btpsБезопасность техногенных и природных системSafety of Technogenic and Natural Systems2541-9129Don State Technical University10.23947/2541-9129-2020-1-23-31btps-46Research ArticleПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬFIRE AND INDUSTRIAL SAFETYМетод оптимизации надежности машин с применением интегрального показателяMethod of machine reliability optimization using integral indicatorhttps://orcid.org/0000-0002-6870-7673КасьяновВ. Е.KasyanovV. E.

Касьянов Валерий Евгеньевич - профессор кафедры «Эксплуатация транспортных систем и логистика», доктор технических наук, профессор.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Valeriy E. Kasyanov - Professor, Department of Operation of Transport Systems and Logistics, Doctor of technical sciences, Professor.

344000, Rostov-on-Don, Gagarin square, 1

spu56.2@donstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0904-5681ДемченкоД. Б.DemchenkoD. B.

Демченко Денис Владимирович - доцент кафедры «Градостроительство и проектирование зданий», кандидат технических наук, доцент.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Denis V. Demchenko - Associate professor, Department of Urban Planning and Building Design, Candidate of technical sciences, Associate professor.

344000, Rostov-on-Don, Gagarin square, 1

denis2711@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0515-9849КосенкоЕ. Е.KosenkoE. E.

Косенко Евгений Евгеньевич - доцент кафедры «Эксплуатация транспортных систем и логистика» Донского государственного технического университета, кандидат технических наук, доцент.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Evgeniy E. Kosenko - Associate professor, Department of Operation of Transport Systems and Logistics, Candidate of technical sciences, Associate professor.

344000, Rostov-on-Don, Gagarin square, 1

a123lok@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4245-1523ТепляковаС. В.TeplyakovаS. V.

Теплякова Светлана Викторовна - доцент кафедры «Эксплуатация транспортных систем и логистика», кандидат технических наук, доцент.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Svetlana V. Teplyakova - Associate professor, Department of Operation of Transport Systems and Logistics, Candidate of technical sciences, Associate professor.

344000, Rostov-on-Don, Gagarin square, 1

svet-tpl@yandex.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202030032020012331Copyright © Касьянов В.Е., Демченко Д.Б., Косенко Е.Е., Теплякова С.В., 20202020Касьянов В.Е., Демченко Д.Б., Косенко Е.Е., Теплякова С.В.Kasyanov V.E., Demchenko D.B., Kosenko E.E., Teplyakovа S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bps-journal.ru/jour/article/view/46Введение

Введение. На протяжении длительного времени сохраняют актуальность вопросы повышения надежности машин с применением интегрального показателя. С позиций конструктивной безопасности рассмотрена эксплуатация элементов гидромеханического экскаватора.

Постановка задачи

Постановка задачи. Показаны метод и алгоритм, с помощью которых рассчитывается растяжка рабочего оборудования экскаватора.

Теоретическая часть

Теоретическая часть. В рамках исследования определены способы повышения надежности с интегральным показателем надежности. Получены уравнения: для предела выносливости стали; для коэффициента концентрации напряжений; для действующего напряжения в опасном сечении и ресурса растяжки. Представлено распределение способов управления интегральным показателем надежности по стадиям жизненного цикла машины. Отмечено, что для получения оптимальной стратегии повышения надежности экскаватора необходимо минимизировать значение интегрального показателя надежности. Разработан метод комплексного анализа входных факторов, а для условий серийного и массового производства — общий комплекс рекомендаций по увеличению ресурса детали. Получено распределение недостатков по конструктивным, технологическим и эксплуатационным факторам для валов, осей, зубчатых колес, металлоконструкций, цепей, спец.деталей. Изложена методология создания практически безотказных машин, включающая принципы, комплексную программу и систему управления надежностью.

Выводы

Выводы. Применение предложенной системы позволяет разрабатывать и изготавливать машины высокой надежности и обеспечивать планомерное снижение интегрального показателя надежности. Функционирование системы управления надежностью машин гарантирует их создание с таким уровнем надежности, который обеспечит конкурентоспособность техники и отсутствие претензий потребителей.

Introduction

Introduction. For a long time, the issues of improving the reliability of machines using the integral indicator have remained relevant. The operation of hydromechanical excavator elements is considered from the standpoint of structural safety.

Problem Statement

Problem Statement. The paper shows the method and algorithm used to calculate the stretching of the excavator implement.

Theoretical Part

Theoretical Part. The study has identified the ways to improve reliability using the integral reliability indicator. The authors have obtained the equations: for the steel fatigue strength; for the stress concentration factor; for the effective stress in the dangerous section and the stretch life. The distribution of methods for managing the integral reliability indicator by the stages of the machine's life cycle is presented. It is noted that in order to obtain an optimal strategy for improving the excavator reliability, it is necessary to minimize the value of the integrated reliability indicator. The method of complex analysis of input factors is developed, and for serial and mass production — a general set of recommendations for increasing the component life. The distribution of disadvantages by structural, technological and operational factors for shafts, axles, gears, metal structures, chains, and special parts is obtained. The methodology for creating virtually trouble-free machines, including principles, a comprehensive program and a reliability management system, is described.

Conclusion

Conclusion. The use of the proposed system makes it possible to develop and manufacture high-reliability machines and to ensure a systematic reduction in the integral reliability indicator. The functioning of the machine reliability management system guarantees their creation with the same level of reliability, which will ensure the competitiveness of the equipment and the absence of consumer complaints.

надежность машининтегральный показатель надежностигамма-процентный ресурсreliability of machinesintegral reliability indicatorgamma-percentile lifeReferencesТруханов, В. М. Расчет проектной надежности технических систем по постепенным отказам / В. М. Труханов // Контроль. Диагностика. — 2015. — № 1. — С. 70–72.Trukhanov V. M. Raschet proektnoy nadezhnosti tekhnicheskikh sistem po postepennym otkazam [Calculation of design reliability of technical systems on gradual breakdowns].Testing.Diagnostics. 2015;1:70–72. (In Russ.)Капур, К. Надежность и проектирование систем / К. Капур, Л. Ламберсон. — Москва : Машиностроение, 1980. — 604 с.Kapur K., Lamberson L. Nadezhnost' i proektirovanie sistem [Reliability and system design]. Moscow: Mashinostroenie, 1980. 604 p. (In Russ.)Касьянов, В. Е. Требования к безотказности комплектующих изделий зерноуборочных машин / В. Е. Касьянов, Д. М. Беленький, Н. Л. Вернези // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1989. — № 9. — С. 14–15.Kasyanov V. E., Belenkie D. M., Vernezi N. L. Trebovaniya k bezotkaznosti komplektuyushchikh izdeli zernouborochnykh mashin [Requirements for failure-free components of grain harvesters]. Traktory i sel'skokhozyaistvennye mashiny. 1989;9:14–15. (In Russ.)Прогнозирование надежности машин по результатам незавершенных испытаний / В. Н. Шиловский, А. В. Питухин, В. М. Костюкевич, Г. Ю. Гольштейн // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 2 (16). — С. 3513–3517.Shilovski V. N., Pitukhin A.V., Kostyukevich V. M., Golshtein G.Y. Prognozirovanie nadezhnosti mashi po rezul'tatam nezavershennykh ispytaniy [Reliability prediction for machines based on the results of the incomplete tests]. Fundamental research. 2015;2 (16):3513–3517. (In Russ.)Касьянов, В. Е. Принципы создания практически безотказных машин / В. Е. Касьянов // Стандарты и качество. — 1988. — № 7. — С. 39–42.Kasyanov V. E. Printsipy sozdaniya prakticheski bezotkaznykh mashin [Principles for creating virtually trouble-free machines].Standarty i kachestvo. 1988;7:39–42. (In Russ.)Демьянов, А. А. Метод адаптивного синтеза фрикционных систем / А. А. Демьянов, А. А. Демьянов // Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-23. Подвижной состав железных дорог / Под ред. Б. А. Левина, П. С. Анисимова. — Москва : Машиностроение, 2008. — С. 72–74.Demyanov A. A., Demyanov A. A. Metod adaptivnogo sinteza friktsionnykh sistem [Method of adaptive synthesis of friction systems]. Mashinostroenie. Entsiklopediya. T. IV-23. Podvizhnoy sostav zheleznykh dorog Levin B. A., Anisimov P.S. (eds.) Moscow: Mashinostroenie, 2008. p. 72–74. (In Russ.)Демьянов, А. А. Адаптивный синтез фрикционно-механических систем / А. А. Демьянов, А. А. Демьянов // Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса : тр. междунар. науч.-практ. конф. — Ростов-на-Дону : РГУПС, 2009. — С. 44–45.Demyanov A. A., Demyanov A. A. Adaptivnyy sintezf riktsionno-mekhanicheskikh sistem [Adaptive synthesis of friction-mechanical systems]. Problemy i perspektivy razvitiya transportnogo kompleksa: tr. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Problems and prospects of the transport complex development: proc. of intern. scientific-practical conf.]. Rostov-on-Don: RGUPS, 2009. p. 44–45. (In Russ.)Демьянов, А. А. Некоторые аспекты повышения экономической эффективности транспортной инфраструктуры / А. А. Демьянов, А. А. Демьянов // Проблемы машиноведения. Трибология — машиностроению : мат-лы междунар. науч.-техн. конф. — Москва : ИМАШ РАН, 2012. — С. 212–216.Demyanov A. A., Demyanov A. A. Nekotorye aspekty povysheniya ekonomicheskoy effektivnosti transportnoi infrastruktury [Some aspects of improving the economic efficiency of transport infrastructure]. Problemy mashinovedeniya. Tribologiya — mashinostroeniyu: mat-lymezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Problems of machine science.Tribology — mechanical engineering: Mat.ofinternat.Sci.-techn. conf.].Moscow: IMASh RAN, 2012. p. 212–216. (In Russ.)Демьянов, А. А. Синтез механических систем с подвижным основанием / А. А. Демьянов, А. А. Демьянов // Транспорт-2014 : тр. междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. — Ростов-на-Дону : РГУПС. — 2014. — С. 299–301.Demyanov A. A., Demyanov A. A. Sintez mekhanicheskikh sistem s podvizhnym osnovaniem [Synthesis of mechanical systems with a movable base]. Transport-2014: tr. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Ch. 1. [Transport-2014: proc. of intern. sci.-pract. conf. Part 1.]. Rostov-on-Don: RGUPS. 2014. p. 299–301. (In Russ.)Капуста, П. П. Принципы обеспечения надежности ресурсного проектирования несущих систем мобильных машин / П. П. Капуста // Грузовик. — 2013. — № 3. — С. 22–31.Kapusta P. P. Printsipy obespecheniya nadezhnosti resursnogo proektirovaniya nesushchikh sistem mobil'nykh mashin [Principles of ensuring the reliability of resource design of mobile machine carrier systems]. Gruzovik. — 2013;3:22–31. (In Russ.)Касьянов, В. Е. Основы теории и практики создания надежных машин / В. Е. Касьянов, Т. Н. Роговенко, Л. П. Щулькин // Вестник машиностроения. — 2003. — № 10. — С. 3–6.Kasyanov V. E., Rogovenko T. N., Shchulkin L. P. Osnovy teorii i praktik i sozdaniya nadezhnykh mashin [Fundamentals of the theory and practice of creating reliable machines].Vestnik mashinostroeniya. 2003;10:3–6. (In Russ.)Касьянов, В. Е. Повышение надежности и эффективности работы машины на основе увеличения усталостного ресурса деталей / В. Е. Касьянов, В. В. Дудникова // Вестник машиностроения. — 2009. — № 11. — С. 11–15.Kasyanov V. E., Dudnikova V. V. Povyshenie nadezhnosti i effektivnosti raboty mashiny na osnove uvelicheniya ustalostnogo resursa detaley [Increasing the reliability and efficiency of the machine by increasing the fatigue life of parts]. Vestnik mashinostroeniya. — 2009. — № 11. — S. 11–15. (In Russ.)Расчет прочностной надежности и усталостной долговечности элементов конструкций мобильных машин, нагруженных случайными изгибающими и крутящими моментами / А. С. Гусев, В. И. Щербаков, С. А. Стародубцева, М. И. Гребенкина // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. — 2013. — Т. 1, № 2 (16). — С. 54–57.Gusev A.S., Shcherbakov V.I., Starodubtseva S.A., Grebenkina M.I. Raschet prochnostnoi nadezhnosti i ustalostnoi dolgovechnosti elementov konstruktsii mobil'nykh mashin, nagruzhennykh sluchainymi izgibayushchimi i krutyashchimi momentami [Calculation of strength reliability and fatigue life of structural elements of mobile machines loaded with random bending and torques].Izvestiya MGTU "MAMI" 2013;1;2 (16):54–57. (In Russ.)Теплякова, С. В. Расчетно-экспериментальное определение максимальной нагруженности стрелы одноковшового экскаватора / С. В. Теплякова, А. А. Котесова, Е. Е. Косенко // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2016. — № 2 (48). — С. 38–43.Teplyakova S.V., Kotesova A.A., Kosenko E.E. Raschetno-eksperimental'noe opredelenie maksimal'no nagruzhennosti strely odnokovshovogo ekskavatora [Settlement and experimental determination of the maximum loading of the arrow of the odnokovshovy excavator]. VestnikSibADI. 2016;2(48):38–43. (In Russ.)Алгоритм определения параметров прочности, нагруженности и ресурса с помощью аналитического перехода от выборочных данных к данным совокупности / В. Е. Касьянов, Л. П. Щулькин, А. А. Котесова, С. В. Котова // Инженерный вестник Дона. — 2012. — Т. 23, № 4-2 (23). — С. 120.Kasyanov V.E., Shchulkin L.P., Kotesova A.A., Kotova S.V. Algoritm opredeleniya parametrov prochnosti, nagruzhennosti i resursa s pomoshch'yu analiticheskogo perekhoda ot vyborochnykh dannykh k dannym sovokupnosti [The algorithm for determining durability parameters, loading and resource by means of analytical transition from selective data to population data]. Engineering Journal of Don. 2012;23;4-2(23):120. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.