Эксплуатационная надежность дождевальной машины "Фрегат"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Более половины пашни в России находится в недостаточно увлажненных и засушливых районах южной части страны. Орошение увеличивает урожайность в среднем в 1,5-2 раза, а в засушливые годы в пять и более раз. В связи с этим орошаемое земледелие с применением современных методов и средств является важнейшим условием получения стабильных урожаев [1].

Проблему надежности поливной техники актуализирует ситуация, когда эксплуатируется часть дождевальных машин, отслуживших амортизационный срок и когда в пределах севооборота эксплуатируются машины с различными периодами их эксплуатации, и соответственно, с различными показателями надежности. Данная проблема актуальна в настоящее время и в ближайшей перспективе, когда осуществляется системная и не системная замена выработавшей или вырабатывающей свой амортизационный ресурс техники. Недостаток и низкая готовность поливной техники, приводят к увеличению продолжительности выполнения поливных работ, нарушению агротехнических требований и существенному снижению урожайности [2]. дождевальный машина аграрный надежность

Анализ выхода из строя машин показывает, что 70 % этих случаев происходит из-за преждевременного износа деталей, который является наиболее распространенным видом разрушения и определяет срок службы большинства элементов машин.

Надежность как количественную характеристику элементов и систем измерить невозможно, поэтому для расчета надежности необходимо использовать показатели, базирующиеся на анализе данных по отказам, а для получения показателей использовать методы математической статистики [1].

Для разработки комплексного подхода к оценке и повышению надежности была выбрана дождевальная машина «Фрегат», так как в настоящее время она достаточно распространена в хозяйствах Ростовской области (313 единиц по данным мелиоративного Кадастра 2015 года) и эксплуатируется во многих хозяйствах гораздо больше установленного нормативного срока службы.

Методической основой при проведении работ служили:

- ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения;

- ГОСТ Р 27.004-2009 Надежность в технике. Модели отказов;

- ГОСТ Р 27.203-2012 Надежность в технике. Управление устареванием;

- ГОСТ Р 27.302-2009 Надежность в технике. Анализ дерева неисправностей;

- ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения;

- ГОСТ 27.001-95 Система стандартов «Надежность в технике». Основные положения;

- ГОСТ 27.402-95 Надежность в технике. Планы испытаний для контроля средней наработки до отказа (на отказ). Часть 1. Экспоненциальное распределение.

Системный анализ отказов элементов ДМУ «Фрегат» и количественные расчеты проводились на основе методов математической статистики и теории надежности сельскохозяйственного машиностроения. Анализ статистических данных по отказам ДМУ «Фрегат» в результате износа их элементов проводился методом сбора и обработки информации по 10 хозяйствам Ростовской области.

Исследуемое количество дождевальных машин составило 17 единиц с различным сроком службы. Минимальное количество низконадежных однотипных элементов ДМУ «Фрегат» для статистической обработки принято - 50 шт., максимальное - 73 шт.

В результате первоначальной обработки основных неисправностей элементов ДМУ «Фрегат» и причин их возникновения сформирована таблица 1 зависимости вероятности безотказной работы элементов от продолжительности эксплуатации машины за период наблюдения с 2013 по 2015 годы.

Таблица 1 - Перечень отказов и неисправностей ДМУ «Фрегат» за период наблюдений 2013-2015 гг.

Как показала статистическая обработка, распределение случайных величин (отказов в результате износа) исследуемых элементов ДМУ «Фрегат» подчиняется нормальному закону, на основании которого рассчитаны зависимости вероятностей безотказной работы.

Сущность комплексного подхода к оценке и повышению надежности заключается в выявлении низконадежных элементов и узлов ДМУ «Фрегат» (представленных в таблице 1), то есть элементов с меньшим ресурсом по сравнению с остальными, определению продолжительности их восстановления (ремонта или замены) в процессе эксплуатации и разработки мероприятий по обеспечению допустимого коэффициента готовности.

Требования к ремонтопригодности дождевальной техники задаются обычно в виде вероятности восстановления работоспособности за отведенное время или в виде среднего времени восстановления t_r . Также требования к ремонтопригодности задаются косвенно - через коэффициент готовности К_г, значение которого представлено зависимостью [3]:

, (1)

где t_s - средняя наработка дождевальной машины на отказ, ч;

t_r - среднее время восстановления работоспособного состояния, ч.

Этот показатель имеет смысл вероятности застать работающую дождевальную машину в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Запишем коэффициент готовности машины в виде:

(2)

где k_r - коэффициент затрат на восстановление, показывающий, сколько времени требуется в среднем на восстановление работоспособности дождевальной машины для обеспечения одного часа безотказной работы.

При заданном допустимом значении коэффициента готовности, расчетное значение коэффициента готовности при эксплуатации должно быть не ниже допустимого, т.е. должно выполняться условие [4]:

(3)

Это условие будет выполнено, если коэффициент затрат на восстановление будет, как это следует из (1) и (2) удовлетворять условию:

. (4)

Множество комбинаций t_s и t_r образует область допустимых вариантов обеспечения ремонтопригодности дождевальных машин. Отсюда следует, что в процессе эксплуатации необходимо добиться компромисса между средней наработкой на отказ t_s и средним временем восстановления t_r.

Допустим случай, когда средняя наработка на отказ машины в целом определена исходя из заданной вероятности безотказной работы и равна t_s.dm, известно также значение допустимого коэффициента готовности K_g.val. Область допустимых значений среднего времени восстановления машины должна быть ниже некоторого допустимого значения t_r.val:

. (5)

Для дождевальной машины, которая отказывает при отказе хотя бы одного из входящих в нее элементов, среднее время восстановления определяется по зависимости, предложенной авторами [5-11]:

(6)

где щ_i и щ_dm - параметры потоков отказов i-го элемента и дождевальной машины, соответственно.

Поскольку при расчете показателей безотказности дождевальной машины интенсивности отказов отдельных элементов принимались постоянными, т.е. время безотказной работы отдельных элементов принималось распределенным экспоненциально, то параметры потоков отказов отдельных элементов и системы в целом равны соответствующим интенсивностям отказов, так как каждый элемент при замене его после отказа аналогичным образует простейший поток восстановления. Тогда щ_i = л_i и щ_dm = л_dm.

С учетом этого среднее время восстановления дождевальной машины можно записать в виде:

, (7)

где q_i - вероятность отказа машины из-за отказа i-го элемента, полученная при расчете показателей безотказности; t_r.i - среднее время восстановления i-го элемента.

Учитывая, что - средняя наработка машины на отказ, а наработка на отказ i-го элемента, среднее время восстановления работоспособного состояния машины можно записать в виде:

(8)

где k_r.i - коэффициент затрат на восстановление i-го элемента.

Подставив полученное значение в формулу (1), получим:

. (9)

Отсюда следует, что коэффициент затрат на восстановление машины равен сумме коэффициентов затрат на восстановление отдельных элементов:

(10)

Так как отказ машины наступает в результате отказа одного из ее элементов, то коэффициенты равенства затрат на восстановление имеют равное влияние на коэффициент готовности машины в целом, т.е.:

(11)

Это требование означает, что элемент, отказывающий чаще, должен восстанавливаться быстрее по сравнению с элементом, отказывающем реже. Из (11) с учетом требований (4) получаем, что для обеспечения допустимого коэффициента готовности дождевальной машины допустимое среднее время восстановления каждого ее элемента или узла должно удовлетворять условию:

, (12)

где n - количество элементов дождевальной машины, отказавших за период наблюдений.

Так как фактический коэффициент готовности является комплексным показателем надежности, характеризующим работоспособность той или иной дождевальной машины в целом, то, при наличии статистической информации по отказам элементов дождевальных машин и продолжительности их восстановления, с помощью него можно производить сравнительную оценку работоспособности машин как между собой, так и для общего сравнения комплексов дождевальных машин, эксплуатируемых тем или иным хозяйством. Тогда:

, (13)

где K_g.dm.x - общий коэффициент готовности парка дождевальных машин хозяйства;

j - порядковый номер дождевальной машины;

т - количество дождевальных машин в хозяйстве, шт.;

T_s.j - средняя наработка на отказ j-й дождевальной машины, ч;

T_r.j - среднее время восстановления работоспособного состояния j-й дождевальной машины, ч.;

К_r.j - средний коэффициент затрат на восстановление j-й дождевальной машины.

Рассуждая аналогичным образом, получим условие для определения максимально допустимой суммарной продолжительности восстановления работоспособного состояния парка дождевальных машин хозяйства исходя из обеспечения допустимого коэффициента готовности K_g.val:

(14)

Однако, предложенная нами зависимость (13), имеет ограничение по практическому применению, связанное с требованием равного количества дождевальной техники в сравниваемых парках хозяйств, так как общий коэффициент готовности парка машин тогда будет тем выше, чем меньше количество дождевальных машин.

Если количество дождевальных машин в хозяйствах различное, то для сравнительной оценки готовности парков машин хозяйств нами предлагается использовать обобщенную функцию желательности Харрингтона:

. (15)

Полученное значение коэффициента готовности каждой дождевальной машины K_g.dm.j (j = 1…m) пересчитывается вместе с другими в обобщенный коэффициент готовности парка машин K_g.dm.x, как геометрическое среднее. Корень степени «m» «сглаживает» возникающие отклонения, а полученный результат позволяет оценивать парк дождевальной техники хозяйств в целом.

Подставив полученные значения фактических коэффициентов готовности для парков дождевальных машин в формулы (13) и (15) рассчитываем для парка ДМУ «Фрегат» хозяйства Бессергеневское:

- по формуле (13): K_g.dm.x = (0,982+0,800+0,555)/3 = 0,779

- по формуле (15): K_g.dm.x = 0,758.

Аналогично - для парка ДМУ «Фрегат» хозяйства Кадамовское:

- по формуле (13): K_g.dm.x = (0,982+0,605+0,702+0,803+0,800)/5 = 0,778

- по формуле (15): K_g.dm.x = 0,768.

Таким образом, как указано выше, расчет по формуле (13) дает завышенные результаты (0,779 > 0,778) при сравнении готовности парков ДМУ «Фрегат» двух хозяйств, так как их количество является неравным. Поэтому, в данном случае, необходимо использовать формулу (15), с получением противоположного вывода (0,758 < 0,768).

1 Для сравнительной оценки готовности парков дождевальных машин при одинаковом количестве машин рекомендуется использовать формулу (13), в противном случае - формулу (15).

2 Полученная зависимость определения допустимой продолжительности восстановления элементов с низкой надежностью позволяет решить ряд вопросов, связанных с определением направлений повышения надежности дождевальной техники на этапе проектирования и эксплуатации. Причем, если при эксплуатации дождевальной техники время восстановления какого-либо элемента значительно превышает величину, определенную по зависимости (12) и мероприятия, принимаемые на этапе эксплуатации, не позволяют ее уменьшить, то, как правило, этот факт создает предпосылки для принятия новых инженерно-технических решений.

3 К эксплуатационным мероприятиям в данном случае можно отнести рекомендации по комплектации запасными частями в течение поливного сезона и уменьшению времени поиска отказавших элементов. Рекомендации могут быть составлены на основании статистического изучения закономерностей возникновения характерных отказов поливной техники в определенных условиях эксплуатации.

Библиографический список

1 Чураев, A.A. Метод оценки надежности дождевальных машин./ А. А. Чураев // Материалы научно-практической конференции, посвященной 70-летию строительного факультета ЮРГТУ. В сб. Проблемы строительства и инженерной экологии. - Новочеркасск, 2000. - С. 14-17.

2 Лайко, Д. В. Надежность полива дождеванием в условиях современного состояния парка дождевальных машин / Д. В. Лайко. - Новочеркасск, НГМА, 2006. - 186 с.

3 Щедрин, В. Н. Эксплуатационная надежность оросительных систем / В. Н. Щедрин, Ю. М. Косиченко, А. В. Колганов. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005 . - 392 с.

4 Слюсаренко, В. В. Определение параметров надежности дождевальных машин / В. В. Слюсаренко, С. Р. Хабибов, А. В. Русинов/ Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2006. - № 3.- С. 171-173.

5 Чупров, Л. Н. Распределение требований к надежности между частями сложной системы / Л. Н. Чупров // В кн.: Основные вопросы теории и практики надежности. - М.: Сов.радио, 1975. - C. 98-106.

6 Сушко, В. В. Надежность дождевальных машин / В. В. Сушко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1996. - № 2. - 72 с.

7 Рябинин И.А. Надежность судовых электроэнергетических систем и судового электрооборудования / И. А. Рябинин. - Л.: Судостроение, 1974. - 264 с.

8 Гнеденко, Б. В. Математические методы в теории надежности / Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев - М.: Наука, 1965. - 524 с.

9 Рябинин, И. А. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем / И. А. Рябинин - М.: Радио и связь, 1981. - 263 с.

10 Щедрин, В. Н. Подходы к определению технического уровня мелиоративных систем и обоснование поколений их развития / В.Н. Щедрин, А.В. Колганов, А.А. Чураев / Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. - 2012. - № 3. - С. 28-51.

11 Снипич, Ю. Ф. Моделирование эксплуатационных параметров техники полива // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010. - № 6. - С. 16-17.

Размещено на Allbest.ru