Ресурсосберегающие направления развития дорожно-строительных машин

При выборе машины для дорожно-строительных и ремонтновосстановительных работ, разработке новой или модернизации серийной конструкции, определении конкурентоспособности машины необходимо знать ее технический уровень. Он характеризуется широким спектром свойств, которые обусловливают ее пригодность удовлетворять требованиям потребителя. К числу основных требований относятся обеспечение предельно возможной производительности и высокого качества работ при минимальной стоимости единицы продукции, сокращение трудо-, энерго- и материальных затрат при достижении заданного уровня экологической безопасности дорожно-строительных работ и обеспечении надежной эксплуатации дорог. Реализация столь высоких требований, предъявляемых к машинам современными технологиями строительства и эксплуатации Дорог, возможна только на основе достижений в области материаловедения и технологии металлов, автоматизации и компьютеризации проектирования, изготовления и эксплуатации дорожно-строительной техники.
Комплекс показателей, определяющих качество машины и ее технический уровень, закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении и поддерживается при эксплуатации машины, т.е. управление этими показателями осуществляется на всех этапах ее жизненного цикла.
Жизненный цикл машины включает следующие этапы:
- маркетинг;
- научно-исследовательскую работу по определению оптимальных показателей создаваемой машины, а Также патентную проработку для оценки патентной чистоты концептуальных технических решений;
- проектирование и конструирование, включая разработку проекта экспериментальной машины, ее изготовление и испытания, внесение изменений в конструкцию и проектирование серийного образца с последующими испытаниями;
- производство машины, в том числе технологическую подготовку производства (сырье, комплектующие изделия, информационно-методическое обеспечение, технологическое оборудование и др.) и выпуск необходимой серии;
- эксплуатацию машины, которая включает комплекс технических обслуживании, текущих и капитальных ремонтов для поддержания работоспособности;
- списание машины и ее утилизацию.
Обеспечение высокой работоспособности машин в условиях возрастающих требований к продукции машиностроения основано на снижении трудо-, энерго- и материальных затрат при создании и функционировании машин. При этом проблема ресурсосбережения тесно связана с экологической безопасностью новой техники, современные требования к которой заставляют пересмотреть традиционные методы проектирования, производства, эксплуатации и утилизации машин.
В первой части пособия показаны особенности «конструирования для экологии» (Design for the Environment) в рамках концепции полного жизненного цикла (ПЖЦ). Напомним, что в ее основе лежит экологическая безопасность как приоритетное звено взаимосвязи всех этапов ПЖЦ машин, включая их утилизацию. Поэтому уже на этапе проектирования машин следует планировать мероприятия (материаловедческие, конструкторские, технологические и эксплуатационные) для обеспечения как экологической безопасности, так и энергосбережения.
В области материалов целесообразно использовать:
1) конструкционные, триботехнические и коррозионностойкие материалы со стабильными эксплуатационными характеристиками;
2) материалы, которые не требуют дополнительной обработки (доводки) поверхности деталей;
3) рециклируемые и рециклированные сплавы и композиты;
4) легкие материалы с высокими показателями удельной прочности и жесткости, в том числе высокопрочные и высокомодульные композиты и сплавы на основе наноструктурных компонентов;
5) адаптивные системы, способные приспосабливаться к условиям эксплуатации машин.
В области конструкций:
1) выбирать оптимальные конструктивные решения с учетом свойств материалов, технологий изготовления из них деталей и конструкций, а также условий их эксплуатации;
2) совершенствовать системы управления механизмами и агрегатами с использованием бортовых компьютеров и микропроцессорной техники, в том числе системы электронного управления, регулирующего мощность двигателя в зависимости от нагрузки и защищающего от перегрузок;
3) оснащать машины энергосберегающими системами, обеспечивающими существенное снижение потерь энергии и экономию топлива, в том числе рекуперативными приводами рабочего оборудования;
4) разрабатывать конструкции, обеспечивающие при утилизации машины простое и удобное разделение различных по природе материалов;
5) разрабатывать узлы со встроенными диагностическими устройствами с выводом данных о месте и характере неисправности на приборную панель или на дисплей бортового компьютера.
При изготовлении:
1) совершенствовать технологические процессы изготовления деталей с целью минимизации образования отходов и их повторного использования (в том же производственном цикле);
2) максимально унифицировать элементы конструкций, расширять применение стандартных узлов и деталей, развивать принципы агрегатирования и блочно-модульной компоновки основных узлов и механизмов машин, упрощающие их обслуживание и ремонт;
3) предусматривать возможность создания производных машин с максимальным использованием конструктивных элементов базовой машины.
При эксплуатации:
1) руководствоваться требованиями отечественных и международных стандартов по безопасности эксплуатации машин, охране труда и окружающей среды, включая рекомендации интегрированной системы менеджмента;
2) активно внедрять методы контроля местоположения и управления рабочим циклом машин с применением спутниковых систем;
3) устранять капитальные ремонты и заменять восстановительные ремонты комплектацией машин сменными узлами;
4) упрощать обслуживание машин, конструируя механизмы в виде самообслуживающихся агрегатов.
В условиях рыночной экономики продукция отечественного машиностроения должна соответствовать мировому уровню или превосходить его. В качестве примера конкурентной борьбы за рынок показательной является информация о таких универсальных дорожно-строительных машинах как одноковшовые экскаваторы. Их основные параметры (масса и габаритные размеры экскаватора, мощность двигателя, вместимость ковша и параметры рабочей зоны, характеристики гидросистемы, а также механизмов хода и поворота) имеют очень высокие показатели и незначительно отличаются друг от друга. При этом машины обладают высоким уровнем экономичности, эргономичности и экологической безопасности. Практически все они снабжены энергосберегающими системами электронного управления, автоматически обеспечивающими оптимальное использование мощности двигателя для различных режимов земляных работ, т. е. высокий уровень основных технических характеристик имеют все приведенные машины.
Выбор потребителем наиболее выгодной модели, в том числе одноковшового экскаватора, должен базироваться на учете экономических факторов, в числе которых удельные приведенные затраты на разработку грунта, стоимость машино-смены, стоимость топлива, расходуемого за смену.
Помимо этого, большое значение имеют удельные технические и эксплуатационные показатели:
- удельная материалоемкость (m/Пэ) и удельная энергоемкость (N/Пэ).
а также обратные этим характеристикам показатели:
- удельная производительность на единицу массы (Пэ/m) и на единицу мощности (Пэ/N), где m - масса машины; N - мощность силовой установки; П, - суточная эксплуатационная производительность.
Приведенные показатели характеризуют технико-экономические параметры машин. Наряду с ними целесообразно использовать комплексные показатели надежности, которые отражают возможности ресурсосбережения при эксплуатации машины. К ним относятся коэффициенты технического использования и готовности.
Коэффициент технического использования kти статистически определяют отношением суммарного времени пребывания машин в работоспособном состоянии к суммарному времени их эксплуатации, включающем периоды наработки и периоды простоев:

где tн - суммарная наработка (пребывание в работоспособном состоянии) всех машин, ч;
tр - суммарное время простоев при проведении плановых и внеплановых ремонтов всех машин, ч;
tто - суммарное время простоев при проведении всех видов технического обслуживания машин, ч;
tв - суммарное время восстановления работоспособности машин, ч. Коэффициент готовности kт характеризует вероятность того, что машина окажется работоспособной в произвольный момент времени, кроме периодов выполнения планового технического обслуживания. Статистически kт определяют отношением времени безотказной работы к сумме времени безотказной работы и времени простоя (за исключением периодов времени плановых ремонтов и технического обслуживания):

где То - среднее время безотказной работы (наработка на отказ), ч;
Тв - среднее время восстановления, ч.
Из выражений (10.1) и (10.2) следует, что чем меньше среднее время восстановления и суммарные простои, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом, тем выше показатели этих коэффициентов, а следовательно, выше эффективность использования машины при эксплуатации.
Перспективные конструкции, материалы и технологии их изготовления позволяют комплексно решать задачи ресурсосбережения и экологической безопасности.