1892

2. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ, ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН

НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ИХ АГРЕГАТОВ, СИСТЕМ И УЗЛОВ

2.1.Условия эксплуатации машин в зимнее время, в том числе

вклиматических районах Крайнего Севера

Одним из основных направлений повышения эксплуатационной производительности машины при заданном уровне ее конструктивной (технической) производительности является увеличение коэффициента использования машины по времени КВ:

где tсм – время работы машины в течение смены; tТ – продолжительность простоев машины на технологическое обслуживание; tТО – продолжительность простоев машины на периодическое техническое обслуживание; tрем – продолжительность простоев машины на все виды ремонтов; tорг – продолжительность простоев машины по организационным причинам и метеоусловиям.

Коэффициент КВ можно повысить за счет:

–сокращения времени подготовки машины к использованию в сменное время, особенно в зимних условиях эксплуатации;

–сокращения времени на ежесменное обслуживание, которое выполняется в сменное время работы машины;

–назначения рациональных нагрузочных и скоростных режимов работы машины;

–выбора рациональных схем использования машины при выполнении работ;

–четкой организации работ, что значительно сокращает потери времени по организационным причинам;

–качественного и своевременного проведения технического обслуживания и ремонтов машины в условиях стационарной базы и на местах производства строительных работ, применения рациональных методов диагностики в ходе выполнения работ обслуживания;

–создания необходимых условий труда машинистам (операторам) машин, специалистам-ремонтникам, повышения трудовой дисциплины персонала.

19

В рекомендациях МДС 12-13.2003 дана методика расчета годовой эксплуатационной производительности (выработки) машин с учетом следующих основных показателей [9]:

–коэффициента использования машины по времени в году;

–коэффициента использования внутрисменного времени;

–показателя использования машины по производительности в году. Перечисленные показатели позволяют выполнять оценку

эффективности использования машин по времени и производительности. При расчетах режимов работы машин перерывы в их использовании учитывают простои по метеорологическим условиям для различных температурных зон (I-VI) и затраты времени на их перебазировку. В отношении коэффициента использования внутрисменного времени КВ рекомендовано определять его на основании данных систематических наблюдений о внутрисменных потерях рабочего времени на эксплуатирующем машины предприятии (местные условия эксплуатации машин). В случаях, если эти данные отсутствуют, предложено использовать значения КВ, приведенные в СП 12-134-2001.

Дополнительными показателями оценки эффективности использования машин могут служить данные МДС 12-13.2003 анализа режимов работы, полученные путем сравнения фактических затрат времени на перебазировку машин, техническое обслуживание и ремонт машин, потерь рабочего времени в связи с неблагоприятными метеорологическими условиями и непредвиденными причинами с затратами времени, предусмотренными в режимах работы.

Следует отметить важное обстоятельство, что перерывы в использовании машин, особенно в зимних условиях эксплуатации, должны учитывать потери времени на подготовку их к использованию: разогрев силовой установки машины, пуск и последующий прогрев двигателя, разогрев рабочей жидкости в гидравлическом приводе рабочего оборудования машины. При этом в зимних условиях эксплуатации потери времени на подготовку машины к использованию могут составить от одного до двух часов сменного времени работы при температуре окружающего воздуха минус 40 оС и ниже [6].

С учетом климатических условий эксплуатации на территории Российской Федерации (РФ) СДКМ должны быть приспособлены к использованию по прямому назначению в широком диапазоне температур окружающего воздуха. ГОСТ 15150 является основным нормативнотехническим документом, устанавливающим исполнение, категорию, условия «эксплуатации, хранения и транспортирования…….» технических изделий в зависимости от воздействия климатических факторов внешней среды. По этому стандарту критерием районирования территории страны

20

является температура окружающего воздуха. При этом выделено два основных макроклиматических района [8]:

–макроклиматический район с умеренным климатом – У, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха может составить до минус 45 °С;

–макроклиматический район с холодным климатом – ХЛ, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха может составить ниже минус 45 °С.

Соответственно макроклиматическим районам на территории РФ для технических изделий, в том числе СДКМ, установлены следующие климатические исполнения:

–для макроклиматического района с умеренным климатом – исполнение У;

–для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом

–УХЛ и холодным климатом – исполнение ХЛ.

Причем, если основным назначением изделия (машины) является эксплуатация в районе с холодным климатом и экономически нецелесообразно их использование вне пределов этого района, вместо УХЛ рекомендуется ХЛ [9].

Кроме хладостойкости основных составных частей, технические характеристики машины в «северном исполнении» должны сочетать противоречивые параметры, такие как:

–минимальная эксплуатационная масса и конструктивная прочность ее составных частей;

–энергоэффективность силового агрегата и минимальные динамические нагрузки на агрегаты трансмиссии, а также агрегаты и узлы привода рабочего оборудования;

–малая стоимость и достаточно высокие показатели надежности (показатели безотказности и долговечности машины).

Кроме того, к машинам предъявляются повышенные экологические требования. Так, например, тундра территорий Крайнего Севера не «выдерживает» воздействия гусеничного хода машин. Соответственно конструктивное исполнение машины должно предусматривать возможность использования уширенных гусениц гусеничного движителя

ееходовой части.

Важно отметить то обстоятельство, что в Российской Федерации, где больше половины территории страны – это территории «Севера», до настоящего времени предприятия-изготовители не обеспечивают рынок машин в их «северном исполнении».

Под термином «северное исполнение» следует подразумевать соответствие машины требованиям стандарта или ее эксплуатационную

21

пригодность к использованию по назначению при низких отрицательных температурах окружающего воздуха до минус 60 ºС.

Машины, которые в настоящее время выпускают отечественные предприятия, следует относить к категории У (исполнение для умеренного климата), в лучшем случае УХЛ (исполнение для умеренно - холодного климатического района) с предельным значением отрицательных температур окружающего воздуха по условиям эксплуатации минус 40 ºС.

Неблагоприятные климатические факторы оказывают существенное влияние на работоспособность и показатели надежности не только машин отечественных предприятий – изготовителей, но также и зарубежных фирм. Опыт эксплуатации экскаваторов и других СДКМ фирмы Caterpillar в условиях Крайнего Севера свидетельствует о массовом выходе из строя гидроагрегатов в зимних условиях эксплуатации машин при низких отрицательных температурах окружающего воздуха. Так, например, из содержания технических отчетов ООО «Восточная Техника» при эксплуатации экскаваторов в 2006 г. при экстремально низких температурах минус 45 ºС возникла серия однотипных поломок (разрушение крышки бортового редуктора) по причине деформации и потери свойств уплотнительного сальника гидравлического мотора хода и перетекания рабочей жидкости в полость бортового редуктора. Место работы машин – Якутия/Саха, п. Витим [10].

Территория суши Российской Федерации разделена на два макроклиматических и 8 основных климатических районов (рис. 2.1). Холодный макроклиматический район включает в себя два климатических района с очень холодным (I1) и холодным климатом (I2). Умеренный макроклиматический район включает основные климатические районы: умеренный холодный (II4), умеренный (II5), умеренный влажный (II6), умеренный теплый (II7), умеренный теплый влажный (II8), умеренный теплый с мягкой зимой (II9).

Перечень и основные критерии климатических районов территории Российской Федерации представлены в прил. 9. Как видно из прил. 9, основным критерием климатического района по условиям эксплуатации машины является средняя в течение самого холодного в зимнем периоде и средняя в течение самого жаркого в летнем периоде месяцев температура окружающего воздуха. Для зимнего периода эксплуатации машины это средняя температура в январе. Для летнего периода эксплуатации машины это средняя температура в июле с учетом средней относительной влажности воздуха. Для условий эксплуатации машины в зимнем периоде учитывается также число дней в году с минимальными температурами воздуха ниже минус 45 °С.

Зимний период эксплуатации в различных климатических районах может составлять 6 – 8 месяцев от общей продолжительности

22

эксплуатации машины в течение календарного года. При этом в зимних условиях вследствие значительных простоев машины, повышенного расхода топлива себестоимость строительных работ увеличивается в отдельных случаях в 1,5 – 2 раза, а сменные нормы могут выполняться только на 25 – 50%. Расход

23

топлива может увеличиваться до двух раз к установленной норме [10].

В своде правил по проектированию и строительству СП 12-104-2002 выделены основные факторы, усложняющие эксплуатацию строительных машин в зимнем периоде их эксплуатации [11]:

–низкая температура окружающего воздуха и ее резкие колебания;

–наличие снежного покрова;

–сильные ветры и метели.

Факторы, указанные выше, приводят к снижению производительности, увеличению расхода энергоносителей и общей стоимости эксплуатации машин в результате действия следующих особенностей в зимнем периоде эксплуатации:

–повышения сопротивлений разрушению и копанию мерзлых грунтов

исмерзшихся сыпучих материалов, отрыва примерзших к грунту грузов, строительных изделий и конструкций;

–снижения прочности металлоконструкций, канатов, а также пневматических шин и других деталей из неметаллических материалов;

–ухудшения дорожно-грунтовых условий передвижения и перебазировок машин;

–затруднения пуска двигателей и поддержания их эксплуатационного теплового режима работы;

–увеличения внутренних сопротивлений в гидроприводах и механических трансмиссиях, снижения в связи с этим тяговых усилий и рабочих скоростей машин;

–накопления и замерзания конденсата воды в гидравлических и пневматических системах, снижающие надежность систем управления машинами;

–ухудшения физического состояния и работоспособности персонала, обслуживающего машины;

–увеличения выбросов вредных (загрязняющих) веществ. Особенности эксплуатации машин при низких температурах

окружающего воздуха в основном проявляются в следующем:

– затрудняется пуск двигателей силовых установок машин

(рис. 2.2);

–усложняется техническое обслуживание и ремонт машин по причинам уменьшения светлого времени суток, а также увеличения трудоемкости выполнения работ;

–ухудшаются условия смазки трущихся деталей узлов и агрегатов машин;

–может существенно уменьшаться эффективная мощность двигателя, следовательно, производительность машин, повышается расход топлива и моторных масел;

25

–затрудняется использование рабочего оборудования машины, начало

еедвижения с места межсменного хранения из-за застывания смазки в агрегатах трансмиссии и узлах ходовой части, примерзания узлов ходовой части к грунту, ухудшения тягово-сцепных свойств гусеничного (колесного) движителя машины;

–значительно возрастают усилия на органах управления рабочим оборудованием и агрегатами, усложняются перебазировки машин из-за сопротивления движению и буксования при движении по сильно пересеченной местности;

–изменяются физико-химические свойства топлива, масел, смазок и рабочих жидкостей, а также деталей машин, изготовленных из резины, пластмасс, хрупких сплавов.

Низкие отрицательные температуры окружающего воздуха в зимнем периоде эксплуатации машины

Обеспечение эффективной эксплуатации машины в зимнее

Рис. 2.2. Условия эксплуатации и средства обеспечения эффективного использования машин в зимнее время

26

При нарушении правил зимней эксплуатации, а также по причинам влияния неблагоприятных климатических факторов могут возникать следующие неисправности и отказы:

–частичное или полное размораживание двигателя, чаще радиатора системы охлаждения силовой установки машины;

–появление трещин в головке блока цилиндров, в стенках рубашек охлаждения двигателя вследствие резкого изменения температуры и проявления температурных напряжений (при сливе очень горячей охлаждающей жидкости, а также при пусках двигателя при ее недостатке или полном отсутствии в системе охлаждения);

–преждевременный износ или поломка пускового двигателя, электрического стартера из-за их перегрузки или увеличения продолжительности пусков;

–увеличенный износ, поломка шестерен и других деталей передаточных механизмов пусковых устройств;

–осмоление деталей двигателя при его продолжительной работе на пониженном тепловом режиме;

–увеличение количества накипи и отложений при частой смене охлаждающей жидкости в системе охлаждения;

–прекращение подачи топлива по причинам образования ледяных отложений и отложений парафинов в трубопроводах и фильтрах топливной системы;

–разрушение деталей, изготовленных из резины, пластмасс и хрупких сплавов;

–снижение плотности электролита, уменьшение емкости аккумуляторных батарей, появление трещин на крышке и корпусе батареи, разрушение положительных и отрицательных электродов в случае замерзания электролита;

–поломки деталей агрегатов трансмиссии из-за застывания смазки

иувеличенных нагрузках;

–поломки узлов и деталей ходовой части в результате забивания ее снегом и льдом.

Как видно, отрицательная температура окружающего воздуха является основным параметром, который ухудшает условия эксплуатации машин в зимнее время.

С целью повышения эффективности работы машин в экстремальных условиях Крайнего Севера ее комплектующие изделия, например электрическое оборудование машины, имеют специальное исполнение [11]. Для таких условий эксплуатации характерны не только низкие отрицательные температуры окружающего воздуха, но также бездорожье с резким увеличением механических воздействий (удары и вибрации) на

27

аккумуляторные батареи, электрические стартеры, генераторные установки, приборы и устройства.

Двигатель машины может, как правило, не выключаться в течение нескольких смен. В зимний период эксплуатации при отрицательных температурах применяют предпусковые подогреватели, групповые средства подготовки двигателей машин к пуску, дополнительное утепление и средства обогрева кабины и кузова машины, средства утепления АБ, а также средства обеспечения безопасности движения в условиях ограниченной видимости при снегопадах и тумане.

2.2. Влияние зимних условий эксплуатации машин на работоспособность их агрегатов, систем и узлов

Обеспечение надежного пуска двигателей является основной проблемой при эксплуатации машин зимой. Поэтому большая часть мероприятий, направленных на повышение надежности машин, сокращение сроков их подготовки к использованию, связана именно с подготовкой двигателей к пуску и их пуском.

В своде правил по проектированию и строительству СП 12-104.2002 представлена классификация основных средств, обеспечивающих пуск двигателей машин и эффективное их использование в зимних условиях эксплуатации. На рис. 2.3 представлены основные средства предпускового разогрева двигателей машин и средства, обеспечивающие «холодный» пуск двигателей. В соответствии с классификацией [11], средства, обеспечивающие эффективное использование машин в зимнее время, включают в себя:

–средства обеспечения пуска двигателя машины;

–средства подготовки к работе трансмиссии машины;

–средства отопления кабины машины.

Средства обеспечения пуска двигателя машины разделяют на средства:

–облегчения пуска двигателя;

–тепловой подготовки двигателя к пуску;

–поддержания заданного теплового состояния в межсменный период работы машины.

Перечисленные выше средства могут быть индивидуальными или групповыми, зависимыми от работы двигателя или автономными.

Конструктивное исполнение средств, обеспечивающих облегчение пуска двигателей машин, позволяет снизить минимальную пусковую частоту вращения коленчатого вала двигателя или обеспечить успешный пуск за счет использования пусковых устройств повышенной мощности.

28