский. – М.: ТОО НПО «Искра-1», 2010. – 76 с.