Надежность — ключевое слово, но проектировать «на дурака» — не тот принцип, считают ученые
В скором времени один из технически сложных узлов карьерного самосвала — редуктор мотор-колес — больше не будет преподносить неприятных сюрпризов водителям. Это подтверждают ученые Объединенного института машиностроения НАН Беларуси и специалисты Белорусского автозавода, завершившие на Полтавском горно-обогатительном комбинате предварительные испытания уникального диагностического комплекса для вибромониторинга технического состояния этого ответственного и в значительной степени определяющего надежность самосвалов узла.
Система вибромониторинга в исполнении белорусских ученых — это наполненные электроникой небольшие коробочки, устанавливаемые на корпусах редукторов каждого из двух мотор-колес БелАЗа, которые собирают поступающую от датчиков информацию о вибрации и с помощью бортового компьютера определяют техническое состояние узлов. Горящая зеленая лампочка в кабине водителя означает, что проблем с техникой у него в ближайшее время не предвидится, желтая говорит о том, что вопросы появились, но ездить пока можно, а красная сигнализирует о том, что пора направляться на станцию обслуживания.
Для водителя этой информации достаточно, а для инженеров компьютер сразу же выдаст более детальные сведения о том, началась ли точечная коррозия металла, появилась ли на шестерне трещина, износились ли ее зубья или обломался один из них. Ведь у каждого дефекта есть свой «голос», выделить который из общего «хора» позволяет программное обеспечение диагностической системы. Более того, после накопления для однотипных конструкций информации о виброакустических характеристиках редукторов в зависимости от пробега система будет способна точно предсказывать, сколько времени конкретному элементу узла осталось работать до выхода из строя.
Такой мониторинг позволяет экономить большие деньги, так как фактически ученые замахнулись на «священную корову» машиностроения — планово-предупредительный ремонт, без которого, казалось, никак нельзя было обойтись.
— Дело в том, — поясняет один из авторов научной разработки заместитель директора Научно-технического центра «Карьерная техника» Объединенного института машиностроения НАН Беларуси Николай Ишин, — что по сложившейся практике завод-изготовитель регламентирует разборку и осмотр узлов самосвала после пробега определенного количества километров. Иногда такая процедура оказывается полезной, и удается вовремя выявить возникший дефект. Но чаще всего, вскрыв узел, слесари убеждаются, что он находится в нормальном состоянии, и собирают его заново. Вот тут-то и возникают проблемы. Детали того же редуктора притерлись друг к другу, работают как часы, а при переборке они устанавливаются уже немного не так, как прежде. И создаются условия для ускоренного износа. Установлено, что каждая такая неоправданная переборка отнимает у проверяемого узла от 6 до 10 % ресурса. Кроме того, автохозяйства несут дополнительные расходы за счет оплаты труда персонала, занятого на такой разборке-сборке, а также из-за неоправданной закупки запчастей. Поэтому и возникла потребность в системах мониторинга, позволяющих оценить состояние узла, не разбирая его, чтобы без нужды не прерывать эксплуатацию автомобиля. Такой подход особенно оправдан, когда речь идет о карьерных самосвалах — машинах чрезвычайно дорогих и работающих в рудниках круглые сутки.
Именно эксплуатирующие карьерную технику организации и подтолкнули науку и машиностроителей к поиску новых средств диагностики редукторных систем. Правда, абсолютно новым словом в технике вибромониторинг назвать нельзя. Он применяется, например, в энергетике, на нефтегазоперекачивающих станциях, в авиации. Но турбины и компрессоры работают в относительно стабильном нагрузочно-скоростном режиме. И даже авиационные редукторы, когда самолеты ложатся на курс, испытывают равномерную нагрузку. Поэтому к сопровождающим работу механических систем вибрациям там проще прислушиваться и анализировать. А вот автомобили работают в постоянно изменяющихся условиях (подъемы, уклоны, разгоны, торможения), поэтому систему вибромониторинга для них пришлось разрабатывать с учетом этих условий, и она получилась гораздо более наукоемкой.
Аналогов у отечественной разработки пока нет. Поэтому внедрение новинки в практику планируется провести предельно быстро. В ближайшее время Белорусский автозавод планирует оплатить изготовление 6 комплектов системы мониторинга и оснастить ими самосвалы, которые будут эксплуатироваться в карьерах России. После эксплуатационных испытаний новой системой должны будут оснащаться все серийные машины. Вернее, покупателям будет предлагаться опция, и они вряд ли от нее откажутся, так как понимают, что, потратившись на дополнительную электронику, они могут много сэкономить при эксплуатации, обеспечив при этом более высокую безопасность и рентабельность своих машин.
— Эта разработка — одна из нескольких тем, входящих в большой проект, выполняемый нами совместно с Институтом машиноведения имени А.А. Благонравова Российской академии наук за счет средств национальных фондов фундаментальных исследований, — говорит заместитель директора по научной работе Объединенного института машиностроения НАН Беларуси доктор технических наук Владимир Альгин. — Речь идет об изучении процессов накопления повреждений в ходе эксплуатации машин, прогнозировании ресурса на стадии проектирования и создании методов оценки надежности. Присутствие россиян в этом проекте для нас очень важно, так как в разработке нормативной базы в области безопасности техники и ее надежности Россия продвинулась гораздо дальше, чем Беларусь, а потому нам есть что у них позаимствовать. Среди проблем, которые решаются нами в ходе исследований, можно, например, назвать оценку расхода ресурса машины, которая дается исходя из расхода ресурса ее составных частей. Это очень непростое дело, но мы уже близки к разработке методов, которые позволят получать ответ с учетом реальных условий эксплуатации техники, периодов ее неиспользования, например, длительного хранения, действия времени, как своеобразного повреждающего фактора. Эта проблема особенно важна для технических объектов с продолжительным сроком службы.
Поскольку одна из задач, стоящих перед наукой, в том числе академической, — это отслеживание мировых тенденций всего лучшего, что есть в мире, то много внимания мы уделяем зарубежному опыту, — отметил ученый. — Например, важнейшее направление, которое сейчас активно развивается в области безопасности и надежности, — это так называемая «функциональная безопасность» технических объектов, которые, помимо механических (а также гидравлических, пневматических) компонентов, содержат электрические, электронные и компьютерные системы. На эти системы возлагается функция обеспечения приемлемого риска при эксплуатации объекта (например, гибели водителя и пассажиров при движении автотранспортного средства). За рубежом разработаны и эффективно применяются нормативные документы, которые регламентируют требования к подобным системам при проектировании. Россия по этому направлению ввела у себя базовые западные стандарты. Мы имеем собственные разработки, которые, в отличие от западных подходов, более глубоко учитывают поведение механических и основанных на них комбинированных систем. Это особенность отечественной школы надежности. В последнее время такие разработки востребованы в основном для оценки надежности (ресурса) специальной техники.
— Следует отметить, — подчеркнул Владимир Альгин, — что оценка и обеспечение надежности продукции на Западе приобрела масштаб целой индустрии. Действует целая отрасль в области разработки и применения программных комплексов, позволяющих рассчитывать надежность выпускаемой техники. Эффективность подобного комплекса основана на том, что он в себе содержит все требования к изделию, обширные базы данных по компонентам, из которых потом складываются готовые изделия. Это мощный инструмент для инженеров, поскольку позволяет на этапе проектирования рассчитывать надежность техники, оценивать ее жизненный цикл, отслеживать, какие происходят в процессе эксплуатации отказы. За рубежом такое программное обеспечение и расчеты обязательны для производителей. В нашей же стране они не имеют поддержки из-за отсутствия соответствующей нормативной базы для его использования, а отдельные документы, которые разрозненно переведены из зарубежных источников, не гармонизированы с нашей реальностью. В результате наши машиностроители, часто исповедывающие принцип проектирования «на дурака», то есть создающие заведомо грубые и не вполне экономичные узлы и системы, способные терпеть ошибки неумелого пользователя, во многих случаях не могут соперничать на равных с зарубежными конкурентами. Хотя по отдельным позициям и достигают высоких технических характеристик.
Специалисты считают, что белорусско-российский исследовательский проект позволит заложить в машиностроение новые принципы, вывести культуру проектирования, производства и эксплуатации на тот же высокий уровень, который существует в промышленно развитых странах. Разумеется, произойдет это не в одночасье. Но вектор движения уже понятен. Причем понятен не только науке, но и производству, где начинают осознавать, насколько важно не отставать от мировых тенденций.
