Оптимизация вероятности безотказной работы стрелы одноковшового экскаватора Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Оптимизация вероятности безотказной работы стрелы одноковшового экскаватора

А.А. Котесова

(Ростовский государственный строительный университет, Ростов н/Д) 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:

1. Увеличение толщины стенки стрелы (с 10 на12 мм).

2. 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

З = З + З

з Зр, Зс, ^ Зд, >

где с - затраты на приобретение (цена) детали;

З д - затраты, связанные с отказами i-й детали

з = з(1) • о

Зд1 Зд1 о>

0(1)

зд. • ~

где д i - затраты, связанные с одним отказом i-й детали;

0 - среднее количество отказов i-й детали за ресурс Тр.

З (1) = З(1) + З(1) + У(1) ,

Дi ycmPi 3ni пРт ’

з(1)

где устр - затраты на устранение одного отказа (поиск отказа, разборка, сборка детали);

З.(1)

зщ

затраты на приобретение одной запасной части;

У() - ущерб от простоя машины, а также машин, работающих с ней в общем комплексе, из-за одного отказа детали

у (1) =Уу

пРю пРі ’

Где '^Упр. - суммарный ущерб от простоя всех машин учавствующих в работе, суммарные затраты

З = Ц + З ,

тт . сум і ^ Сі Рі 5

где Цсі - /-я цена стрелы.

Моделирование ресурса Тр проводилось в соответствии с [2]. Полученные значения минимального ресурса Тртіп, вероятности безотказной работы (ВБР) Рі, цена детали Цсі, суммарные затраты Зрі приведены в табл.2.

Таблица 2

Значения вероятности безотказной работы стрелы за 20тыс.ч. Рі, цена стрелы Цс/, ______________________________суммарные затраты Зрі і_______________________

№ варианта Р/ б р ь? р у б Зсумі-, 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)

Цс, Зр, Зсум, тыс. р.

250

200

150

100

50

0

Цс. Зр, Зсик, тыс. р.

250

200

150

100

50

О

Зсум -*

— А, А Л > А

Зр 1

г Цс

ч

) 0 ,2 0 4 0 6 0 Р) =0,991 ,8

Зсум

у 1с

Зо

\ ■ ■

0.999

Р1=0,999

0,9992

0,9994

0,9996

0,9998

Р.

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