авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение надежности грузовых автомобилей путем применения системы эксплуатационной самодиагностики

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ревякин Максим Михайлович

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ САМОДИАГНОСТИКИ

05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Орел–2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Жосан Артур Александрович

Официальные оппоненты: Родионов Юрий Владимирович доктор технических наук, профессор, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, декан автомобильно-дорожного института

Катунин Андрей Александрович кандидат технических наук, Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс, доцент кафедры сервиса и ремонта машин

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

Защита диссертации состоится 30 марта 2012 года в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.182.07 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, д.29.

Отзывы на автореферат направлять в диссертационный совет по адресу: 302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д. 29.

Автореферат разослан «22» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Севостьянов А.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уровень надежности грузовых автомобилей во многом определяет своевременность и качество выполнения транспортно-экспедиторских функций различных предприятий нашей страны. Основным транспортным средством, активно эксплуатирующимся при грузоперевозке, а также в других сферах, являются грузовые автомобили МАЗ и MAN. Наработка до капитального ремонта указанных автомобилей может варьироваться в достаточно широких пределах в зависимости от условий эксплуатации и других факторов. Таким образом, долговечность, а, следовательно, и ресурс, заявленный заводом-изготовителем, в большинстве случаев реализуется далеко не в полной мере - надежность объектов является неудовлетворительной. Увеличение показателя наработки на отказ и наработки до капитального ремонта позволит автомобилям дополнительно выполнить значительный объем работ по транспортировке грузов. Следовательно, возникает необходимость применения механизмов оперативного контроля за техническим состоянием автомобиля в целом. Поэтому актуальность исследований в данном направлении не вызывает сомнений.

Цель работы повышение надежности грузовых автомобилей посредством применения системы эксплуатационной самодиагностики, обеспечивающей мониторинг его систем и предупреждающей возникновение отказов различных групп сложности.

Задачи работы:

– осуществить анализ существующей системы технического обслуживания и ремонта машин, а также бортовых систем контроля и диагностики транспортных средств (ТС) с позиции обеспечения необходимого уровня надежности подвижного состава;

– выявить оптимальный способ повышения надежности ТС;

– определить принципы организации и осуществить теоретическое обоснование структуры и функционирования системы самодиагностики;

– экспериментально подтвердить влияние бортовой системы контроля и диагностики на показатели надежности объектов исследований;

– осуществить технико-экономическую оценку результатов исследований.

Объект исследования – автомобили MAN, используемые при транспортировке грузов для ЗАО «Тандер».

Предмет исследования: закономерности, принципы построения и функционирования бортовых систем диагностирования технического состояния грузовых автомобилей.

Методы исследования: теоретические (исследование систем управления и системный анализ, надежности, комбинаторики, автоматического управления), статистические (математическая статистика и моделирование, дифференциальное и интегральное исчисление), а также требования к комплектации систем на процессорной основе, локальных передающих сетей. Эксплуатационные исследования грузовых автомобилей MAN с различной наработкой в ЗАО «Тандер».

Научная новизна заключается в следующем:

– выявлено перспективное направление в формировании диагностических систем, позволяющее уменьшить количество отказов и повысить общий уровень надежности грузовых автомобилей;

– разработан способ мониторинга функционирования грузового автомобиля и структура бортовой системы самодиагностики, предусматривающая возможность вариации исполнения в зависимости от модели и марки ТС;

– определены принципы и алгоритмы функционирования, обеспечивающие оперативность работы системы самодиагностики, а также исключающие возможность потери информации внутри системы;

– выявлена степень влияния систем бортовой диагностики на надежность грузовых автомобилей.

Практическая ценность:

– разработанный способ мониторинга работы грузового автомобиля обеспечивает постоянное получение и интеллектуальную обработку информации о текущем состоянии всех его систем, что положительно сказывается на надежности объекта;

– разработанная структура и алгоритмы функционирования системы самодиагностики позволяют предупредить появление отказов различных групп сложности грузовых автомобилей и наиболее полно реализовать ресурс, заложенный заводом-изготовителем, а также предусматривают возможность применения на ТС, используемых в различных сферах производства.

На защиту выносится:

– способ мониторинга состояния грузовых автомобилей с использованием бортовой самодиагностики;

– теоретическое обоснование структуры и функционирования системы самодиагностики, а также принципы ее организации;

– результаты обработки статистической информации о показателях надежности объектов исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и получили одобрение на международной научно-практической интернет-конференции ОрелГАУ (2008 г., 2009 г., 2010 г.); международной научно-практической интернет-конференции ОрелГТУ (2008 г.); международной научно-практической конференции КГСХА (2009 г.); научно–технической конференции ГОСНИТИ (2009 г.); международной выставки-интернет-конференции ОрелГАУ (2009 г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе 6 рекомендованных ВАК для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений, изложена на 163 страницах машинописного текста, включает 13 таблиц, 50 рисунков и библиографический список из 146 наименований, из них 25 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определены объект и предмет научного поиска, обозначена цель и задачи научной работы, определено теоретическое направление в исследовании, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» на основе анализа литературных источников обоснованы цель и задачи исследования. Осуществлена оценка системы технического обслуживания с точки зрения обеспечения надежности ТС и его заявленного ресурса. Рассмотрены основные факторы и причины, влияющие на техническое состояние ТС, проанализированы процессы, применяемые методы диагностирования с позиции достижения заявленного заводами-изготовителями ресурса и выявлен перспективный вариант решения данной проблемы.

Проведен анализ работ ведущих отечественных ученых в областях технической эксплуатации и диагностирования, а также обеспечения надежности ТС, среди которых следует отметить исследования Архипова В.С., Величкина И.Н., Григорьева М.А., Голубева И.Г., Девянина С.Н., Дидманидзе О.Н., Ерохина М.Н., Корчагина В.А., Кузнецова Е.С., Левшина А.Г., Лялякина В.П.,, Мигаль В.Д., Михлина В.М., Никитина Е.А., Новикова А.Н., Пучина Е.А., Селиванова А.И., Халфина М.А., Черноиванова В.И. и др., а также научные школы ВлГУ (Эфрос В.В.), ВолгГТУ (Петрушин А.Г.), МАДИ, СибАДИ (Машков Ю.К.), ХНАДУ (Алексеев А.П., Говорущенко Н.Я., Подригайло М.А.) и др.

В большинстве случаев достичь заявленного ресурса грузовым автомобилям не удается, что напрямую связано с несвоевременным обнаружением и устранением неисправности. Это приводит к увеличению скорости изнашивания комплектующих, и в последствии к возникновению отказов различных групп сложности. В основе технической эксплуатации подвижного состава длительное время находится планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта, которая не учитывает фактическое состояние ТС. Проводимое при этом диагностирование в основном направлено на регистрацию факта наличия неисправностей, а не на предупреждение их возникновения. Оно способно уменьшать простои объектов по техническим причинам, снизить расход топлива и запасных частей, затраты средств на техническое обслуживание и ремонт, но не в состоянии обеспечить предупреждение возникновения отказов и необходимую надежность.

Одним из решений данной проблемы является мониторинг систем ТС непосредственно в процессе их эксплуатации. Учитывая современные тенденции компьютеризации в различных областях, целесообразно использовать данную семантику и для грузовых автомобилей. Анализ имеющихся на текущий момент бортовых систем контроля показал их несовершенство: неудовлетворительная надежность, ограниченная функциональность и область применения, неудобная и устаревшая структура построения, а также программная архитектура. Необходимо создание бортовой системы самодиагностики, функционирующей в рамках ТС как единая информационная система, с возможностью ее применения на объектах различных марок, моделей, тягового класса и т.д., а также лишенной вышеперечисленных недостатков.

Во второй главе диссертации «Теоретическое обоснование структуры и функционирования системы самодиагностики» на основании теории систем управления и системного анализа, автоматического управления, а также требований к формированию и комплектации систем на процессорной основе обоснована возможность создания и надежного функционирования распределенно-интегрированной компонентно-ориентированной системы самодиагностики (РИКОСС). Предлагаемый способ диагностики с использованием РИКОСС является одним из решений вопроса повышения надежности и обеспечения заявленного ресурса ТС. На рисунке 1 представлена функциональная схема РИКОСС.

Каждая структурная единица ТС, а также их подструктурные единицы, снабжаются средствами диагностики (элемент БД на рисунке 1), осуществляющими контроль над текущими параметрами состояния объекта диагностирования. Каждый элемент диагностики представляет собой комплекс датчиков первичной информации (ДПИ), преобразователей, микроконтроллеров и локальных устройств управления, объединенных в блоки.

Бортовой компьютер рассматривается не только для выполнения функции контроля ТС при выполнении конкретной оперативно-функциональной задачи, но и как неотъемлемое структурное звено в системе стационарной диагностики на СТО. Общий алгоритм работы бортового компьютера представляет собой совокупность частных алгоритмов (комплексной обработки информации, сопряжения, диспетчеризации и прерывания, защиты и коррекции, инициализации и контроля) функционально связанных между собой и реализующих единую задачу надежной обработки информации с требуемой точностью и конкретной дискретностью выработки входящих сигналов.

Элементы системы самодиагностики согласованы и подключаются к коммуникационной шине для передачи данных. Данная структура характеризуется семиуровневой архитектурой, включающей в себя физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительный и прикладной уровни, что положительно сказывается на возможности ее расширения для использования на объектах различных марок и конструкции. Структурные элементы системы самодиагностики в рамках отдельного ТС могут быть расположены в стохастическом порядке.

ЦБК – центральный бортовой компьютер; ОИ – система обработки/отображения информации; О – оператор ТС; БД – элемент системы бортовой диагностики; 1 – остов; 2 – двигатель; 3 – трансмиссия; 4 – тормозная система; 5 – система контроля курсового движения; 6 – система подвески; 7 – движитель; 8 – электрическое и электронное оборудование; 9 – система технологического и вспомогательного оборудования; 10 – система безопасности и комфорта.

Рисунок 1 – Функциональная схема РИКОСС

Проводимые исследования показали целесообразность использования комбинированной структуры системы самодиагностики, что обеспечит высокое быстродействие сети на борту ТС и необходимую надежность.

Пусть – интенсивность отказов, а – интенсивность восстановления структуры системы самодиагностики. Возможные состояния структуры при работающем ЦБК обозначим в виде: 0 – работают все элементы и структура исправна; 1 – отказал один элемент, но структура функционирует; 2 – отказало два элемента, но структура функционирует; – отказало - элементов, но структура функционирует ();– отказали либо все элементы, либо ЦБК, в обоих случаях структура не работает. Вероятность нахождения структуры в -ом состоянии . Тогда система дифференциальных уравнений указанных состояний будет иметь вид

(1)

При этом условие нормировки (2)

В стационарном состоянии система (1) с учетом условия (2) примет вид

(3)

Решая систему алгебраических уравнений (3), выражаем коэффициент простоя и коэффициент готовности для системы самодиагностики.

Постоянная оценка технического состояния структурных единиц ТС осуществляется мониторингом заявок, обрабатываемых системой самодиагностики учитывая равноранговый характер ее узлов вести передачу данных, по представленному на рисунке 2 алгоритму. С целью недопущения возникновения ошибок в системе самодиагностики осуществляется непрерывный контроль за передающей средой, а заявки снабжаются приоритетом. В случае одновременной передачи данных с нескольких узлов, элементы с более низким приоритетом обна-

руживают конфликт и временно

приостанавливают передачу.

Классификация М. Флинна относит РИКОСС к классу систем с множественным потоком команд и множественным потоком данных. Применение принципа распределенности приоритетных модулей удобно для системы самодиагностики, так как позволяет достичь высокой производительности за счет объединения нескольких относительно маломощных процессоров, а также обеспечивает толерантность системы, т.е. сохранение работоспособности при отказе одного или нескольких процессоров. Для системы самодиагностики производительность характеризуем зависимостью

, (4)

где V1 – производительность одного процессора; n – количество процессоров системы.

Реально оценку производительности осуществляем с учетом относительных потерь, т.е. через среднее число простаивающих процессоров. Тогда

, (5)

где nср – среднее количество простаивающих процессоров.

Учитывая, что множество процессоров РИКОСС это аналогичные по техническим характеристикам элементы, заявки обслуживаются в порядке поступления, число простаивающих процессоров определяется зависимостью

, (6)

где То – среднее время выполнения процессором одной команды; q – связность программ, оцениваемая как количество в программе одноадресных команд; – время обслуживания обращения к общим ресурсам (цикл памяти); Ро – вероятность отсутствия обращений к каналу.

Вероятность простоя канала описывается исходя из соотношения интенсивности формирования процессором заявок и интенсивности их обслуживания формулой

, (7)

где v – величина интенсивности формирования заявок; µ – интенсивность обслуживания заявок в системе самодиагностики; k – коэффициент, зависящий от количества процессоров в системе.

Используя выражения (5)–(7) определяем реальную производительность системы самодиагностики. Для ориентировочного определения эффективности многопроцессорной структуры использовали выражение, согласно которому добавление второго процессора увеличивает производительность структуры по сравнению с однопроцессорной в 1,5…1,8 раза, третьего – в 2…2,2 раза, четвертого – не более чем в 2,5 раза

. (8)

Рассмотрим взаимосвязь величины времени пребывания заявки в системе и среднего числа заявок в системе. В режиме мониторинга системы среднее число заявок, поступающих в нее, равно среднему числу заявок покидающих систему, т.е. обслуженных. Оба потока имеют одну и ту же интенсивность, что обеспечивается комплектацией РИКОСС и характером функционирования ее структурных элементов.

Обозначим: Х(t) – число заявок, фиксированных до момента t; Y(t) – число заявок, покинувших систему до момента t. Тогда число заявок, находящихся в системе будет определяться по формуле

. (9)

Когда линии x(t) и y(t) сливаются, в системе нет заявок (рисунок 3). Среднее число заявок в системе самодиагностики определяем по формуле

. (10)

Указанный интеграл есть сумма площади прямоугольников рисунка 3, кото-

рые имеют высоту равную единице, а

основание равное времени пребывания

соответствующей заявки в системе (t1..tn).

Получим . (11)

Тогда , (12)

где T – среднее число заявок в системе за время Т; – интенсивность потока заявок.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.