Методы оценки надежности и качества ПА

Надежность ПМ, их механизмов и систем тесно связана с их качеством. В теории надежности машины механизмы и их элементы называют изделиями.

Понятие качества включает соответствие изделий условиям их эксплуатации, приспособленность их к эффективному использованию, к возможностям человека. Перечисленные требования – необходимые, но недостаточные условия создания качественных изделий. Низкая надежность изделий в эксплуатации обесценивает их, какими бы другими высокими показателями они не обладали. Поэтому надежность – важнейшая составная качества.

Надежность изделий оценивается на всех этапах их создания и применения. Ошибки проектирования, недостатки изготовления и упущения в эксплуатации сказываются на их надежности. Поэтому появление теории надежности – это следствие проблемы: как сохранить основные параметры технических характеристик изделий в допустимых пределах на протяжении заданного срока службы.

Существует два основных подхода к оценке надежности изделий: функциональный и вероятностно-статистический.

При первом подходе о надежности машины судят по одному или нескольким параметрам или показателям, определяющим ее техническое состояние. Выход параметра (показателя) за допустимые пределы означает недопустимое падение надежности. Этот подход позволяет давать заключение о надежности конкретного образца изделия, используя безразборную диагностику машин.

При вероятностно-статистическом подходе оценивается надежность не конкретного образца, а данной модели (марки) изделия.

Надежность и ее оценка. Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. При этом должны соблюдаться два условия. Во-первых, изделие необходимо использовать только в заданных условиях и режимах работы. Во-вторых, изделие должно обслуживаться в полном объеме и с рекомендованной периодичностью.

Надежность – сложное свойство, слагающееся из более простых: безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.

Безотказность. Изделие, выполняющее свои функции в установленных параметрах, работоспособно. Нарушение работоспособности называют отказом.

Причинами отказов являются случайные или закономерные изменения в изделиях. Например, повреждение пожарного напорного рукава на пожаре падающим элементом конструкции – явление случайное. При этом рукав станет неработоспособным, наступит внезапный отказ. Такие отказы в оценке надежности не учитываются.

Все отказы, появляющиеся вследствие закономерных изменений, называются постепенными. Они и приводят к постепенному изменению технического состояния изделия. Отказы могут проявляться и внезапно (рис. 13.12). Так, непрерывное изнашивание деталей уплотнения вала пожарного насоса приведет к тому, что невозможно будет забрать воду из постороннего источника.

Рис. 13.12. Классификация отказов машин

Причинами отказов могут быть недостатки конструкций изделий, дефекты производства. Отказы могут появляться вследствие несоблюдения режимов использования изделий. На АЦ около 60 – 70% отказов приходится на специальные агрегаты (вакуумные системы, насосные установки).

Свойство изделий сохранять работоспособность называют безотказностью.

Безотказность ремонтируемых изделий оценивается наработкой на отказ Т_о, ч (км)

, (13.4)

где t_i– наработка i-го изделия (объекта) до отказа (в км или часах работы); N – число испытываемых объектов; r – число отказов за время испытаний.

В случае неремонтируемых изделий оценивается вероятность их безотказной работы, %

, (13.5)

где N(t) – число изделий, оставшихся работоспособными ко времени t.

На практике возможна оценка вероятности безотказной работы и ремонтируемых изделий при условии, что они не восстанавливаются. Примеры оценки таких изделий показаны на рис. 13.13. На основании такой оценки возможно определять количество изделий, которые могут потребовать ремонта после определенного пробега, например, пожарного автомобиля.

В настоящее время в промышленном производстве существуют жесткие требования по безотказности изделий. Так, в Нормах пожарной безопасности установлена гамма-процентная (g = 80%) наработка пожарного насоса и его привода до отказа, которая должна быть не менее 150 ч для насоса типа ПН-40УВ и 200 ч для насосов НЦП. Гамма-процентный (g = 80%) ресурс специальных агрегатов до первого капитального ремонта ПА должно быть не менее 1500 ч.

Кроме безотказности оценивается ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения ремонтов или технического обслуживания. Оценивается она средним временем восстановления работоспособности изделия, ч,

, (13.6)

где m – количество восстанавливаемых изделий; t_i – продолжительность восстановления.

Сохраняемость. Свойство изделия сохранять работоспособное состояние во время и после хранения. Оценивается по Т₀ и Т_в.

Долговечность. Это свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и Р. Для ее оценки устанавливается срок службы в годах и гамма-процентный ресурс до капитального ремонта. Например, при g=80 % не менее 80 % всех изделий должны быть работоспособными до капитального ремонта.

Комплексные показатели надежности. Сопоставляя Т₀ и Т_в, трудно однозначно оценивать надежность, поэтому введены комплексные показатели:

коэффициент готовности ;

коэффициент технического использования

(13.7)

где t_сум – суммарная наработка всех объектов; t_рем – суммарное время простоев при ремонте; t_обс – суммарное время обслуживания,
К_о.г – коэффициент оперативной готовности

К_о.г = К_г Р(t). (13.8)

Необходимым является следующее требование: в течение средней продолжительности тушения пожара, равной 2 ч, не должно быть отказов пожарной техники. Это оценивается коэффициентом оперативной готовности

К_о.г= К_гР(t) ≥ 0,96, (13.9)

т.е. не менее 96 % всех ПА при тушении пожаров не должны иметь отказов.

Управление надежностью. Надежность объектов закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается при эксплуатации (рис. 13.14).

При проектировании пожарной техники требуемый уровень надежности обеспечивается: рациональной схемой устройств или механизмов, использованием стандартных деталей. Кроме того, предусматривается ограничение режимов использования и введение в конструкцию ограничительных устройств и т.д.

В обсуждении эскизных и рабочих проектов принимают участие специалисты ПО. Они проверяют выполнение требований технических условий в проектах.

В производстве ПА контроль осуществляет военная приемка из представителей ГУ ГПС. Под их руководством производятся заводские испытания выпускаемых машин.

Рис. 13.14. Влияние оценки надежности на совершенствование пожарной техники

Приемосдаточным, периодическим испытаниям и испытаниям установочной серии подвергается продукция, выпускаемая серийно.

Оценка надежности и ее поддержание осуществляется при эксплуатации. На основании обобщения надежности, проводимой исследователями, разрабатывается комплекс мероприятий, перечисленных в правой части рис. 13.14. Разработка этих мероприятий – основа управления надежностью.

Оценка качества изделий. Качество продукции – это совокупность свойств, обусловливающих ее способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Для оценки качества ПТ приняты три уровня: нулевой, первый и второй. Поэтому оцениваются комплексные показатели, групповые gи единичные.

Единичные показатели оценивают следующим образом:

, (13.10)

где i – число принятых к оценке показателей; F_i и F_iν – значения оцениваемого (i) и базового (iν) показателя.

Для всех показателей q_i устанавливают (экспертным путем) их значимость (весомость m_i , табл. 13.2). При этом сумма всех ∑m_i = 1.

Если часть q_i > 1, а часть q_i < 1, то используют другие показатели.

Главный показатель качества отражает основное назначение изделия. Для автоцистерн это может быть их вместимость, для двигателей внутреннего сгорания – мощность и т.д.

Интегральный показатель качества определяется при установлении суммарного полезного эффекта от эксплуатации изделия и затрат на его изготовление. Его вычисляют по формуле

, (13.11)

где П_∑ – суммарный полезный годовой эффект, руб/м³; З_с – суммарные капитальные затраты на изготовлении продукции, руб.; З_э – суммарные годовые эксплуатационные затраты, руб.; φ(f) – поправочный коэффициент (см. табл. 13.3).

Таблица 13.2

Показатели	Коэффициенты весомости	Примечание

Назначения Масса Колесная формула Компоновочная схема Число мест боевого расчета Удельная мощность Максимальная скорость Габаритная длина и высота		0,20	0,012 0,039 0,010	Классификационные показатели
Надежности Коэффициент оперативной готовности		0,18	0,072
Средний ресурс до капитального ремонта Средний срок до списания			0,057 0,051

Окончание табл. 13.2

Показатели	Коэффициенты весомости	Примечание

Эргономические Уровень освещенности в кабине Усилия, прикладываемые к органам управления лафетными стволами		0,16		0,012 0,012
Эстетические		0,13	1-3	0,04-0,05
Технологичности		0,14	1-5	0,001-0,063
Унификации и стандартизации		0,12	1-3	0,036-0,042
Патентно-правовые		0,07	1-2	0,034-0,036

Таблица 13.3

Срок службы, год	φ(f)
	1,000 0,539 0,262 0,174 0,149

Средневзвешенный арифметический показатель качества. Для пожарных автомобилей принято семь К обобщенных групповых показателей с коэффициентами весомости М_j: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, унификации, стандартизации и патентно-правовые. Показатели весомости определяются экспертами, они должны отвечать условию S M_j= l, а также ∑m_i= M_j, где
l – число показателей в каждой группе j (см.табл. 13.2).

Для оценки качества выбирается лучший образец в качестве базового. Для всех j показателей определяют относительные показатели

или ,

где j = 1 - 7 – число принятых в оценке показателей; F_j – значение j-го показателя оцениваемого изделия; F_j_v – значение j-го базового показателя.

Комплексный показатель качества определяют таким образом:

_,(13.12)

где К – число групповых показателей в рассматриваемом случае К = 7.

Оценку качества производят для обоснования требований к новой пожарной технике.

13.3. Система технического обслуживания и ремонта
пожарных автомобилей

Пожарные автомобили, выполняя боевые задачи, расходуют огнетушащие вещества, горючесмазочные материалы. Кроме того, необходимо производить замену мокрых пожарных рукавов сухими. Для восстановления технической готовности ПА необходимо пополнять запасы огнетушащих веществ и горючесмазочных материалов.

С увеличением пробега ПА ухудшается работа всех систем, изнашиваются рабочие поверхности деталей. Для предотвращения отказов в работе систем и механизмов необходимо периодически восстанавливать их работоспособность.

Комплекс работ по поддержанию технической готовности ПА и работоспособности их систем и механизмов называется техническим обслуживанием (ТО).

При эксплуатации ПА расходуется определенный ресурс. Отдельные механизмы по различным причинам могут выходить из строя, появляются неисправности.

Комплекс работ по восстановлению исправности или работоспособности механизмов или систем и восстановлению их ресурса называется ремонтом (Р).

Для технического обслуживания и ремонта ПА необходимы определенное оборудование, документация на их проведение и исполнители, т.е. нужны определенные силы и средства. Совокупность взаимосвязанных средств: документации технического обслуживания, ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества механизмов и систем, составляет систему технического обслуживания и ремонта (ТО и Р).

В ГПС, как и во всей стране, принята планово-предупредительная система ТО и Р. Ее сущность состоит в том, что планируется периодичность ТО и Р и объем их работ. Однако ТО проводится в обязательном порядке, а ремонт – по необходимости.

Для реализации системы ТО и Р необходимо знать периодичность
Т_кмпроведения работ по ТО и ремонту и трудоемкость t_чел.-ч их выполнения.

Трудоемкость выполняемых работ по обслуживанию механизмов и систем определяют методом хронометрирования и обычно задается в человеко-часах (t, чел.-ч). Для обслуживания ПА в целом определяется срок (в сутках), в течение которого оно должно быть произведено.

Периодичность проведения технического обслуживания обозначают буквой Т с индексом, указывающим на вид ТО и Р. Например: Т_ТО-1 – периодичность проведения технического обслуживания ТО-1, Т_КР – капитального ремонта и т.д.

Аналогично обозначается и трудоемкость t технических воздействий.

Периодичность Т проведения технического обслуживания регламентируется величинами пробега ПА в км или в часах работы агрегата. Она может определяться различными методами.

Трудности определения периодичности технического обслуживания обусловлены разнообразием выполняемых работ. Обычно ТО включает несколько видов работ: смазочные, крепежные, регулировочные. Кроме того, каждый механизм и система имеют свою оптимальную периодичность обслуживания.

Периодичность ТО может определяться по так называемым стержневым операциям. В соответствии с этим методом периодичность ТО приурочивается к оптимальной периодичности наиболее важных (стержневых) операций. Такими операциями могут быть операции, обусловливающие безопасность движения, операции, характеризующиеся большой трудоемкостью работ, требующих специального оборудования и др. Периодичность проведения таких операций принимается за основу, и к ним присоединяют операции ТО других механизмов.

Используется также технико-экономический метод (рис. 13.15). Удельная стоимость обслуживания С руб./км тем меньше, чем больше пробег Т_км(кривая 1). Однако при этом возрастает удельная стоимость ремонта (кривая 2). Периодичность обслуживания определяется по минимальному значению суммы С_ТО и С_Р (кривая 3).

Особенности системы ТО и Р в ГПС. Система ТО и Р обеспечивает и поддерживает техническую готовность ПА. Все работы по ТО можно разделить на регламентные и плановые (схема на рис. 13.16). К регламентным работам относятся: ежедневное ТО (ЕТО), обслуживание на пожаре ТО_п, после пожара ТО_пп, обслуживание после первого пробега 1000 км и через 10 дней (аккумуляторные батареи). К плановым относятся технические обслуживания ТО-1, ТО-2 и сезонное обслуживание ТО_с. При этом обслуживание, обозначенное А, проводят в пожарных частях, а Б – в подразделениях технической службы.

Трудоемкость t_чел.-ч и величина периодичности обслуживания Т_кмопределяют режимы ТО.

Рис. 13.16. Классификация видов ТО

ЕТО – производится при смене караула водителем и пожарными под руководством начальника караула. Обслуживание включает проверку заправки всех систем, наличие ПТВ и его исправность, проверяется работа двигателя на холостом ходу, система всасывания пожарного насоса. Для различных ПА работа двигателя на холостом ходу находится в пределах
3 – 10 мин.

Распределение обязанностей водителя (В) и пожарных (П) показаны на рис. 13.17.

Трудоемкость обслуживания составляет от 70 до 75 чел.-мин.

ТО_п – на пожаре не нормируется. Оно включает контроль работы двигателя и насоса. По окончании тушения пожара промывают водой водопенные коммуникации и ПН, если пожар тушили пеной, заполняют цистерну водой. Периодически подают смазку в сальниковый стакан насоса. При следовании в часть проверяют работу приводов управления, тормозов.

ТО_пп – после тушения пожара и возвращения в пожарную часть. После тушения пожара должна быть восстановлена боевая готовность ПА. Емкости машин заполняются ГСМ и ОВ, заменяются пожарные рукава, выполняются все работы ЕТО.

Рис. 13.17. Распределение обязанностей пожарных при проведении ЕТО

Трудоемкость работ установлена экспериментально и составляет в среднем 110 чел.-мин. При полном составе боевого расчета, равном 6 человек, продолжительность обслуживания не боле 20 – 25 мин. Ответственность за выполнение работ возложена на начальника караула.

ТО-1 проводится в пожарных частях. При его проведении выполняются все работы ЕТО и дополнительные работы, регламентированные для каждого типа ПА в «Наставлении по технической службе в ГПС МВД России».

ТО-1 проводится после общего пробега ПА, равного 1500 км (для специальных ПА после 1000 км), но не реже одного раза в месяц.

Общий L_обпробег ПА определяют суммой

L_об = L_сп + 50t, (3.13)

где L_сп– пробег ПА по спидометру, км; t – работа пожарного насоса, ч.

Примерное распределение выполняемых работ боевыми расчетами показано на рис. 13.18. Для проведения ТО-1 ПА выводят из боевого расчета на 1-2 дня. Работы выполняют водители (В) и пожарные (П).

При ТО-1 может выявиться необходимость ремонта агрегатов. Такой текущий ремонт называют сопутствующим. Он проводится для замены неисправного агрегата новым. Его объем не должен превышать 20 % объема ТО-1.

Техническое обслуживание ПА производят в зоне обслуживания V гаража пожарной части (рис. 13.19). Она включает пост мойки I, пост
ТО II, мастерскую поста III, кладовую при мастерской IV. На посту в мастерской находится комплект приборов и средств для диагностических работ. Кроме того, имеется комплект различного оборудования и пособий, номенклатура которых и размещение показаны на рис. 13.19.

Рис.13.18. Распределение обязанностей пожарных при проведении ТО-1

ТО-2 проводится после общего пробега ПА, равного 7000 км (для специальных ПА – 5000 км), но не реже одного раза в год. Постановка ПА на ТО-2 планируется. Обслуживание производится специалистами технических подразделений с участием водителей ПА. Трудоемкость обслуживания АЦ находится в пределах 55 – 75 чел.-ч. При этом на обслуживание шасси приходится 10-15 % общей трудоемкости. Для проведения ТО-2 пожарный автомобиль выводится из боевого расчета. Время пребывания ПА на обслуживании не должно превышать трех дней. Для ПА, находящихся в эксплуатации более 10 лет, увеличивается время простоя до 5 суток.

ПА, прошедший ТО-2, получает руководитель и старший водитель подразделения по акту сдачи.

Пожарный автомобиль, прошедший ТО, должен отвечать всем требованиям технической документации.

Сезонное ТО_с. Нормативы трудоемкости ТО_с составляют от трудоемкости ТО-2:

для очень холодного климатического района – 50 %;

для холодного климатического района – 30 %;

для прочих климатических районов – 20 %.

Ремонт ПА. Для ПА установлены основные агрегаты, базовые и основные детали в них. Например, основной агрегат – двигатель и сцепление. Базовыми деталями для него являются: блок цилиндров, головка блока цилиндров, коленчатый вал и т.д., основные детали перечислены в Наставлении по технической службе ГПС. Изложенная классификация важна для уяснения вида ремонтов.

В ГПС ремонт ПА подразделяется на следующие виды:

для автомобилей: текущий, средний, капитальный;

для агрегатов: текущий, капитальный.

Ремонты производят в пожарных частях и подразделениях технической службы (рис. 13.20).

Рис. 13.20. Места проведения ремонтов

Текущий ремонт (ТР) выполняется для обеспечения работоспособности механизмов или замены отдельных агрегатов, в том числе, одного основного. Кроме того, выполняются крепежные, сварочные, слесарно-механические и другие работы.

Трудоемкость ТР находится в пределах от 15 чел.-ч/1000 км (ГАЗ-66 и др.) до 20,5 чел.-ч/1000 км общего пробега (КамАЗ). Это в 2,5 – 3 раза больше планируемой трудоемкости на ТР базового шасси.

ТР может быть сопутствующим, т.е. выполняемый при проведении ТО-2, следовательно, его трудоемкость планируется. Кроме этого, он может проводиться по потребности, выявленной при эксплуатации или при контрольных осмотрах. ТР должен обеспечить безотказную работу отремонтированных изделий до очередного ТО-2.

Средний ремонт (СР) пожарного автомобиля предусматривается, если требуется капитальный ремонт двигателя. Возможна также замена нескольких агрегатов (в том числе, двух-четырех основных).

Пробег ПА до капитального ремонта двигателя находится в пределах от 70000 (ГАЗ-66) до 130000 км (КамАЗ 43102, Урал-43202).

Трудоемкость работ при СР находится в пределах от 315 чел.-ч (ГАЗ-66 и др.) до 450 чел.-ч (Урал-43202, КамАЗ). При этом до 50 % трудоемкости приходится на ремонт шасси.

Время простоя ПА в среднем ремонте не должно превышать 30 календарных дней.

Капитальный ремонт (КР) пожарного автомобиля заключается в его полной разборке, замене или капитальном ремонте большинства агрегатов, систем, приборов.

Капитальному ремонту подвергается ПА, если его кузов, кабина, пожарный насос и не менее двух основных агрегатов базового шасси требуют капитального ремонта. Этот ремонт необходим также, если техническое состояние ПА неудовлетворительное по результатам диагностирования.

ПА, сдаваемые в КР, должны быть в состоянии, позволяющем их передвижение своим ходом.

Агрегаты подвергаются КР в случае, если базовая и основные детали требуют ремонта, а также если работоспособность агрегата не может быть восстановлена или восстановление экономически нецелесообразно при ТР.

Основным методом ремонта является агрегатный метод. По этому методу неисправный агрегат заменяется новым или отремонтированным.

Периодичность пробега ПА до капитального ремонта изменяется в пределах от 80000 км (ГАЗ-66) до 170000 км общего пробега (ЗИЛ, КамАЗ). Трудоемкость КР находится в пределах от 520 чел.-ч (ГАЗ-66 и др.) до 800 чел.-ч (Урал 43202, КамАЗ, ЗИЛ-130). Это почти в два раза больше трудоемкости КР базового шасси.

Время простоя ПА в КР не должно превышать 60 календарных дней.

Отремонтированный ПА подвергается диагностированию или испытанию: автомобиль – пробегом 2 – 5 км, а агрегат – работой, продолжительностью 0,5 ч.

Перед установкой на боевое дежурство ПА должен пройти обкатку: после среднего ремонта – пробегом 150 км, а после КР – 400 км. В обоих случаях работа специального агрегата должна составлять 2 ч.

Ресурс АЦ, прошедшей капитальный ремонт, должен составлять не менее 50 % от ресурса новой, а значение нормативной массы АЦ не должно превышать нормативный параметр более, чем на 1 %.

13.4. Влияние природно-климатических условий
на эксплуатацию ПА

Природно-климатические условия характеризуются состоянием дорог и рельефом местности, а также климатом в районах дислокации ПА.

Природные условия – дорожные условия и рельеф местности определяют режимы движения ПА. Дорожные условия характеризуются технической категорией дорог. Вид и качество дорожных покрытий неодинаковы в городах с различной численностью населения, в пригородных зонах и за их пределами. Важным является и рельеф местности, т.е. высота над уровнем моря. Сочетание дорожных условий и рельефа местности характеризуют категорию условий эксплуатации ПА.

В нашей стране различают пять таких категорий. Их классификация дана в табл.13.4.

Таблица 13.4

Категории условий эксплуатации	Условия движения
за пределами пригородной зоны (более 50 км от границы города)	в малых городах (до 100 тыс.жителей и в пригородной зоне)	в больших городах (более 100 тыс. жителей)
I	Д₁– Р₁, Р₂, Р₃	-	-
II	Д₁– Р₄ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃	Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ Д₁– Р₁	-
III	Д₁– Р₅ Д₁– Р₅ Д₁– Р₄, Р₅ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р_4, Р₅	Д₁– Р₅ Д₁– Р₂, Р₃, Р₄, Р₅ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅	Д₁–Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ Д₁– Р₁, Р₂, Р₃ Д₁– Р₁
IV	Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅	Д₁– Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅	Д₁– Р₅ Д₁– Р₄, Р₅ Д₁– Р₂, Р₃, Р₄ Д₁–Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅
V	Д₆ – Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅

Примечание.

Дорожные покрытия:

Д₁ – цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д₂ –битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

Д₃ – щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;

Д₄–булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

Д₅ – грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами; лежневое и бревенчатое покрытия;

Д₆ – естественные грунтовые дороги, временные внутрикарьерные и отвальные дороги, подъездные пути, не имеющие твердого покрытия.

Тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря):

Р₁ – равнинный (до 200 м);

Р₂ – слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);

Р₃ – холмистый (свыше 300 до 1000 м);

Р₄ – гористый (свыше 1000 до 2000 м);

Р₅ – горный (свыше 2000 м).

Состояние дорожного покрытия характеризуется сцеплением jколеса с дорогой и сопротивлением f его качению.

Сила тяги на колесах , как известно, может быть реализована при условии

j Gg ≥ P_к ≥ f Gg (13.14)

при движении по горизонтальной дороге.

Величина j изменяется в широких пределах от 0,8 для асфальтобетонных дорог в сухом состоянии до 0,1, когда эта дорога обледенелая. При движении по асфальтовой дороге f = 0,015, а по песчаному грунту f = 0,3.

Следовательно, для реализации скоростных возможностей ПА необходимо тщательно обосновывать маршруты их следования по вызову, специально обучать водителей.

Категория условий эксплуатации оказывает большое влияние на режимы работы механизмов и систем ПА. Эти условия сказываются на интенсивности изнашивания рабочих поверхностей деталей, надежности их работы. В более тяжелых дорожных условиях потребуется уменьшение периодичности обслуживания, уменьшится пробег ПА до капитального ремонта и т.д.

Все нормативы по эксплуатации установлены для ПА, применяемых в третьей категории условий эксплуатации и умеренном климате в районе дислокации ПЧ.

Поэтому на практике корректируют периодичность проведения ТО-2, пробега до капитального ремонта, трудоемкость ТР. Значения коэффициентов корректировки К₁приведены в табл. 13.5.

Таблица 13.5

Кате-гория усло-вий эксплуатации	Обозначение категорий, i	Нормативы
Периодичность технического обслуживания	Удельная трудоемкость текущего ремонта	Пробег до капитального ремонта	Расход запасных частей
I II III 1V V		1,0 0,9 0,8 0,7 0,6	1,0 1,1 1,2 1,4 1,5	1,0 0,9 0,8 / 0,7 0,7 / 0,6 0,6 / 0,5	1,00 1,10 1,25 / 1,4 1,40 / 1,65 1,65 / 2,0

Примечание. В числителе пробег до капитального ремонта и расход запасных частей, а в знаменателе коэффициенты К для двигателей.

Рассмотрим процедуру корректировки периодичности Т_ТО-2для четвертой категории эксплуатации. Для этого обозначим для заданной категории условий эксплуатации , а для третьей и нормативную периодичность – . Тогда запишем , км.

Аналогично осуществляется корректировка всех нормативов, указанных в табл. 13.5, тогда:

, (13.15)

где i – категория условий эксплуатации; j – нормативы из табл. 13.5.

Необходимо полученные результаты округлять до сотен километров или целых единиц для запасных частей.

Климатические условия. Климат – многолетний режим погоды, свойственный данной местности. Вся территория страны разделена на 6 климатических районов от очень холодного до умеренного климата (табл. 13.6).

Таблица 13.6

Субъекты Российской Федерации	Климатические районы	К
Республика Саха (Якутия), Магаданская область	Очень холодный	1,3
Республика Алтай, Республика Бурятия, Республика Карелия, Республика Коми, Республика Тыва Края: Алтайский, Красноярский, Приморский, Хабаровский Области: Амурская, Архангельская, Иркутская, Камчатская, Кемеровская, Мурманская, Новосибирская, Омская, Сахалинская, Томская, Тюменская, Читинская, Еврейская автономная область	Холодный	1,2
Республика Башкортостан, Удмуртская Республика Области: Пермская, Свердловская, Челябинская	Умеренно холодный	1,1
Республика Дагестан, Республика Северная Осетия, Кабардино-Балкарская Республика, Чеченская Республика, Ингушская Республика. Края: Краснодарский, Ставропольский Области: Калининградская, Ростовская	Умеренно теплый, умеренно теплый влажный	0,9
Прибрежные районы морей: Черного, Каспийского, Азовского, Балтийского, Белого, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Беренгова, Охотского, Японского (с шириной прибрежной полосы до 5 км)	Районы с высокой агрессивностью окружающей среды	1,1
Остальные районы России	Умеренный

Примечания:

1. Субъекты Российской Федерации, не указанные в данной таблице, относить к конкретному климатическому району согласно действующим на их территории правительственным документам.

2. К – зональный коэффициент корректирования трудоемкости.

Основными климатическими факторами, влияющими на эксплуатацию ПА, являются температура воздуха, его относительная влажность, скорость ветра. В определенных районах важным является мощность осадков, например, снега. Они оказывают влияние на оперативную обстановку в регионе, продолжительность следования по вызову, тушение пожаров, техническое обслуживание и ремонт ПА.

Оперативная обстановка. Очень холодный и холодный климатические районы занимают более 80 % территории России; здесь проживает около 30 % всего населения. В ряде районов с холодным климатом более 30 % пожаров приходится на зимний период. Гибель людей на пожарах в зимние месяцы почти в два раза больше, чем в летние месяцы. Большое количество крупных пожаров приходится на районы с очень холодным и холодным климатом. Так, на каждые 10000 человек, проживающих в этих районах, в год приходится 0,55 крупных пожаров. В районах с умеренным климатом – только 0,026. Таким образом, в районах с холодным и очень холодным климатом на каждые 10000 человек приходится в 20 раз больше пожаров, чем в районах с умеренным климатом.

Следование на пожар. Продолжительность следования по вызову увеличивается зимой по двум причинам. Во-первых, зимой может уменьшаться φ и увеличивается f, особенно при вызовах в пригороды или за их пределы. Во-вторых, при низких температурах воздуха увеличивается время прогрева двигателя до номинальных температур охлаждающей жидкости, и следовательно, как показано на рис. 13.21, если температура охлаждающей жидкости t_о.ж= 70 – 75 ºС, то можно полностью нагружать двигатель. Это можно осуществить через 3,5 – 4 мин при начальной температуре t_о.ж= 50 ºС и через 6 – 7 мин – при t_о.ж = 20 ºС.

Рис. 13.21. Прогрев двигателя при движении АЦ-40(130)63Б:

летом: 1 – t_о.ж = 50 ^оС; 2 – t_о.ж = 20 ^оС; зимой: 3 – t_о.ж = 50 ^оС; 4 – t_о.ж = 10 ^оС

Обычно температура воздуха в гаражах не ниже 12 ºС. Такой же будет и температура охлаждающей жидкости в двигателе. Единственным путем увеличения скорости движения ПА будет содержание ПА на электроподогреве, например, при 50 ºС. В этом случае прогрев двигателя улучшится, а скорость движения ПА увеличится. В случае, если ПА содержатся в гаражах, имея более высокие температуры охлаждающей жидкости, то после их пуска расход топлива на прогрев уменьшается почти на 30 %. Кроме этого, почти на 40 % будут уменьшены пусковые износы двигателя, следовательно, увеличится его долговечность.

Пожарные автомобили выезжают на пожары в загородную зону, на тушение крупных пожаров в другие районы. В объектовых пожарных частях они могут продолжительное время находиться на открытых площадках, где производятся какие-либо технологические или, например, ремонтные работы. В этих случаях охлаждаются огнетушащие вещества и через несколько часов начнется замерзание воды и кристаллизация пенообразователя. Только в случае теплоизолированной цистерны (прямая 4 на рис. 13.22) снижение температуры воды будет небольшим.

Рис. 13.22. Охлаждение огнетушащих веществ в АЦ-40(130)63Б:

(t₀ = -27 ºС; скорость ветра 4 – 6 м/с)

А – стационарный режим; Б – транспортный режим

1 – вода в цистерне; 2 – пенообразователь ПО-6К в баке; 2А₁ – свежий
пенообразователь; 2А₂ – пересыщенный пенообразователь; 3 – вода при скорости
ветра 1 м/с; 4 – теплоизолированная цистерна

Приняв предельно допустимую температуру охлаждающей воды в цистерне, равной 2 ºС, холодоустойчивость ее в транспортном режиме будет равна 2 ч. В стационарном режиме холодоустойчивость достигает 4 ч, а при уменьшении скорости ветра до 1 м/с она увеличивается до 6 ч. В этих условиях следует, если предоставляется возможность, производить замену воды.

Температура воды в цистернах, как следует из анализа кривых 1 и 3 на рис. 13.23, не достигает температуры воздуха в гараже в течение десятков часов.

Особо следует рассмотреть процесс охлаждения воды в цистернах объектовых пожарных частей. В этих пожарных частях автоцистерны ежедневно выполняют функции подвижного целевого дозора. Нередко это осуществляется 2-3 раза в сутки. При этом вне гаража АЦ находятся
от 1,5 до 2 ч. Зимой в течение этого времени произойдет охлаждение воды, как показано кривой 2. По прибытии в гараж, в течение определенного времени, как показано отрезком 2а, вода в цистерне будет нагреваться. Затем цикл охлаждения – нагрева воды будет повторяться, пока температура воды достигнет 2 ºС. В рассматриваемом случае холодоустойчивость цистерны равна около 70 ч. После этого воду в цистерне необходимо заменять.

Рис. 13.23. Нагрев воды в цистерне АЦ-40(130)63Б в гараже:

1 – нагрев в гараже; 2 – выезд из гаража; 2а – нагрев воды в гараже;
3 – нагрев при наличии ледяной корки 2 – 3 мм

Тушение пожара. Низкие температуры воздуха оказывают большое воздействие на организацию и тушение пожаров. Они влияют во многих случаях на обеспечение забора воды как из открытых водоемов, так и из пожарной водопроводной сети. Возможны также отказы насосов в системе забора воды. Кроме того, особенно при тушении крупных пожаров, уменьшается подача воды по рукавным линиям. Возможны отказы в работе систем насоса.

Сказываются зимние условия и на техническом обслуживании ПА.

Трудности забора воды происходят по различным причинам. Если при постановке АЦ в боевой расчет после тушения пожара не были полностью удалены остатки воды в вакуумном кране и трубке, соединяющей его с газоструйным вакуумным аппаратом, то при следовании на пожар уже через 5-8 мин образуются ледяные пробки. Вакуумная система не обеспечит забор воды. Для предотвращения этого отказа необходимо при возвращении в пожарную часть после тушения пожара, слив воду из насоса, на 3 – 5 с включить газоструйный вакуумный кран. При этом сконденсировавшаяся влага в трубопроводе будет удалена.

Перед наступлением зимы следует предусмотреть возможные подъезды к естественным водоисточникам, а также образовать незамерзающие проруби. Для этого на льду делается прорубь, стенки которой могут быть армированы досками. В образовавшуюся полынью забрасывают торф, мелкие древесные отходы и т.д. Они облегчат разрушение образовавшегося в полынье льда.

При наличии в регионе водопроводной пожарной сети должны утепляться гидранты: торфом, стекловатой и т.д. В пожарных частях должны быть предусмотрены устройства для очистки гидрантов от образовавшегося льда. В этих целях могут быть использованы отработавшие газы двигателя АЦ или вода, подаваемая в колодец гидранта от пожарного насоса. Это может осуществляться приспособлениями, показанными на рис. 13.24 и 13.25.

На рис. 13.24 представлена конструкция из труб для подвода воды из насоса АЦ в гидрант. Для создания мощной струи в наконечнике 1 закреплена вставка 2 с отверстием 5 мм. Труба полугайкой 3 соединена с напорным рукавом длиной 5 – 10 м, который соединяется напорным патрубком АЦ.

Рис. 13.24. Трубчатая конструкция для подачи воды из насоса в колодец гидранта:

1 – наконечник; 2 – вставка; 3 – полугайка

На рис. 13.25 показано устройство для размораживания гидрантов отработавшими газами. В нем имеется искрогасительное устройство 2, состоящее из трех латунных сеток с ячейками размером 2 – 3 мм.

Забор воды из открытых водоисточников затрудняется зимой еще и потому, что снижение температуры воздуха сопровождается уменьшением его вязкости. Следовательно, чем ниже температура воздуха, тем большим будет приток его в систему всасывания при создании в ней разрежения для забора воды. При создании разрежения газоструйным вакуумным аппаратом в насосе ПН-40УВ падение вакуума при температурах окружающего воздуха при +15 и –30 ºС было неодинаковым (рис. 13.26). Следовательно, вероятность забора воды будет уменьшаться с понижением температуры воздуха. С увеличением глубины всасывания возрастает продолжительность создания вакуума в насосе.

После забора воды важным является обеспечение ее постоянной подачи по рукавным линиям.

Подача воды по рукавным линиям при низких температурах не остается постоянной. Она постепенно уменьшается. При продолжительной подаче воды по рукавным линиям в условиях низких температур происходит обледенение внутренней поверхности рукавной арматуры и частично рукавов. Скорость формирования льда зависит от диаметра рукавов, расхода протекающей воды, ее температуры, теплофизических параметров.

Наиболее тяжелые условия подачи воды возникают при ее заборе из естественных водоисточников (рек, озер). Температура воды под льдом близка к 0 ºС. Поступая во всасывающую линию, поток воды подвергается интенсивному охлаждению. Оно оценивается снижением температуры воды на 100 м напорной линии.

В естественном водоисточнике А температуру воды обозначим t_вод. В насосе вода в зависимости от расхода нагревается на 0,2 – 0,6 ^оС. Это происходит за счет трения жидкости о рабочее колесо и стенки корпуса насоса и ее перемешивание. Количество тепла, потерянное потоком воды во всасывающей линии, примерно равно приобретенному при прохождении через насос пожарного автомобиля.

Далее вода с начальной температурой t_н (рис. 13.27) поступает в напорную линию и по мере удаления от насоса постепенно охлаждается до 0 ºС (t₀).

Рис. 13.27. Критические длины рукавных линий при замерзании воды

В рукавной линии можно выделить три характерных участка. Первый участок представляет собой часть рукавной линии, на котором вода охлаждается до 0 ºС. Обозначим его длину как критическую L_кр.

Второй участок (длиной L₀) характеризуется тем, что хотя вода и охлаждена до 0 ºС, но лед на внутренней поверхности рукавной арматуры еще не образуется.

Наконец, третий участок длиной L_облд, где при течении воды на внутренней поверхности рукавной арматуры и рукавов образуется лед. Это наиболее опасный участок, так как интенсивное образование льда на арматуре приводит к уменьшению проходных сечений и, следовательно, к снижению интенсивности подачи воды.

Для прогнозирования работоспособности насосно-рукавной системы введем такое понятие, как предельная длина линии по началу обледенения L_пр.д, которая определяется

L_пр.д = L_кр + L₀. (13.16)

Если выполняется условие L_кр > L_р.л, где L_р.л – длина рукавной
линии, м, то насосно-рукавная система по фактору обледенения может функционировать неограниченный период времени. Температура воды по длине не охлаждается до 0 ºС и обледенение такой насосно-рукавной системы возможно только при экстремальных ситуациях.

Если же данное условие не выполняется, то с течением времени рукавная линия насосно-рукавной системы будет подвержена обледенению.

В первую очередь, лед в рукавной линии образуется на рукавных головках, разветвлениях, стволах, а также на внутренних поверхностях рукавов вблизи рукавной арматуры. Образование льда приводит к увеличению сопротивления потоку воды и, следовательно, к уменьшению напора на стволах. Подаваемого количества воды может быть недостаточно для локализации и тушения пожара.

Для определения критического показателя L_кр используем следующее выражение:

, (13.17)

где Δt_подогр – подогрев воды в линии за счет использования различных источников энергии, ºС; Δt /100 – интенсивность охлаждения. Δt может принимать значения в зависимости от гидравлических характеристик рукавных линий и метеорологических условий от 0,1 до 3 ºС.

Из выражения 13.17 следует, что подогревая воду, подаваемую в рукавную линию, можно значительно увеличить L_кр.

Подтверждение изложенному было получено при эксплуатации автоцистерны зимой. Опыты проводились при t = -27 ºС, скорости ветра
v = 1,5м/с и подаче воды 10,6 л/с. Рукавная линия была собрана так, как показано на рис. 13.28. В нее был вставлен подогреватель воды (А). Вода вблизи поверхности льда имела температуру около 0,2 ºС. В насосе в зависимости от развиваемого им напора и величины подачи воды она может нагреваться от 0,4 – 0,6 ºС. В дальнейшем, как показано прямой 1 на рис. 13.28, вода охлаждается, достигая 0 ºС на каком-то расстоянии от насоса. Интенсивность охлаждения увеличивается с понижением температуры окружающего воздуха и увеличением скорости ветра. В пределах точек а и б температура воды не изменяется. Ледообразование начнется после точки б. Лед будет образовываться на металлических деталях арматуры. При этом будут уменьшаться проходные сечения в стволах, разветвлениях (если они находятся в зоне ледообразования), что приводит к уменьшению подачи воды в 1,5 – 2 раза, через 1 – 2 ч работы насоса.

Для уменьшения охлаждения воды на практике, при тушении крупных пожаров, рукавные линии укрывают снегом, разветвления могут обогреваться паяльными лампами.

2t, ^оС

3 ПНР Æ 51 мм

15 ПНР Æ 77 мм

Подогрев воды, подаваемой в рукавные линии, на 1,5 – 2,0 ºСобеспечит ее подачу стволами практически без ледообразования (прямая 2 на рис. 13.28). Ее подогрев может осуществляться либо в АЦ северного исполнения, либо от других источников тепла.

Ледообразование

кристаллизации

Задержка

Охлаждение воды

0,2

L_кр

L₀

L, м

Рис. 13.28. Температурная характеристика воды в рукавной линии:

1 – вода из естественного водоисточника; 2 – вода подогретая

На пожарах возможно замораживание напорных рукавов при разборке рукавных линий. Для его предотвращения следует разбирать рукавную линию, не прекращая протекания воды. Рукава, скатанные в скатку, меньше подвержены разрушению, чем в случае, когда они замерзнут и их необходимо транспортировать в нескатанном состоянии.

Подача воды насосом при тушении пожаров в летних условиях может ограничиваться вследствие перегрева охлаждающей жидкости двигателя. Ее температура t_о.ж зависит от ряда факторов

t_о.ж = 35,8 + 0, 575 t_ос + 0,363 Н + 0,45 Q, (13.18)

где t_ос – температура окружающего воздуха, ºС; Н – напор, развиваемый насосом, м; Q – подача насоса, л/с.

Зависимость нагрева охлаждающей жидкости двигателя от величины Н и Q представлена на рис. 13.29. Из его рассмотрения следует, что практически при максимальных подачах воды насосом до t_ос < 40 ºС перегрева двигателя не должно быть.

Техническое обслуживание и ремонт ПА во многом зависят от природно-климатических условий.

Климатические факторы оказывают большое влияние как на долговечность и надежность пожарной техники, так и на работоспособность личного состава, обслуживаю-
щего ее. При переходе от умеренного к очень холодному климату увеличивается интенсивность изнашивания механизмов, снижается надежность их работы. Поэтому нормативные показатели эксплуатации ПА, установленные для умеренного климата, корректируются в других климатических районах. Как правило, значительно уменьшается периодичность технического обслуживания и пробег до капитального ремонта и увеличиваются трудоемкость текущего ремонта и расход запасных частей. Коэффициенты корректирования и особенности их использования приводятся в табл. 13.7.

Таблица 13.7

Характеристика района	Нормативы
Периодичность технического обслуживания	Удельная трудоемкость текущего ремонта	Пробег до капитального ремонта	Расход запасных частей
Умеренный	Коэффициент К'₃
1,0	1,0	1,0	1,0
Умеренно теплый, умеренно теплый влажный, теплый влажный	1,0	0,9	1,1	0,9
Умеренно холодный	0,9	1,1	0,9	1,1
Холодный	0,9	1,2	0,8	1,25
Очень холодный	0,8	1,3	0,7	1,4
С высокой агрессивностью окружающей среды	Коэффициент К"₃
0,9	1,1	0,9	1,1

Примечания:

1. Корректирование нормативов производится для серийных моделей автомобилей, в конструкции которых не учтены специфические особенности работы в других районах.

2. Районирование территории России по природно-климатическим условиям приведено в табл. 13.6.

3. Для районов, не указанных в табл. 13.6, коэффициент корректирования К'₃ равен 1,0.

4. Агрессивность окружающей среды учитывается при постоянном использовании автомобилей в районах, указанных в табл. 13.6, и при перевозках химических грузов, вызывающих интенсивную коррозию деталей.

Таким образом, с учетом корректирования нормативов по условиям эксплуатации К₃ и в зависимости от природно-климатических условий К'₃ общий коэффициент корректирования нормативов определяется их произведением

К = К_iК'₃, (13.19)

где: К_i – коэффициент по условиям эксплуатации (см. табл. 13.4); К'₃– коэффициент корректирования в зависимости от природно-климатических условий.

В случае районов с высокой агрессивностью окружающей среды вводится и коэффициент К"₃(см. табл. 13.7), таким образом,

К = К_iК₁К'₃К"₃. (13.20)

В итоге необходимые периодичность ТО или Р должны корректироваться по природно-климатическим условиям

Т_i = K_i Т_jК = Т_jК₁К'₃К"₃. (13.21)

Производится корректировка трудоемкости технического обслуживания ТО-2, а также всех ремонтов. Эти нормативы разработаны для умеренного климатического района. В районах с другими климатическими условиями осуществляется корректировка трудоемкости t_чел.-ч проведения ТО-2 и всех видов ремонта введением зонального коэффициента К_з. Его значения приведены в табл. 13.6. Тогда скорректированные значения трудоемкостей технических воздействий будут равны

, (13.22)

где t_j – скорректированная трудоемкость ТО-2, КР и т.д.; t_j_н– нормативные значения трудоемкости.

Трудоемкость ТО и Р возрастает с увеличением срока службы ПА. Это учитывается коэффициентом эксплуатации К_э, зависящим от срока службы машин (табл. 13.8).

Таблица 13.8

Срок службы ПА	К_э
До 5 лет От 5 до 10 лет От 10 до 15 лет Свыше 15 лет	1,2 1,4 1,5

С учетом табл.13.8 определим

. (13.23)

Скорректированные значения Т_i и t_j должны утверждаться начальниками УГПС (ОГПС).