Проблемы утилизационной технологичности машин

Обеспеченность ресурсами — это предпосылка устойчивого развития экономики и качества жизни нынешних и будущих поколений. Экстенсивный рост потребления некоторых ресурсов (таблица 1) уже сегодня привёл к определённой сырьевой зависимости экономики многих субъектов Российской Федерации и к обострению экологических проблем, связанных с воздействием на окружающую среду при добыче сырья, производстве продукции и конечной утилизации отходов производства и потребления. Высокая обеспеченность российских регионов природными богатствами привела к отсутствию, каких бы то ни было стимулов к вовлечению в использование вторичных и некондиционных ресурсов. Становление России как технологически развитой державы и ее интеграции в мировую экономику будет невозможно без внедрения и совершенствования способов эффективного и экологически обоснованного использования природных и техногенных ресурсов. Эту задачу можно решить только за счёт создания замкнутых малоотходных циклов, а также путём стимулирования и технического обеспечения комплексного использования вторичных ресурсов, образующихся в процессах производства и потребления. Чем меньше мусора в стране, тем она чище и безопаснее для проживания человека, тем богаче и сильнее на мировой арене [1].

При производстве автомобилей, запасных частей, конструкционных и эксплуатационных материалов (производимых в мире) расходуется: 20% черных металлов; 7% свинца; 13% никеля; 35% цинка; 50% меди каучука (натурального). Для изготовления 1 т деталей и сборочных единиц, используемых в автомобиле, перерабатывается 150 т природного вещества, т. е. из каждой 1 т последнего в автомобиле остается всего 0,7%. Остальные 99,3% тратятся впустую.

Таблица 1 — Потребление некоторых ресурсов [2].

А ведь автомобилестроение, по расчетам, потребляет 10% добытых и переработанных материалов. Значит, на его долю приходится и столько же загрязнений от стационарных промышленных источников. То есть в процессе производства автомобиля загрязнений получается в 2 раза больше, чем в процессе эксплуатации.

Для производства автомобиля используют материалы, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Материалы, используемые при производстве автомобилей.

Полный жизненный цикл автомобиля — это интервал времени, включающий в себя процессы: создание, производство, эксплуатация, утилизация.

И вот автомобиль выработал свой ресурс, не подлежит ремонту и снимается с эксплуатации, но его жизненный цикл на этом не заканчивается. Предстоит этап утилизации. Если учесть, что в мире миллионы машин требуют утилизации, то становится понятной забота экологов о создании жесткой системы переработки старой техники. Поэтому при создании машины конструктор должен учитывать и эти вопросы.

Суть процесса утилизации (авторециклинга) заключается в том, что отработавший свой срок автомобиль отправляется на специализированное предприятие, обладающее технологиями с использованием специализированного современного оборудования, для дальнейшей переработки. Как свидетельствует мировой опыт, утилизация автомобиля может произойти через 15…20 лет с момента его продажи — таков средний срок «жизни» автомобиля [3].

Таким образом, чем больше материалов используется вторично, тем лучше решается задача утилизации. Следует отметить, что согласно мировой статистике, автомобильные отходы составляют только около 2% общего количества всех отходов, которые поступают на свалки, и что внимание мировой общественности к данной проблеме очень высоко. Количество свалок на планете продолжает увеличиваться, а воздействие автомобильного транспорта и связанной с ним инфраструктуры на окружающую среду и организм человека признаётся доминирующим [3]. Ежегодно свалки всего мира пополняются примерно 10 млн. т отходов отслуживших автомобилей и почти столько же отходов образуется в результате ремонта и технического обслуживания автомобилей. Наибольшие трудности для утилизации представляют неметаллические АК (детали из пластмассы, резины, стекла; обивочные, шумоизоляционные, клеевые материалы).

Но, несмотря на вышеизложенное, автомобили являются наиболее охваченной системой их утилизации в конце жизненного цикла, несмотря на сложность конструкции и многообразие применяемых материалов (коэффициент вторичной переработки в среднем составляет около 80…85% массы автомобиля [4]).

Всю деятельность по авторециклингу можно выразить через индекс эффективности рециклинга [5,6]:

где Ier — индекс эффективности авторециклинга; Е — показатель экономической эффективности авторециклинга; Ес — показатель экологической значимости авторециклинга; М — показатель относительного объема предполагаемого авторециклинга.

Измеритель находится в пределах 0,001…1,0. Чем больше значение, тем эффективнее для общества процесс авторециклинга.

На рисунке1 приведен путь утилизации автомобиля прекратившего эксплуатацию. В настоящее время перерабатывается примерно 75…80% веса автомобиля прекратившего эксплуатацию, в основном их металлические части, содержащие как железо, так и цветные металлы (таблица 3). Однако оставшиеся 20…25% массы, состоящие в основном из гетерогенных смесей материалов, таких, как смола, резина, стекло, текстиль и т. д., не используются [7]. Из полученного вторсырья изготавливают неответственные детали (бамперы, обивку багажника, коврики и т. п.), а также хозяйственные товары (дорожные ограждения, покрытия для садовых дорожек и др.).

Рисунок 1 — Путь утилизации автомобиля прекратившего эксплуатацию Таблица 3 — Отходы, образующиеся при утилизации одного автомобиля.

Мировой парк легковых автомобилей в настоящее время составляет более 600 млн. ед. [8] и распределяется на 1000 жителей, (таблица 4), 40…50 млн. из них ежегодно обновляются, т. е. признаются отслужившими свой срок, снимаются с регистрации и, как правило, поступают на утилизацию. В результате возникают отходы, перечень которых приведен в таблице 5.

Таблица 4 — Автомобильный парк и обеспеченность автомобилями на 1000 жителей (2014 г.) [9].

Таблица 5 — Ежегодное среднее количество автомобильных отходов, млн. т/год [3].

Как же происходит современная утилизация [10]? Это процесс состоит из технологических операций, которые включают:

осмотр, составление калькуляции и технологической карты;

обезвреживание пиротехники, расположенной в соответствии с чертежами в эйрбегах (воздушных мешках — подушках) и преднатяжителях ремней безопасности;

слив эксплуатационных жидкостей;

снятие наиболее экологически вредных компонентов (аккумуляторов, балансировочных грузиков, галогенных лампочек и т. п.);

вырезка стекла, снятие обивочных материалов и их сортировка по видам будущего вторсырья;

снятие силового агрегата и отделение от выпускной системы содержащего драгоценные металлы нейтрализатора Вследствие этого сложные, многокомпонентные отходы, к которым относится и автомобиль, у нас в стране перерабатываются незначительно. Это объясняется высокой стоимостью работ по их сбору и видовой сепарации. Доступность первичного сырья и его относительно низкая стоимость также делают использование отходов нерентабельным. Ну и, конечно, существующие в стране нормативно-правовые механизмы, регулирующие обращение с отходами производства и потребления, не способствуют их вовлечению в хозяйственный оборот.

Одной из важных подсистем входящих в систему авторециклинаг и влияющих на его экономическую составляющую, является подсистема диагностирования, позволяющая выявить и использовать детали и механизмы машин, не выработавших свой ресурс с определением остаточного ресурса [11] или имеющих экономически обоснованную ремонтнопригодность. Причем, при разработке системы диагностирования необходимо использование математических моделей изменения технического состояния техники в процессе эксплуатации, определить рациональную совокупность объектов подлежащих диагностированию [12,13,14,15,16,17,18,19].

Результаты ранее выполненных исследований [20,21,22,23,24,25,26] показывают, что указанная подсистема должна учитывать используемые стратегии технического обслуживания и ремонта [27], во взаимодействии с программами технического обслуживания и ремонта [28,29].

Решением проблемы поиска неисправностей машин может быть создание глобализированной экспертной системы, банка данных по диагностированию, ремонту и обслуживанию машин различных марок [30].

Проблема утилизационной технологичности является составной частью общей технологичности автомобилей, от решения которой зависит эффективность использования в период активной эксплуатации и эффективность использования его компонентов после прекращения эксплуатации. Для ее решения необходим многоуровневый системный подход, заключающийся в решении нескольких задач:

К первой задаче можно отнести разработку требований и нормативов по составляющим утилизационной технологичности при транспортировке на утилизацию неисправной машины, при входном диагностировании утилизируемой машины перед началом технологического процесса утилизации, при демонтаже агрегатов и узлов, при сортировке демонтированных элементов по видам материалов.

Ко второй задаче можно отнести определение состава нормируемых показателей утилизационной технологичности, их прогнозирование и нормирование.

В качестве третьей задачи следует разработка методов установления оптимальных показателей утилизационной технологичности, оценка вариантов конструктивных решений по приведенным технико-экономическим критериям, формирование требований к производственно-технической базе предприятий, утилизирующих технику с учетом реального и перспективного уровня утилизационной технологичности техники списываемой в настоящее время и в перспективе [31].

При проектировании и производстве автомобилей необходимо стремится не только к высокому техническому уровню, но и к максимальному снижению затрат труда, материалов и энергии на его проектирование, производство, эксплуатацию и утилизацию.

Конструкция автомобиля в первую очередь определяется его служебным назначением. Однако его конструктивное исполнение может быть разным, при этом будут разными и затраты ресурсов. Эта разница и является результатом разного уровня технологичности изделия.

Технологичность — это совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при его производстве, ремонте и утилизации [32].

Таким образом, утилизационная технологичность в общем случае должна определяться как совокупность свойств, характеризующих приспособленность конструкции к утилизации при минимальных затратах времени, труда, средств, обеспечении минимального негативного влияния на окружающую среду и максимального вовлечения компонентов списываемой техники в переработку или повторное использование.

Каждое из рассмотренных свойств утилизационной технологичности в свою очередь является функцией единичных свойств конструкции, характеризующих контролепригодность, доступность, легкосъёмность, взаимозаменяемость и унификацию деталей и составных частей. Такое разделение свойств технологичности позволяет более полно нормировать и обеспечивать ее требования при проектировании и оценить достигнутый уровень.

Следует помнить, что технологичность конструкции автомобиля отражает не его функциональные свойства, а свойства его как объекта проектирования, производства, эксплуатации, ремонта и утилизации.

Автомобиль считается технологичным, если он не только соответствует современному уровню техники, экономичен и удобен в эксплуатации, но и если в нем учтены возможности применения наиболее экономичных, производительных процессов изготовления, ремонта и утилизации. Из этого следует, что, с одной стороны, технологичность- - понятие комплексное, а с другой — это понятие относительное, так как при разной программе выпуска изделия технологии изготовления, ремонта и утилизации существенно различаются [33].

Утилизационная технологичность конструкции автомобиля, как и другие его свойства, являются функцией конструктивных, производственных и эксплуатационных факторов. Состав каждой из этих групп факторов определяется типом и конструктивными особенностями, а также условиями эксплуатации.

Таким образом, утилизационная технологичность формируется в ходе конструкторской и технологической подготовки производства.

Основными показателями утилизационной технологичности списываемых машин следует считать разовые затраты времени, труда и средств на выполнение отдельных операций технологического процесса утилизации: удалению технологических жидкостей из всех агрегатов и систем; оценки технического состояния входящих в состав утилизируемой машины агрегатов и узлов для определения перспектив повторного использования или восстановления; демонтажа агрегатов и узлов; детальной разборки агрегатов, узлов и остова машины для разделения по виду использованных при их производстве материалов.

Эти показатели утилизационной технологичности хорошо согласуются с показателями производственной технологичности, которые также выражаются разовыми затратами труда и средств на выполнение тех или иных технологических операций или процессов при изготовлении.

Для оценки технологичности используют удельные показатели технологичности демонтажа. Например, отношение массы демонтируемого узла, детали, комплекта к затраченному на демонтаж времени.

Из вышеизложенного следует, что упрощая разборку автомобиля на автомобильные компоненты, снижая время демонтажа, время слива всех, применяемых при эксплуатации жидкостей и масел, применяя экологически чистые материалы и т. д., конструктор может повышать технологичность автомобиля при утилизации.

Основные мероприятия по повышению утилизационной технологичности, определяющие утилизационную технологичность при проектировании автомобилей и автомобильных компонентов с учетом обеспечения доступной и эффективной технологии их утилизации, считать:

технология утилизации закладывается в конструкцию автомобиля при его разработке;

отдается предпочтение легкоразъемным соединениям, облегчающим разборку утилизируемого автомобиля, используются маркировка и кодирование узлов и агрегатов, облегчающие их последующее использование;

неразъемные соединения (сварка, пайка, прессовая и горячая посадка, склеивание высокопрочными клеями) используются только там, где это требуется для обеспечения конструктивной прочности автомобиля;

отдается предпочтение при выборе пластмасс термопластичным, легко поддающимся повторной переработке материалам;

восстановление АК, снятых с автомобилей и незначительно отличающихся от новых;

получение энергии от сжигания горючих отходов, не подлежащих переработке;

захоронение не подлежащих переработке негорючих отходов; повторное использование автомобильных компонентов, пригодных для дальнейшей эксплуатации;

переработка деталей и узлов автомобилей, не подлежащих экономически эффективному восстановлению, во вторичные материальные ресурсы.

Эколого-экономический эффект от утилизации автомобилей складывается из:

экономической составляющей, включающей уменьшение затрат при вторичном использовании материалов и связанным с этим уменьшением производства материалов из ископаемых природных ресурсов, уменьшение потребления энергии;

экологической составляющей, включающей уменьшение загрязнения почвы, водных ресурсов, атмосферного воздуха от воздействия брошенных и не утилизированных автомобилей, уменьшение загрязнения окружающей среды при использовании в производстве рециклинговых материалов.

Воронцов, Ю. М. Авторециклинг — новая индустрия России? / Ю. М. Воронцов // Рециклинг отходов. — 2006. — № 1 (1). — С. 4−7.

Белоусова, Е. Е. Обзорная справка «Проблемы утилизации отходов». Отдел аналитического сопровождения законодательной деятельности информационно-аналитического Управления Московской городской Думы. URL: www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=2624.

Петров, Р.Л. О мировом опыте организации национальных систем авторециклинга / Р. Л. Петров // Рециклинг отходов. — 2008. — № 5 (17). — С. 2−11.

Абрамов, А. В. Об эффективности рециклинга / А. В. Абрамов, О. С. Кусраева // Рециклинг отходов. — 2009. — № 5 (23).

Постановление Правительства РФ от 31 декабря 2009 г. № 1194 «О проведении эксперимента по стимулированию приобретения новых автотранспортных средств, взамен вышедших из эксплуатации и сдаваемых на утилизацию, а также по созданию в Российской Федерации системы сбора и утилизации вышедших из эксплуатации автотранспортных средств». офиц. текст: по состоянию на 31 декабря 2009 г. URL: http://www.rg.ru/2010/01 /15/utilizaciya-dok.html.

Петров, Р. Л. Системы утилизации легковых автомобилей / Р. Л. Петров // Автомобильная промышленность. — 2007. — № 7.

Автомобильный парк и обеспеченность автомобилями (2014г.) http://www.livecars.ru/news/2015/05/26/fleet_structure.

Воробьев-Обухов, А. Авто из замкнутого цикла. URL: http://www.vo krugsveta.ru/vs/ article/ 6666.

Бышов Н. В. Диагностирование мобильной сельскохозяйственной техники с использованием прибора фирмы «Samte» / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев, И. А. Успенский, Г. Д. Кокорев // В электронном журн. «Научный журнал КубГАУ». — 2012 г., № 04 (078), режим доступа: http://ej.kubagro.ru/ 2012/4/pdf/42.pdf, С. 487 — 497.

Митягин Г. Е., Авдеев Е. А., Бисенов М. К., Лиходед А. А. Структура парка выбывших из эксплуатации автомобилей. Перспективы изменения и использования // Международный технико-экономический журнал — 2012. — № 5. — С. 119−124.

Кокорев, Г. Д. Метод прогнозирования технического состояния мобильной техники /Г. Д. Кокорев, И. Н. Николотов, И. А. Успенский, Е. А. Карцев//Тракторы и сельхозмашины. -2010. -№ 12. -С. 32 -34.

Кокорев Г. Д. Подход к формированию основ теории создания сложных технических систем на современном этапе/Г.Д. Кокорев//Сборник научных трудов РГСХА, (вып. 4) ч.2 -Рязань: РГСХА, 2000. С. 54−60.

Кокорев Г. Д. Моделирование при проектировании новых образцов автомобильной техники/Г.Д. Кокорев//Сборник научных трудов РГСХА. -Рязань: РГСХА, 2001. С. 423−425.

Кокорев Г. Д. Состояние теории создания объектов современной техники/Г.Д. Кокорев//Сборник научных трудов РГСХА. -Рязань: РГСХА, 2001. С. 425−427.

Кокорев Г. Д. Обоснование выбора показателей эффективности поведения сложных организационно-технических систем. (Статья)//Сборник научных трудов РГСХА, (вып. 4) ч.2 -Рязань: РГСХА, 2000. С. 60−70.

Кокорев, Г. Д. Математическая модель изменения технического состояния мобильного транспорта в процессе эксплуатации/Г.Д. Кокорев//Вестник РГАТУ -2012.-№ 4(16). -С. 90−93.

Бышов, Н. В. Разработка таблицы состояний и алгоритма диагностирования тормозной системы /Н. В. Бышов, Г. Д. Кокорев и др. //Вестник КрасГАУ. -2013. -№ 12. -С. 179 -184.

Кокорев, Г. Д. Способ отбора рациональной совокупности объектов подлежащих диагностированию/Г.Д. Кокорев//Вестник РГАТУ -2013.-№ 1(17). -С. 61−64.

Успенский И. А. Разработка теоретических положений по распознанию класса технического состояния техники /И.А. Успенский, Г. Д. Кокорев, И. Н. Николотов, С.Н. Гусаров//Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств. Материалы XV Международной научно-практической конференции 20−22 ноября 2013 г., Владимир, под общ. ред. А.Г. КирилловаВладимир: ВлГУ, 2013. -С. 110−114 (222 с.).

Кокорев Г. Д. Повышение эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода: дис. … докт. техн. наук: 05.20.03/Г.Д. Кокорев. -Рязань, 2014. -483 с.

Кокорев Г. Д. Повышение эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода/ Г. Д. Кокорев//Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук/Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева. Рязань, 2014. -36 с.

Кокорев, Г. Д. Методология совершенствования системы технической эксплуатации мобильной техники в сельском хозяйстве/Г.Д. Кокорев. -Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013. -247 с.

Кокорев, Г. Д. Тенденции развития системы технической эксплуатации автомобильного транспорта/Г.Д. Кокорев, И. А. Успенский, И.Н. Николотов//Сборник статей II международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса». -Пенза, 2009. С. 135−138.

Кокорев Г. Д. Основные принципы управления эффективностью процесса технической эксплуатации автомобильного транспорта в сельском хозяйстве/Г.Д. Кокорев//Сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедр «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Технология металлов и ремонт машин» инженерного факультета РГСХА. -Рязань: РГСХА, 2004. С. 128−131.

Кокорев Г. Д. Повышение эффективности процесса технической эксплуатации автомобильного транспорта в сельском хозяйстве/Г.Д. Кокорев//Материалы международной юбилейной научно-практической конференции посвященной 60-летию РГАТУ.- Рязань: РГАТУ, 2009.С. 166−177.

Кокорев Г. Д. Рекомендации по повышению эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода /Г.Д. Кокорев. -Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2013. -38 с.

Кокорев, Г. Д. Стратегии технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта/Г.Д. Кокорев, И. А. Успенский, И.Н. Николотов//Вестник МГАУ. -2009 -№ 3. -С. 72−75.

Кокорев Г. Д. Программы технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта в сельском хозяйстве/Г.Д. Кокорев//Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов к 55-летию РГСХА. -Рязань: РГСХА, 2004. С. 136−139.

Кокорев Г. Д. Основы построения программ технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта в сельском хозяйстве/Г.Д. Кокорев//Сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедр «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Технология металлов и ремонт машин» инженерного факультета РГСХА. -Рязань: РГСХА, 2004. С. 133−136.

Технологичность изделия. URL: ww.xiron.ru/content/view/ 21 375 /28.

Указания по утилизации автомобилей с газогенераторам (система НПБ). URL: tis.bmwcats.com/doc1101846.

Мировые запасы. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мировые_запасы_нефти; http://www.cmmarket.ru/markets/olworld.htm;

Схема утилизации автомобиля OPEL. URL: opelkama.ru/…/ koncepcija-rege…cii-energii.html.