Исследования выполнялись в соответствии с индивидуальным планом выполнения НИР аспиранта МГУП. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников МГУП, МГАУ и др. за период с 2003-2007гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы. Объём работы - 154 страниц машинописного текста, содержит 15 таблиц, 30 рисунков, 3 приложений.

Содержание работы

В введении обоснованы актуальность темы диссертации и основное её научное направление на базе принципов системного подхода.

В главе I на основе анализа литературных источников обоснованы цель и задачи исследования.

Рассмотрены существующие факторы и причины, влияющие на безотказность работы мелиоративных и строительных машин.

Проведена сравнительная характеристика различных методов устранения отказов мелиоративных и строительных машин. Рассмотрены существующие факторы и причины, влияющие на безотказность мелиоративных и строительных машин.

Рис. 1. Классификация мероприятий по поддержанию эксплутационной надежности машин.

Определено понятие резервирования, дана его классификация, проведено сравнение различных методов резервирования с целью определения наиболее приемлемого из них. Установлено, что для повышения эксплуатационной надежности комплекса технологических машин целесообразно использовать полнокомплектное ненагруженное резервирование.

Рис. 2. Формы эксплутационного резервирования.

Выполненный анализ научно-исследовательских работ по повышению эксплуатационной надежности резервированием показал, что методы резервирования применительно к комплексной механизации требуют дальнейшей разработки и широкой производственной проверки. Это относиться в основном к комплексам мелиоративно-строительной техники, для которой научно обоснованные принципы полнокомплектного резервирования не применялись.

Алгоритм решения задачи определения оптимального резервирования технологического комплекса машин, имеет следующую схему:

1. Определение начального (исходного) типоразмерного ряда машин, входящих в базовый технологический комплекс;

2. Определение основных факторов и установление их влияния на необходимость резервирования машин в сложных технологических процессах;

3. Определение оптимальной обеспеченности технологического комплекса при резервировании;

4. Определение эффективности введения резервной техники в ТКМ (технологический комплекс машин).

В главе II Проведен анализ особенностей культурно-технических работ, состояния технологии, организации и применяемой механизации при культурно-технических работах.

Было рассмотрено современное состояние используемых земель в нечернозёмной зоне.

Установлено что, за последние годы отчётливо просматривается тенденция систематического выбывания мелиорируемых земель из сельскохозяйственной эксплуатации. Ещё более остро стоит проблема использования естественных кормовых угодий, лугов, сенокосов и пастбищ, за которыми нет ухода. Создавшееся положение способствует возникновению и развитию таких негативных процессов на сельскохозяйственных землях гумидной зоны, как вторичное заболачивание, закисление, зарастание кустарником, уплотнение подпочвенных слоёв.

Таким образом, анализ современного состояния сельскохозяйственных земель гумидной зоны, позволяет сделать вывод, об актуальности культурно-технических работ в настоящее и ближайшее будущее время.

В диссертации были определены требования к культурно-техническим работам.

Обзор комплексов машин для производства культурно-технических работ показал, что для ввода в эксплуатацию выбывших из обращения мелиорарируемых земель, наиболее подходящим, является комплекс в следующем составе:

— Кусторез КФ-2,8 на базе ДТ-75М;

— Собиратель-погрузчик МП-15 на базе ДТ-75М;

— Мелиоративная борона БДМ-2,5 на базе ДТ-75М;

— Борона дисковая тяжёлая БДТ-3,0 на базе ДТ-75М;

— Подборщик древесных остатков ПВ-1,5 на базе ДТ-75М;

— Планировщик ВП-8 на базе ДТ-75М;

— Каток водоналивной ЗКВБ-1,5 на базе ДТ-75М;

— СеялкаАПП-2,8 на базе ДТ-75М.

В главе III изложены теоретические основы моделирования системы эксплуатационного обеспечения безотказной работы машин технологического комплекса, представлены математическая и технико-экономическая модель позволяющие оптимизировать эксплуатацию технологического комплекса машин резервированием, что позволяет увеличить ритмичность и качество строительства, а также уменьшить величину комплексных затрат на эксплуатацию техники.

В диссертации были рассмотрены показатели надёжности технологических машин.

Машины технологического комплекса (источник заявок на обслуживание), в процессе эксплуатации, создают поток случайных отказов с интенсивностью , которая определяется в общем, виде из выражения:

, /1/

где - средняя наработка между техническими отказами, ч.

Устранение последствий отказов машин в процессе эксплуатации обеспечивается постами ремонтно-технического обслуживания (прибор обслуживания). При этом каждый, из приборов может обслуживать одновременно только одну заявку с интенсивностью , определяемой из выражения:

, /2/

где - время от возникновения заявки до поступления заявки в ремонтно-обслуживающие предприятие, ч.;

- время подготовки бригады к выезду, ч.;

- расстояние переезда, км.;

- средняя скорость передвижения ремонтной бригады, км/ч.;

- среднее время восстановления работоспособного состояния машины, ч.

Анализ потоков технических отказов машин, для рассматриваемых технологических комплексов показал, что они обладают свойствами простейшего (пуассоновского) потока.

Допустим, что технологический комплекс состоит из технологических машин, из которых в начале функционирования работает, а находится в ненагруженном резерве.

Работоспособность комплекса мелиоративных машин поддерживается ремонтными постами. Рассмотрим автономную работу постов, каждый из которых состоит из N ремонтных рабочих, оснащенных соответствующим оборудованием. Производительность постов определяется количеством рабочих, участвующих в восстановлении работоспособности технологических машин.

Поток отказов, который формирует только работающие (основные) машины, будет постоянным и равным до момента исчерпания резерва. Состояние системы при этом аналогично модели массового обслуживания с неограниченным входящим потоком требований.

Случай отсутствия резерва и как следствие, уменьшения числа работающих машин при их отказах аналогично закрытой модели массового обслуживания.

Рис. 3. Графа состояния системы обслуживания с резервной техникой:

- состояние, когда в системе находится технологических машин.

Основные расчётные уравнения функционирования технологического комплекса машин при наличии резерва имеет следующий вид:

Вероятность работы всех основных и наличия резервных машин (система ремонта свободна)

/3/

среднее число работающих машин:

, /4/

отсюда коэффициент эксплуатационной надежности

, /5/

Этот коэффициент характеризует готовность технологического комплекса машин при эксплуатации с резервом. Поскольку он представляет собой отношение среднего количества работающих машин к общему их числу.

Зависимости /1-5/ отражают производительность технологического комплекса машин.

В главе IV изложена программа проведения экспериментальных и статистических исследований.

Программа исследований предусматривала определение исходных данных, необходимых для реализации математической и технико-экономической модели. В программу исследований входили сбор и обработка экспериментальных данных о работе технологических комплексов машин.

В главе V приведены основные результаты статистических и экспериментальных исследований, а также определенны виды и качественные характеристики отказов у объектов исследований.

При обработке экспериментальных данных методами математической статистики были определены законы распределения и средние значения исследуемых случайных величин (наработка между отказами и время восстановления работоспособности технологических машин), графики плотности распределения вероятности которых, представлены на рис.4.

Установлено что, средняя наработка на отказ для агрегатируемых машин составляет 35 маш. ч., а среднее время восстановления отказа 1,27 чел. ч.

Рис. 4. Плотность распределения вероятности наработки между отказами и времени устранения последствий технических отказов группы технологических машин.

Анализ причин возникновения характерных технических отказов агрегатов ТКМ показал, что большая часть отказов около (70%) связана с выходом из строя агрегатируемой машины, эти отказы связаны, с большими знако-перемеными нагрузками на рабочие органы, производственными дефектами, а также из-за их конструктивного несовершенства.

Исследования распределения причин отказов производственного характера показывают, что они возникают из-за дефектов сборки, регулировки, затяжки резьбовых соединений (30%), дефектов термообработки и отклонений от конструктивных размеров при механической обработке (35%), некачественной сварка (30%), и других причин.

Анализ работы агрегатов показал, что показатели надёжности базовых и агрегатируемых машин резко отличаются друг от друга, так в среднем наработка на отказ у агрегатируемых машин в четыре раза меньше чем у базовых машин.

Из проведенных нами исследований установлено, что одним из основных показателей характеризующих эксплуатацию машин технологического комплекса является эксплуатационная надежность технологических машин, которая характеризуется приведенной плотностью отказов т. е вероятностью безотказной работы и оперативностью времени устранения отказа. Из этого следует, что, чем выше показатель приведенной плотности отказов, тем больше эффект от эксплуатационного резервирования (рис.5).

Рис. 5. Зависимость эксплуатационной надежности технологических машин от времени устранения отказа.

Из графика видно, что из-за увеличении времени устранения отказа, коэффициент эксплуатационной надежности имеет тенденцию к снижению в случае организации работы машин без использования резерва, в то время когда коэффициент эксплуатационной надежности /5/, при использование резерва в ТКМ, будет оставаться на высоком уровне до момента отказа резервных машин. На круговых диаграммах (см. рис.6.) представлены изменения времени работы ТКМ, требующие для выполнения заданного объема культурно-технических работ.

Как видно из диаграмм, изображенных на рис.6, время на технологический процесс в случае с резервированием машин увеличилось на 14%, за счёт снижения потерь времени от ожидания ремонтов и исключения потерь времени на ремонтно-технические воздействия.

Рис. 6. Распределение временного фонда работы ТКМ.

При изучении выбранного нами комплекса для культуртехнических работ было установлено, что в среднем его производительность составляет 250 га в год, поэтому при исследовании эффективности разработанной методики была взята данная производительность.

Проведенные исследования по определению эффективности производственных процессов в мелиоративном строительстве с использованием машин показали, что в основном применяется критерий минимума приведенных затрат.

С использованием этого критерия были проведены оптимизационные расчёты двух вариантов работ ТКМ без использования резервных машин, в другом же случае с резервными машинами с использованием целевой функции /6/:

/6/

где - приведенные комплексные затраты, руб/га;

- балансовая цена i-й технологической машины, руб.;

- отчисления на амортизацию i-й технологической машины, доля/год;

- нормативный коэффициент окупаемости капиталовложений, вместо него можно использовать процентную ставку банка на погашение кредита;

- удельный вес работы i-й машины на j-й операции в годовом объеме работ, доля;

- количество технологических машин;

- затраты на заработную плату, ремонты, техническое обслуживание, доставку, хранение, топливо-смазочные материалы, руб/га;

- потери производительности комплекса, га;

- реализационная стоимость выполненной работы, руб/га;

Использование резервных технологических машин будет экономически целесообразно только при условии, если приведенные комплексные затраты от использования резервной техники будут меньше, чем без резервирования: .

Характер изменения отдельных составляющих целевой функции при введении дополнительных машин в технологический процесс мелиоративного строительства представлен на рис.7.

Рис. 7. Характер изменения составляющих затрат на содержания ТКМ при привлечении резервной техники на 1000 маш. Ч

Из зависимостей, представленных на рис.7., видно, что при привлечении дополнительной техники затраты возрастают, а потери строительной продукции при введении резервной техники снижаются за счет сокращения простоев техники на выполнении технологического процесса.

Зависимость комплексных затрат является экстремальной, ее минимальному значению соответствует оптимальное количество резервных агрегатов.

Анализ динамики изменения составляющих приведенных эксплутационных затрат показывает, что рост затрат связанный с привлечением дополнительных (резервных) технологических машин приводит к снижению потерь от простоя агрегатов ТКМ из-за отказа. Из графика видно, что при отсутствии резерва в ТКМ, приведенные затраты на эксплуатацию имеют максимальное значение, что объясняется значительными потерями от простоев агрегатов.

Минимальное значение приведенных эксплуатационных затрат отмечается при обеспеченности ТКМ резервом с кратностью в единицу, соответствующей соотношению одной основной технологической машине к одной резервной. В этой области затраты на дополнительные технологические машины, компенсируются снижением удельного веса потерь от простоя агрегатов ТКМ по техническим причинам.

Дальнейшее увеличение кратности резервирования, для рассматриваемого технологического комплекса, приведёт к увеличению приведенных эксплуатационных затрат, по причине, непропорционального снижения затрат связанных с простоем по техническим причинам и роста затрат на содержание дополнительной резервной техники.

Рис. 8. Объем выполненной работы технологическим комплексом машин за 1000 маш. ч.

Из диаграммы представленной на рис.8. видно, что ТКМ с резервом увеличивает объем выполненной работы на 21 га (10%) за счёт мгновенных устранений отказов, посредством замены отказавших основных технологических машин, резервными.

Технико-экономические показатели работы технологического комплекса представлены на рис. 9. Диаграмма демонстрирует, что технологический комплекс с резервированием обладает наименьшими приведенными комплексными затратами, которые на 1891,08 руб/га (38%) ниже приведенных комплексных затрат технологического комплекса машин без эксплуатации резервной техники.

Рис. 9. Приведенные комплексные затраты на эксплуатацию ТКМ машин, руб/га.

Расчёт показал что годовой экономический эффект от внедрения полнокомплектного резервирования машин составил 621 тыс. рублей (в ценах на 2006 г.). При этом необходимо отметить, что в расчетах не учитываются сокращение потерь связанных с простоем ремонтного звена и простоя взаимодействующих технологических машин по причине отказа любой из них, следовательно экономический эффект будет ещё больше.

Общие выводы