Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства российской федерации

Фгоу впо «ДАГЕСТАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Улучшение показателей использования зерноуборочных комбайнов за счет совершенствования технического обслуживания ременных передач

Мазанов Р.Р.

Махачкала 2010

УДК 631.354.2

Рецензенты:

Зав. кафедрой «АД, ОиФ» ДГТУ, доктор технических наук, профессор Э.К. Агаханов

Махачкалинский филиал «МАУ», доктор технических наук, профессор А.А. Улумиев

Мазанов Р.Р. Улучшение показателей использования зерноуборочных комбайнов за счет совершенствования технического обслуживания ременных передач: монография, ФГОУ ВПО ДГСХА. - Махачкала, 2010. - 130 с.

В монографии рассмотрена математическая модель оценки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы, закономерности ослабления натяжения ремней приводов рабочих органов зерноуборочных комбайнов.

Предназначена специалистам сельского хозяйства, механизаторам и владельцам комбайнов, для повышение производительности зерноуборочных комбайнов и снижение потерь зерна за ними, за счет совершенствования технического обслуживания ременных передач.

© Р.Р. Мазанов, 2010

© Даггоссельхозакадемия, 2010

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Краткая характеристика условий уборки зерновых культур в равнинной зоне Республики Дагестан

1.2 Состояние вопроса по исследованию использования и качества работы зерноуборочных комбайнов

1.3 Основные определения надежности зерноуборочных комбайнов

1.4 Краткий обзор работ по исследованию надежности зерноуборочных комбайнов, сельскохозяйственных машин и тракторов

Заключение по первому разделу

2. Теоретические предпосылки повышения эффективности использования и качества работы зерноуборочных комбайнов

2.1 Основные частные показатели использования и качества работы зерноуборочных комбайнов

2.2 Теоретические предпосылки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы

2.3 Определение периодичности технического обслуживания ременных передач

Выводы по разделу

3. Методика экспериментальных исследований

3.1 Частная методика экспериментальных исследований показателей использования зерноуборочных комбайнов

3.2 Частная методика экспериментальных исследований качества работы зерноуборочных комбайнов

3.3 Методика экспериментальных исследований надежности зерноуборочных комбайнов

3.3.1 Выбор необходимого количества наблюдаемых зерноуборочных комбайнов

3.3.2 Методика статистической оценки показателей надежности

3.3.3 Методика исследования надежности агрегатов и систем зерноуборочного комбайна

3.3.4 Частная методика исследования надежности ременных передач

4. Результаты экспериментальных исследований

4.1 Оценка производительности зерноуборочных комбайнов

4.2 Потери зерна за зерноуборочными комбайнами

4.3 Анализ надежности зерноуборочных комбайнов

4.4 Оценка влияния периодичности технического обслуживания ременных передач на показатели использования и качество работы зерноуборочных комбайнов

Выводы по разделу

5. Технико-экономические показатели работы зерноуборочного комбайна

Общие выводы

Список использованной литературы

Введение

Уборка является завершающей операцией в технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Период уборки зерновых колосовых и зерноуборочных культур ограничен агротехническими сроками в 6-7 дней от начала полной спелости зерна. Еще более жесткие требования предъявляются к уборке рапса и других легкоосыпающихся культур. В структуре общих затрат на возделывание сельскохозяйственных культур уборка занимает 31-50% затрат энергии и 45-60% трудозатрат.

Проблема повышения эффективности сельскохозяйственного производства неразрывно связана с совершенствованием использования и улучшения качества работы машинно-тракторных агрегатов, в том числе и зерноуборочной техники. Необходимость последнего обусловлена тем, что в процессе производства зерна уборка урожая является одним из завершающих, наиболее сложных, трудоемких и ответственных этапов. От качественных и количественных результатов ее зависит эффективность производства зерна в целом.

На первый план выступают надежность и долговечность, развитость инфраструктуры по обслуживанию предлагаемых машин и сроки доставки необходимых к ним деталей, применение в конструкции машин новых технологий, комфортные и безопасные условия работы.

Однако успешное и эффективное использование сложных и дорогостоящих комбайнов возможно только при условии высокого уровня подготовки комбайнеров и соблюдении всех правил эксплуатации и технического обслуживания. Реализуемые новые комбайны снабжаются достаточно подробными инструкциями по всем техническим аспектам настройки и использования машин. Эти рекомендации фирм-производителей являются обязательными для выполнения. Но в некоторых случаях используемая терминология и особенности перевода затрудняют понимание специалистами существа излагаемого материала.

При уборке зерновых культур теряется значительная доля уже выращенного урожая. Потери зерна могут быть прямыми, т.е. количественными и косвенными, т.е. качественными. Исследованиям прямых потерь зерна посвящено достаточное количество научно-исследовательских работ А.Н. Пугачева, Э.В. Жалнина, А.Г. Табашникова, А.И. Ряднова и других ученых. Такие работы были проведены во многих зерносеящих регионах России при уборке различных зерновых культур современной зерноуборочной техникой. Исследования количественных потерь зерна проводились отдельными учеными, причем каждый показатель изучался без связи с другими, для отдельных культур и сортов.

Цель данной работы - помочь специалистам сельского хозяйства, механизаторам и владельцам комбайнов, повышение производительности зерноуборочных комбайнов и снижение потерь зерна за ними, за счет совершенствования технического обслуживания ременных передач.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Краткая характеристика условий уборки зерновых культур в равнинной зоне Республики Дагестан

Производительность зерноуборочных комбайнов и качество проведения уборочных работ зависит от условий уборки, которые определяются в первую очередь природно-климатическими условиями. К таким условиям относятся: рельеф местности, количество выпадающих осадков, высота стеблестоя, степень полегания хлебов, влажность зерна и т.п.

Равнинная зона Республики Дагестан включает Терско-Суланскую дельтовую равнину (метеостанции городов Хасавюрт и Махачкала) и южную равнину (метеостанция города Дербент). В равнинной зоне Республики Дагестан развито крупное механизированное полеводство, специализирующееся на возделывании зерновых, технических и овощных культур, а также виноградарства. Равнинная зона Республики Дагестан характеризуется теплым климатом: среднегодовая температура окружающего воздуха равняется 10,8 ⁰С на севере и 12,6 ⁰С на юге (табл.1.1).

Таблица 1.1 Среднемесячная температура воздуха в равнинной зоне Республики Дагестан (2001 - 2003 годы), град

Метеостанция	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Средняя за год
Хасавюрт	-2,9	-1,4	3,2	9,7	16,8	21,1	24,8	23,4	18,0	12,3	5,1	0,4	10,8
Махачкала	-0,8	0,1	3,5	9,0	16,1	21,1	24,5	24,0	19,2	13,7	6,9	2,3	11,6
Дербент	1,1	1,8	4,3	9,1	15,9	21,4	24,7	24,6	20,2	14,8	8,5	4,2	12,6

Зимы в равнинной зоне Республики Дагестан мягкие, средняя многолетняя температура наиболее холодного месяца колеблется от - 2,9⁰С на севере до +11⁰С на юге. Безморозный период в равнинной зоне достигает 248 дней. Число дней с температурой воздуха выше +5⁰С колеблется от 245 до 261 дней, выше +10⁰С - от 192 до 200 дней, выше +15⁰С - от 148 до 156 дней, выше +20⁰С - от 80 до 100 дней. Наиболее интенсивное повышение температуры воздуха наблюдается в июле - августе, т.е. во время уборки зерновых культур. Средняя температура в эти месяцы равна +24,7⁰С, а в отдельные дни достигает +30 - +35⁰С.

Среднее количество выпадающих за год осадков в равнинной зоне Республики Дагестан составляет 480 мм на севере и 428 мм на юге (табл. 1.2).

Таблица 1.2 Среднемесячное распределение осадков в равнинной зоне Республики Дагестан (2001 - 2003 годы), мм.

Метеостанция	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Средняя за год
Хасавюрт	18	23	24	40	43	68	52	53	49	40	38	32	480
Махачкала	32	18	24	31	17	37	30	34	51	43	49	44	430
Дербент	38	33	25	25	20	24	19	18	48	50	73	54	428

Как видно из данных табл.1.2, по количеству выпадающих осадков районы проведения исследований относятся к зоне недостаточного увлажнения.

Распределение осадков по сезонам года представлено в табл.1.3.

Таблица 1.3 Среднесезонные суммы осадков (2001 - 2003 годы), мм.

Метеостанция	Зима	Весна	Лето	Осень
Хасавюрт	73	107	173	127
Махачкала	104	82	101	143
Дербент	125	71	61	171

Большое значение при возделывании сельскохозяйственных культур имеют влажность воздуха и скорость ветра. Сухость воздуха нередко сопровождается сильными ветрами (свыше 15 м/с), что также отрицательно влияет на качество уборки зерновых культур.

В целом агрометеорологические условия зоны в годы проведения исследований не отличались от средних многолетних.

Таким образом, тепловой режим в равнинной зоне Республики Дагестан благоприятствует возделыванию сельскохозяйственных культур. Но вместе с тем, для получения высоких урожаев зерновых культур среднегодовое количество выпадающих осадков недостаточно.

Существенное влияние и на климат, и на развитие почв в Дагестане оказывает огромный бассейн Каспийского моря. Он предохраняет Дагестан от неблагоприятного действия антициклонных воздушных масс Туренской низменности, снижая летние и повышая зимние температуры.

На качество уборки зерновых культур существенное влияние оказывает продолжительность уборки, которая зависит от количества используемых зерноуборочных комбайнов, их надежности и производительности. Начиная с 1990 года количество зерноуборочных комбайнов в Республике Дагестан ежегодно снижается (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Количество зерноуборочных комбайнов по годам

Статистические данные показывают, что в Республике Дагестан из общего количества комбайнов большая доля приходится на зерноуборочные комбайны СК- 5 «Нива». Так, в 2003 году из 1202 комбайнов 963 шт. СК-5.

Таким образом, в связи со значительным сокращением количества зерноуборочной техники и с необходимостью выполнять агротехнические сроки уборки зерновых культур актуальными вопросами в Республике Дагестан является: повышение надежности зерноуборочных комбайнов СК-5, как наиболее используемых в Республике, снижение непроизводительных затрат времени смены с целью повышения производительности и темпов уборки.

1.2 Состояние вопроса по исследованию использования и качества работы зерноуборочных комбайнов

Уборка урожая зерновых культур - наиболее напряженный технологический процесс во всем цикле возделывания культур. В соответствии с агротехническими требованиями уборку необходимо выполнить в оптимальные, сжатые сроки. Для выполнения агротехнических требований в хозяйствах необходимо иметь достаточное количество машин. Кроме того, фактическая сменная производительность машин должна быть не меньше той, которая учитывалась при расчете состава парка уборочных машин. В связи с этим, вопросам повышения производительности комбайнов уделялось и уделяется особое внимание ученых.

Существуют разные подходы к оценке сменной производительности и годовой выработки комбайнов, а так же анализ факторов, влияющие на их величины.

Так, А.А. Зангиев в работе /50/ предложил зависимость производительности комбайна по зерну от факторов, характеризующих состояние полей (сложность конфигурации, наличие препятствий, угол уклона) и хлебов (влажность, полеглость, засоренность), учитываемых обобщенным коэффициентом учета местных условий (К₀) и использования пропускной способности (E_n) молотилки комбайна:

, (1.1)

где h_w , a_w , d_w, К_w - коэффициенты определения соответствующими слагаемыми баланса времени смены;

П_н - номинальная пропускная способность молотилки комбайна;

- соломистость зерновой культуры.

Авторы работы /66/ среднегодовую наработку комбайнов в зависимости от года их эксплуатации

, (1.2)

где Н - среднее значение годовой наработки комбайнов за 8 лет эксплуатации;

t - год эксплуатации комбайна;

л, с, б - коэффициенты, зависящие от природно-географической зоны.

Авторы приводят значения коэффициентов л, с, б для ряда областей нашей страны.

В работе /57/ дана формула так же для определения годовой наработки в зависимости от срока эксплуатации комбайнов

, (1.3)

где Т - срок эксплуатации комбайнов;

б, л, в - эмпирические коэффициенты.

Из формулы (1.3) следует, что годовая наработка комбайна с изменением срока эксплуатации постоянно уменьшается. Однако, исследования, представленные в работе / 123 / показывают, что наработка зерноуборочных комбайнов в реальных условиях эксплуатации не соответствует расчетным данным по формуле (1.3)^.

В.А. Колтунов /65/ в результате статистического анализа информации, полученной в условиях Ростовской области, показал, что среднегодовая наработка комбайнов имеет максимум на втором году эксплуатации. С третьего по восьмой год эксплуатации наработка изменяется в незначительных пределах, а резкое снижение ее происходит на девятом году.

В работе /39/ показано, что интенсивность снижения сезонной выработки комбайнов наблюдается на третьем и четвертом годах эксплуатации.

Противоречивость результатов исследования /39, 57, 65, 123/ позволяют сделать заключение о том, что единого мнения по определению годовой наработки комбайнов пока нет, ее оценку необходимо выполнять для различных природно-климатических зон страны.

Авторы работ /36, 124/, анализируя использование комбайнов в хозяйственных условиях, рассматривают причины низкой выработки уборочных машин и выявляют резервы увеличения сменной производительности. Вопросу повышения сменной производительности посвящены также работы /43, 138,147 и др. /.

Ряд исследователей сделали попытки оценить производительность зерноуборочных комбайнов от их показателей надежности. Так Н.И. Овчинникова в работе / 98 / представила зависимость дневной выработки зерноуборочного комбайна (W_gн) от вероятности безотказной работы (Р):

, (1.4)

где g_max - максимальная пропускная способность молотилки;

u - урожайность зерновой культуры;

- соломистость зерновой культуры;

- продолжительность работы комбайна за день;

- вероятности неработоспособного состояния системы из-за отказов ее компонентов.

А.И. Ряднов в работе /125/ предложил зависимость изменения сезонной выработки зерноуборочных комбайнов при повышении их надежности:

, (1.5)

где В_р - рабочая ширина захвата жатки;

V_p - рабочая скорость комбайна;

Т_см - продолжительность смены;

Д_р - число дней работы комбайна в течение уборочного сезона;

К_см - коэффициент сменности;

- коэффициент использования времени смены;

н - коэффициент эффективности использования времени, высвободившегося при повышении уровня надежности комбайна;

к₀ - среднестатистический коэффициент, показывающий во сколько раз время на устранение отказов меньше времени смены;

t ₀ и t^/₀ - наработка на отказ комбайна до и после повышения его надежности.

Таким образом, сменная производительность, следовательно, и сезонная выработка зерноуборочного комбайна зависят от совокупности многих факторов, в том числе и от показателей его надежности.

Вторым важным показателем эффективности использования зерноуборочных комбайнов являются потери зерна.

Кроме потерь свободным зерном за молотилкой комбайнов, различают и другие виды потерь зерна. На наш взгляд, наиболее полную классификацию потерь зерна за комбайном дал А.Н. Пугачев в работе /111/ (рис. 1.2).

Потери зерна за молотилкой и дробление зерна изучались теоретически и экспериментально многими учеными /19, 20, 51, 110 и др./. В связи этим, имеется в научно-исследовательской литературе обширный материал по данным вопросам.



Потери за молотилкой слагаются из потерь молотильным устройством, соломотрясом и очисткой. Первые состоят из потерь от недомолота и дробления, соотношения между которыми зависит от подачи хлебной массы, зазоров между барабаном и декой, окружной скорости барабана, а также условий уборки, физико-механических и биологических свойств убираемой культуры /9, 11, 52 и др./.

Исследования рабочих органов молотилки показывают, что наиболее загруженными из них является соломотряс /89/. Потери зерна соломотрясом составляют до 80 % суммарных потерь молотилкой. Пропускная способность соломотряса определяется, в основном, загрузкой, частотой колебаний и качеством подаваемой массы.

Потери зерна очисткой зависят, главным образом, от равномерности подачи хлебной массы, ее качества, частоты колебаний решет и параметров воздушного потока /8, 33, 38, 84 и др./.

Оценке потерь зерна за молотилкой исследователи уделяют особое внимание, т.к. доля этих потерь в суммарных составляет большую часть /111/. Так, в работе /70/ Г.В. Коренев и А.П. Тарасенко, обобщая результаты исследований за ряд лет, показали, что при постоянном режиме работы молотилки на подборе валков потери зерна зависят от величины подачи , ширины валка В, соломистости хлебной массы и скорости перемещения V и с достаточной точностью аппроксимируется уравнением вида:

(1.6)

Данная зависимость описывает потери зерна за молотилкой комбайнов, которые в настоящее время сняты с производства.

А.А. Табашников в работе /138/ предложил следующую зависимость потерь зерна за молотилкой:

, (1.7)

где Х_м - относительные потери зерна за молотилкой, % ;

Q_n - приведенная подача хлебной массы в молотилку, кг/с;

Z и к - коэффициенты уравнения.

Аналогичные зависимости, но в графическом виде, даны А.Н. Пугачевым в работе /114/, М.М. Дворкиндом и Н.Н. Лучинским /35/.

Зависимость потерь зерна за молотилкой комбайна (U_i) от подачи хлебной массы (q_i) предложена также Э.В. Жалниным /41/:

U_i=, (1.8)

где В, С и k - эмпирические коэффициенты.

А.И. Ряднов в работе /125/ получил зависимость потерь зерна за молотилкой СК-5 при работе валков ячменя в условиях Нижнего Поволжья от подачи хлебной массы (q_п), урожайность (U₃) рабочей ширины захвата жатки при скашивании (В_р), соломистости (д) и засоренности хлебостоя (K₃):

П_м = 0,253 exp {7,86q_г / К₃ У₃ В_р (1+д)}. (1.9)

Большое внимание исследованию потерь зерна при уборке уделяется и за рубежом. Так, P. Wacker /155/ дает оценку потерь зерна от пропускной способности молотилками тангенциркульного и аксиального типов. Для этих типов молотилки представлен сравнительный анализ по травмированию зерна.

G. Bernghardt /150/ получил зависимость зерна за молотилкой от суммарной пропускной способности комбайна q :

(1.10)

где q _k - пропускная способность молотилки по зерну, кг/с;

a, b - коэффициенты.

М.В. Gechan и C.A. Glasbey /158/ получили формулу для определения потерь при обмолоте (lt) в зависимости от рабочей скорости комбайна (S), отличающейся от нормальной (S₀):

, (1.11)

где У - урожайность, т/га;

У₀ - урожайность арбитражная, т/га;

R - соотношение количества зерна недомолотом за молотильно-сепарирующим устройством, свободным зерном за соломотрясом и за очисткой комбайна, а также общие потери за комбайном от четырех основных факторов: влажности зерна, подачи хлебной массы, линейной скорости молотильного барабана и молотильного зазора получены W.H. Johnson и G.A. Milliken /151/.

Авторы работ /114, 122, 125/ показывают, что суммарные потери зерна за комбайном в значительной степени зависят от продолжительности уборки.

Так А.И. Ряднов в своей работе /125/, анализируя использование зерноуборочных комбайнов и результаты экспериментальных исследований, получил зависимость суммарных потерь зерна СК-5 от растягивания уборки и сезонной нагрузки на комбайн:

(1.12)

где V_p- рабочая скорость комбайна, м/с;

К_п - коэффициент потерь на каждый день задержки уборки;

К_см - коэффициент сменности;

W_смо- средняя сменная выработка комбайна при начальной рабочей скорости V_pо (V_pо принята равной 0,75 м/с);

сезонная нагрузка на один комбайн;

К= V_p/ V_pо;

Т₁ - время основной работы, ч ;

Т_4.1- время на устранение технологических неисправностей, ч;

Т_эк - эксплуатационное время, ч;

Т_3.1.1 - время на ежемесячное техническое обслуживание;

Т₅ - время на отдых, ч;

Т₆ - время на холостые переезды к месту работы и обратно, с поля на поле, ч;

Д_опт- оптимальная продолжительность уборки данной культуры.

Растягивание сроков уборки приводит не только к прямым потерям зерна, но и к снижению качества зерна. С связи с этим необходимо знать оптимальную продолжительность уборки, которая может быть однозначно определена на основании экспериментальных данных для различных зерновых культур и природно-климатических зон, как при раздельном способе уборки, так и прямом комбайнировании.

Ряд исследований /6, 122/ посвящены вопросам влияния микрорельефа поля на потери урожая зерноуборочным комбайном. Автор работы /6/ делает вывод, что из общих потерь урожая зерна в неподобранном колосе остается после подбора валка в несколько раз больше, чем свободного, а поэтому первый вид потерь следует считать основным.

Как видно из обзора, к настоящему времени показатели качества работы отечественных и зарубежных зерноуборочных комбайнов изучены обстоятельно. Однако некоторые стороны этого вопроса исследованы недостаточно. В частности практически отсутствуют результаты по исследованию потерь зерна за зерноуборочными комбайнами в условиях юга России, недостаточно изучены взаимозависимости показателей использования и надежности комбайна, исходя из характера изменения потерь и допуска потерь зерна.

1.3 Основные определения надежности зерноуборочных комбайнов

Эффективность использования зерноуборочных комбайнов во многом зависит от надежности их агрегатов, сборочных единиц и деталей.

Это связано с тем, что в процессе эксплуатации зерноуборочных комбайнов под действием нагрузок и факторов окружающей среды постепенно изменяются формы рабочих поверхностей деталей; увеличиваются зазоры в подвижных и нарушаются натяги в неподвижных соединениях; нарушается взаимное расположение деталей и т.п. В результате снижается работоспособность и ухудшаются основные показатели надежности зерноуборочных комбайнов.

Зерноуборочный комбайн представляет собой сложную механическую систему, состоящею из большого числа деталей, узлов и агрегатов. Каждый узел и агрегат выполняет вполне определенные функции. В связи с этим в отношении к зерноуборочным комбайнам руководствуемся терминами и определениями РМ /128/.

Одним из основных показателей качества зерноуборочного комбайна является его надежность.

Надежностью называется свойство зерноуборочного комбайна и его составных частей выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих режимам и условиям их использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость как комбайна в целом, так и отдельных его частей /28/.

Для обеспечения высокого качества работы зерноуборочных комбайнов (с точки зрения минимальных потерь зерна) уборка зерновых культур должна быть выполнена в оптимальные агротехнические сроки. Поэтому сельхозпроизводителей не может устраивать комбайн, который часто и длительное время простаивает из-за отказов и неисправностей в уборочный период. В связи с этим зерноуборочный комбайн должен обладать высоким уровнем безотказности и хорошей ремонтопригодностью.

Безотказность - свойство зерноуборочного комбайна непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки /28/.

Ремонтопригодность - свойство зерноуборочного комбайна, заключающееся в приспособлении его к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания /28/.

Отсюда следует, что ремонтопригодность относится только к объектам восстанавливаемым.

Уборка зерновых культур в оптимальные агротехнические сроки связана не только с высокой безотказностью зерноуборочных комбайнов и другой техники, используемой на уборке, но также и с хорошей организацией работы, укомплектованностью высококвалифицированными комбайнами, достаточным количеством комбайнов в хозяйстве.

Основным факторами, оказывающими влияние на рост парка комбайнов в хозяйствах до оптимального их количества по производительности является: увеличение выпуска комбайнов заводами-изготовителями финансирования, возможность хозяйств приобретать отечественные и зарубежные машины и высокая долговечность комбайнов.

Долговечность - свойство зерноуборочного комбайна сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов /28/.

Одним из основных свойств зерноуборочного комбайна, определяющих его состояния, является отказ. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности машин.

Работоспособное состояние (работоспособность) - состояние зерноуборочного, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения данных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией /28/.

Близким к понятию «отказ» является понятие неисправное состояние. Неисправное состояние (неисправность) - состояние зерноуборочного комбайна, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией /28/. Неисправное состояние комбайна может привести к отказу, но может и не привести к нему.

Надежность зерноуборочного комбайна характеризуется также и сохраняемостью. Сохраняемость - свойство зерноуборочного комбайна непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние /28/.

Исправное состояние (исправность) - состояние зерноуборочного комбайна, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией /28/.

Выше приведены основные свойства надежности зерноуборочного комбайна, которые в свою очередь оцениваются рядом количественных показателей. Эти показатели выбираются в зависимости от типа и назначения изделия.

Для оценки надежности зерноуборочных комбайнов используются единичные и комплексные показатели.

Единичные показатели относятся к отдельным свойствам зерноуборочного комбайна: безотказности, долговечности, ремонтопригодности или сохраняемости, а комплексные - к двум свойствам или более.

ГОСТ 13377-75 устанавливает 30 показателей оценки надежности. Среди них отметим следующие.

Показатели безотказности: вероятность безотказной работы; средняя наработка на отказ; интенсивность отказов; параметр потока отказов; наработка на отказ.

Показатели долговечности: гамма производственный ресурс; средний ресурс; ресурс; средний ресурс между капитальными ремонтами; средний ресурс до списания; средний ресурс до капитального ремонта; гамма- процентный срок службы; средний срок службы между капитальным ремонтами; средний срок службы до капитального ремонта; средний срок службы до списания.

Показатели ремонтопригодности: вероятность восстановления в заданное время; среднее время восстановления.

Комплексные показатели (коэффициент готовности, коэффициент технического использования, коэффициент оперативной готовности, средние суммарные и удельные трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта) применяют для более полной оценки надежности /28/.

Все показатели надежности определяют экспериментальным путем.

Однако, определение значений и закономерностей, изменения даже тех показателей надежности, которые отмечены выше, для зерноуборочных комбайнов, эксплуатируемых в рядовых условиях, с высокой достоверностью в одной работе практически невозможно. Поэтому с целью выбора показателей надежности зерноуборочных комбайнов для их дальнейшего изучения рассмотрим основные направления и тенденции исследований надежности комбайнов, тракторов и сельскохозяйственных машин.

1.4 Краткий обзор работ по исследованию надежности зерноуборочных комбайнов, сельскохозяйственных машин и тракторов

Повышение эффективности применения сельскохозяйственной техники предусматривает исследование надежности машин, в том числе и зерноуборочных комбайнов, в рядовых условиях эксплуатации и решение на этой основе комплекса различных задач.

Научной основой всех исследований надежности механических систем в нашей стране является исследования академиков А.И. Берга, Н.Г. Бруевича, Б.В. Гнеденко.

Среди зарубежных ученых, внесших значительный вклад в развитие теории надежности, следует отметить Р.Е. Барлоу, Д.К. Ллойд, Г. Прошак.

К первым теоретическим разработкам в области надежности тракторов и сельскохозяйственных машин относятся труды А.И. Селиванова, Р.Б. Кутеля, Н.С. Ждановского, С.А. Иофинова, А.В. Николаенко, Ю.Н. Артемьева, И.А. Мишина и других.

Применение математической статистики и теории вероятностей в теории надежности систем положено в работах Б.В. Гнеденко, Я.Б. Шора, Х.Б. Кордонского, Ю.Н. Беляева, И.А. Ушакова, и других ученых.

Основы теории нормирования и оптимизации надежности машин заложены в работах И.Н. Величкина, В.Я. Аниловича, Н.С. Ждановского, Р.Б. Кутеля и других.

Работы И.В. Базовского, Н.П. Бусленко, Е.С. Вентцель, В.М. Глушкова, Л.В. Канторовича и других по теории сложных систем позволили выполнять анализ технических и технологических систем, используемых в сельскохозяйственном производстве, и применять для этих целей математический аппарат.

Существенное место в исследованиях надежности тракторов, зерноуборочных комбайнов и сельскохозяйственных машин занимает статистический анализ нагруженности деталей машин с позиции теории накопления усталостных повреждений. Основой этих исследований явились фундаментальные работы академика С.В. Серенсена.

Метод оценки конструктивного и технологического совершенства машин предложил академик Селиванов А.И. /132/. Им предложено использовать ряд критериев-коэффициентов: равнопрочности, стабильности регулировок, долговечности и ремонтопригодности. Для получения предложенных коэффициентов необходимо иметь полную статистическую информацию по всем деталям машин.

Проблемами надежности тракторов, зерноуборочных комбайнов занимались и занимаются коллективы многих научно-исследовательских и учебных заведений. Ведущая роль принадлежит НАТИ, ВИМ, ВИСХОМ, ГОСНИТИ, КубНИТИМ, ВНИПТИМЭСХ, Ростовской - на - Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения, Санкт-Петербургскому, Московскому, Челябинскому агроинженерным университетам.

Путь совершенствования методов оценки надежности машин предложен Аниловичем В.Я. в работе /3/. В работе отмечается о необходимости учета погрешностей при оценке характеристик надежности машин по результатам испытаний и наблюдений. Анилович В.Я. указывает причины возникновения погрешностей оценки показателей надежности: ограниченность объема выборки наблюдаемых изделий (статистическая погрешность); потеря части информации об отказах при сборе данных о надежности (систематическая погрешность); ограниченность продолжительности наблюдений (экстраполяционная погрешность). В данной работе предложены способы повышения точности оценок характеристик надежности. Эти способы учтены нами в полном объеме в настоящей работе.

Важным с точки зрения минимизации затрат на проектирование, изготовление и эксплуатацию машин сельскохозяйственного назначения является нормирование и выбор оптимального уровня показателей надежности.

Задачи по нормированию показателей надежности и их оптимизации определены в работах И.Н. Величкина /15, 16, 17/. Одна из основных задач - введение согласованного нормирования значений показателей надежностей тракторов разного технического состояния и используемых в разных условиях. Это нормирование должно охватывать весь срок службы машины до списания. И.Н. Величкин отметил, что обязательным условием любого свойства надежности является наличие такого показателя, который позволял бы его однозначно оценивать. В составе такого показателя может быть много составляющих переменных, но критерий, по которому проводится оптимизация, должен быть один. Автор работы /17/ предлагает в качестве комплексного показателя надежности использовать технико-экономический показатель. Причем, для оптимизации уровня надежности тракторов необходима информация о долговечности их деталей, узлов и агрегатов, о затратах на выполнение разных операций по поддержанию тракторов в работоспособном состоянии, об объемах, методах, продолжительности и стоимости испытаний по определению долговечности разных вариантов конструкции машины, о причинах той или иной долговечности деталей, о стоимости изготовления тракторов повышенной долговечности.

Как показано выше, одним из основных показателей долговечности машин является срок службы. Основные положения по нормированию срока службы машин предложены Р.В. Кугелем в работе /74/, которые, на наш взгляд, можно применить и для других показателей надежности машин, в том числе и зерноуборочных комбайнов. Причем, многие положения по нормированию показателей надежности вытекают из условий эксплуатации:

- сроки службы агрегатов и деталей машин зависят от условий ее эксплуатации и не могут рассматриваться изолировано от них, поэтому долговечность должна нормироваться применительно к типичным условиям эксплуатации;

– типичные условия эксплуатации должны включаться в техническое задание на проектирование машины, рассматриваться как основа для ее конструирования, испытаний и доводки, а в дальнейшем входить в стандартную техническую характеристику машины вместе с нормой долговечности;

– выбор оптимальной долговечности машин и агрегатов должен проводиться с учетом сведений о фактических сроках службы машин данного типа и назначения в целом, а также их агрегатов и деталей в определенных условиях эксплуатации;

– машину следует рассматривать как совокупность различных агрегатов и деталей, обладающих разнообразными особенностями и при назначении оптимального срока службы требующими разнообразного подхода, в частности, должны быть приняты во внимание последствия выхода данного агрегата или детали из строя, стоимость агрегатов или деталей, трудоемкость и сложность операций по их замене, неодинаковая напряженность различных агрегатов и деталей при данных условиях эксплуатации и неодинаковое изменение их напряженности при изменении условий эксплуатации машины;

– при назначении норм долговечности необходимо исходить из того, что обслуживание машины в эксплуатации будет производиться в соответствии с правилами, установленными заводом-изготовителем или руководящими организациями данной отрасли;

– затраты заводов на повышение сроков службы деталей и агрегатов при их изготовлении методами массового или крупносерийного производства, как правило, значительно меньше суммы эксплуатационных потерь вследствие частых ремонтов, увеличения трудоемкости обслуживания и снижения эффективности использования машин с недолговечными агрегатами /74/.

Положения, изложенные в работе /74/, применил в своей работе А.И. Ряднов /127/ при оптимизации показателей надежности зерноуборочных комбайнов. В критерии оптимизации им учтены затраты на разработку, производство и эксплуатацию комбайнов (С) в зависимости от оптимизируемых показателей надежности. Так, применительно к показателю надежности - наработки на отказ зерноуборочного комбайна критерий оптимизации представлен в виде:

, (1.13)

где Е_н - нормативный коэффициент экономической эффективности;

С₀ - начальная оптовая цена комбайна, приходящаяся на один год эксплуатации;

t₀ - наработка на отказ комбайна повышенной надежности;

t_n - наработка на отказ комбайна - прототипа;

б_пр - эмпирический показатель, характеризующий уровень прогрессивности производства с точки зрения возможностей заданного повышения надежности комбайна;

Т_р - суммарная наработка комбайна на сезон;

С_р - заработная плата рабочих, занятых устранением одного отказа;

С_3.4. - затраты на запасные части и материалы при устранении одного отказа;

С_зер - потери денежных средств на один отказ, связанные с потерями урожая из-за растягивания сроков уборки.

Однако, экономического критерия оптимизации показателей надежности обосновано и целесообразно при стабильном развитии экономики страны. В настоящее время при значительном диспаритете цен на технику и зерно, топливо смазочные материалы и зерно, а так же при нестабильности заработной платы механизаторов оптимизация показателей надежности по экономическим критериям приводит к неадекватным результатам. Поэтому, необходим иной подход к оптимизации показателей надежности.

При исследовании надежности зерноуборочного комбайна и, особенно, отдельных его агрегатов возникает необходимость анализа отказов и разграничения их по группам. Но в зависимости от типа изделия применяют различные способы классификации отказов /4, 13, 28, 40, 48, 74, 106, 143, 146, 148 и др./.

Одним из первых классификацию отказов элементов радиотехники дал Я.Б. Шор в работе /148/. Он разделил отказы на внезапные и постепенные. Затем, Я.Б. Шор совместно с Р.В. Кугелем в работе /75/ отказы классифицировали по причинам возникновения и способам устранения, по взаимосвязи отказов, по сложности и трудоемкости их устранения и другим причинам.

В работах /8, 11/ классификация отказов дана только по группам сложности. В основу классификации отказов в работе /8/ положен способ их устранения с учетом объема разборочно-сборочных работ по трем группам.

Авторы работы /11/ предлагают классифицировать отказы по пяти группам сложности, опираясь на известный принцип - примерный объем разборочно-сборочных работ.

Однако, в рассматриваемых классификациях количественно не оценивается трудоемкость устранения отказов и затраты, связанные с восстановлением или заменой отказавших элементов, а также потери от простоя. Указанный недостаток при классификации отказов устранен И.Н. Величкиным И М.А. Халфиным в работе /16/, которые предлагают оценивать сложность отказа по комплексному технико-экономическому показателю - стоимости нахождения и устранения отказа с учетом трудовых затрат, стоимости замененной (восстановленной) детали и потерям от простоя машины:

, (1.14)

где С_у - стоимость устранения отказа;

А - часовая тарифная ставка;

Т- средняя оперативная трудоемкость устранения отказа;

С _d - стоимость заменяемой детали;

В - потери от простоя машины за 1 ч;

t - средняя оперативная продолжительность простоя машины при устранении отказа.

В.М. Забродский и Г.Е. Топилин в работе /48/ классифицируют отказы по группам сложности, способу устранения, происхождению, месту устранения, внешним проявлениям, частоте и характеру проявления, причинам и условиям возникновения, влиянию на долговечность, виду отказавшего элемента, возможности проявления и условиям работы элемента. Данная классификация отказов наиболее полная.

Выбор той или иной классификации отказов позволяет анализировать их в соответствии с задачами исследования и разрабатывать на основе анализа рекомендации по повышению надежности машин.

Известно, что возникновение отказов, нарушение и потеря работоспособности машин являются вероятностными процессами. В связи с этим, все показатели надежности есть случайные величины.

Случайные величины делятся на дискретные (они могут принимать любое значение в течение какого-то интервала времени) и непрерывные (они могут принимать любое значение в некотором интервале времени). В зависимости от того является случайная величина дискретной или непрерывной, применяются тот или иной закон распределения.

Рассматривая вопросы надежности тракторов, Ю.А. Зуев в работах /54, 55/ приходит к выводу, что отказы тракторов, эксплуатируемых в рядовых условиях, подчиняется определенному закону распределения.

Авторы работ /5, 12, 27, 63/, исследуя надежность сельскохозяйственных машин и агрегатов, приходят к выводу, что время безотказной работы описывается экспоненциальным законом распределения.

А.И. Ряднов доказал, что вероятность безотказной работы несущих систем зерноуборочных комбайнов СК-5 и СК-6-II описывается законом Вейбулла, но весьма близким к экспоненциальному /127/.

Г.Г. Попов при оценке надежности и обосновании нормативов безотказности кормоуборочных машин и, в том числе, КСК-100 в условиях Нижнего Поволжья определил, что наработка на отказ распределяется по закону Вейбулла-Гнеденко /105/.

В связи с тем, что процессы износа и усталостного разрушения многообразны из-за влияния различных факторов, то для различных агрегатов, узлов и деталей машины всеобщность какого-либо закона маловероятна. Это показано во многих работах. В частности, В.А. Борознин в работе /10/ показал, что вероятность безотказной работы некоторых элементов трансмиссии комбайна КСК-100 (гидромотор, рамка крепления, привод и управление) описывается нормальным законом распределения, других (гидронасос) - закон Вейбулла-Гнеденко, третьих (шланги, уплотнения, механическая трансмиссия) - экспоненциальным. Надежность трансмиссии с гидростатическим приводом в целом описывается композицией указанных выше законов распределения.

Н.И. Овчинникова, моделируя надежность технологических систем «человек-машина-среда» в растениеводстве на примере обработки почвы и уборки урожая, представила двухкомпонентные композиции законов плотности вероятности безотказной работы систем /98/. В данной работе предложено рассчитывать вероятности безотказного функционирования компонент Р_ч («человека»), Р_м («машины»), Р_с («среды») по выражениям:

; ; (1.15)

;

где , плотность потоков отказов и восстановлений элементов системы (индексы «ч», «м», «с» - относятся соответственно к человеку, машине и среде), указывающие на переходы системы из работоспособного состояния в неработоспособное и обратно.

Основополагающие исследования, посвященные технологическому процессу зерноуборочных комбайнов, динамике механических систем, прочности и надежности элементов конструкций зерноуборочных комбайнов, автоматическому управлению технологическим процессом уборки зерновых культур, проведены С.А. Алферовым, В.Я. Аниловичем, В.Г. Антипиным, Л.М. Беленьким, И.Ф. Бородиным, И.Ф. Василенко, П.М. Василенко, З.И. Воцким, Ю.В. Гриньковым, Л.М. Грошевым, С.П. Гельфенбейном, В.П. Горячкиным, А.А. Дубровским, С.С. Дмитриченко, В.П. Жаровым, Э.В. Жалниным, В.А. Желиговским, С.А. Иофиновым, В.В. Кацыгиным, Н.И. Клениным, Н.И. Косиловым, И.П. Ксеневичем, К.Г. Колгановым, В.П. Когаевым, М.Н. Летошневым, А.Б. Лурье, Э.И. Липковичем, Г.Е. Листопадом, И.С. Нагорским, И.А. Пустыгиным, В.В. Радиным, М.П. Росляковым, А.И. Русановым, А.И. Рядновым, М.В. Сабликовым, Г.Ф. Серым, В.В. Спиченковым, В.А. Терликовым, Б.И. Турбиным, Р.Ш. Хабатовым, В.М. Халанским, В.Д. Шаповаловым, Г.Е. Чепуриным, Ю.Н. Ярмашевым и другими учеными и исследователями.

Все работы по исследованию надежности зерноуборочных комбайнов можно условно разделить на две группы. Первая группа - это исследования надежности комбайнов на стадии проектирования или доработки конструкции. Вторая группа - это исследования фактического уровня надежности в рядовых условиях эксплуатации.

В первой группе исследований используется, как правило, методы моделирования нагруженности динамических систем зерноуборочных комбайнов, а во второй - статистическая информация об отказах и неисправностях комбайнов при их эксплуатации.

К первой группе исследований можно отнести работы /2, 30, 31, 32, 117, 135/. Так, в работе /30/ автор рассматривает принципы моделирования динамической системы зерноуборочного комбайна с учетом возможных возмущений. Все возмущения им разделены на три основные категории: силовые кинематические и инерционные.

Силовые возмущения возникают от взаимодействия машины с обрабатываемым продуктом при выполнении технологического процесса.

Кинематические возмущения возникают от воздействий на машину неровностей поля.

Инерционные возмущения возникают при неуравновешенности рабочих органов машины. Автор работы /30/ показал, что для конструкции зерноуборочного комбайна опасными являются отдельные точки, получаемые машиной при перемещении по полю (кинематические возмущения), колебания четырехтактного четырехцилиндрового двигателя и механизма очистки (инерционные возмущения). Как следует из выше сказанного, кинематические возмущения возникают в процессе эксплуатации комбайнов и являются наиболее опасным. Это подтверждают авторы работ /2, 67/.

Кроме того, в работе /2/ показано, что неуравновешенность рабочих органов комбайнов повышенной производительности при выполнении технологических операций не вносит заметного увеличения нагруженности конструкции.

В работах /31, 122/ получено, что спектральные плотности внешних воздействий, имеющих периодическую составляющую, зависят от скорости движения комбайна и неровностей поля. Причем, неровности поля зависят от многих факторов: природно-климатические условия, убираемая культура, предшественники культуры на данном поле, технологии обработки почвы и другие.

Из сказанного следует вывод о важности исследований надежности комбайнов в различных условиях их эксплуатации.

В.В. Спиченков в работе /135/ разработал принципы построения обобщенной статистической модели нагружения несущей конструкции, адекватной многорежимной эксплуатации парка зерноуборочных машин в различных природно-климатических зонах и многофакторности внешних воздействий. Разработанная модель отражает весь спектр воздействий рельефов трасс движения зерноуборочных машин и основана на аналитическом описании стационарной части рельефов со случайным вектором параметров аппроксимации.

В работе /31/ рассмотрена модель для определения ресурса и запасов статической прочности, которая представляет собой иерархическую систему связанных между собой динамических подсистем, отражающих определенные свойства машины. Такое построение модели позволяет получить исходные характеристики для прогнозирования надежности.

Для сельскохозяйственных производителей важно не только какой уровень надежности комбайна заложен при его конструировании, но чему он равен в процессе эксплуатации, т.к. частые отказы машин приводят к значительным потерям уже выраженного урожая и затратам средств на восстановление работоспособного состояния. Кроме того, желательно, чтобы затраты на ремонт и обслуживание комбайна были одинаковыми во все годы его эксплуатации. Однако, как показали наши исследования, затраты растут с увеличением срока эксплуатации комбайна. Это подтверждают и другие исследователи.

Так, С.С. Некрасов в работе /96/ представил данные по изменению удельных затрат на ремонтно-техническое обслуживание зерноуборочных комбайнов от срока эксплуатации, табл. 1.4.

Из данных табл. 1.4 следует, что затраты денежных средств на эксплуатацию комбайнов растут с увеличением срока эксплуатации (за исключением СКД-5 в 9-й год эксплуатации).

Таблица 1.4 Изменение удельных затрат на ремонтно-техническое обслуживание зерноуборочных комбайнов от срока эксплуатации по годам (по С.С. Некрасову)

Марка комбайна	С, руб./физ. га по годам
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
СК-6 «Колос»	1,75	2,65	3,39	3,92	4,72	4,97	6,34	6,50	7,28	7,64
СК-5 «Нива»	1,74	2,34	2.96	3,58	4,00	4,50	5,04	5,27	5,32	6,36
СКД-5 «Сибиряк»	2,22	2,62	3,03	3,40	3,41	4,28	4,00	4,11	3,72	3,64
СК-4	1,63	2,48	2,49	2,71	2,81	3,29	3,60	3,65	3,56	3,59

Снижению затрат денежных средств на эксплуатацию комбайнов может способствовать правильно организованное, с соблюдением требований и правил техническое обслуживание.

При использовании зерноуборочных комбайнов их техническое обслуживание в полевых условиях связана с выбором варианта действия для достижения поставленной цели. Причем принятие решения происходит в условиях обработки нечеткой информации, а также природной неопределенности и в ограниченное время. Фактор времени является одним из важнейших показателей деятельности при уборке /37/.

Рассматривая структуризацию знаний предметной области «Настройка комбайна» В.П. Димитров, в работе /37/ отмечает, что возможную недогрузку или потери зерна обуславливают: неточность оценки значений фактов внешней среды и не своевременное обнаружение изменений значений факторов; неправильный выбор начальных значений регулируемых параметров; неточность определения значений показателей работы; незнание причин проявления нарушений; несовершенство алгоритма их нахождения; неумение прогнозировать возможность проявления нарушений. Из данных положений следует, что повышение эффективности использования зерноуборочных комбайнов возможно за счет совершенствования их технического обслуживания.

Известно, что надежность любой системы зависит от надежности ее элементов. Причем, на снижение уровня надежности системы оказывают в большей степени менее надежные ее элементы.

А.И. Ряднов, рассматривая надежность систем зерноуборочных комбайнов СК-5 и СК-6-II, доказал, что менее надежными системами является: несущая система, механические передачи и трансмиссии /127/, им детально изучена надежность несущей системы.

Общие проблемы динамики и кинематики гибких кинематических трансляторов (клиноременные контуры, гидро- и электроприводы, фрикционные и храповые устройства) рассмотрены в работах Б.А. Пронина, Д.Н. Решетова, И.И. Воробьева, Р.С. Галаджева, В.К. Мартынова, В.А. Светлицкого и других. Динамику приводов зерноуборочных комбайнов с позиций линейных неголономных систем впервые исследовал С.А. Алферов, а для современных зерноуборочных машин с учетом ряда существенных особенностей (высокие скорости элементов приводов, существенные величины моментов инерции рабочих органов, многозвенная кинематика, сбои технологического процесса и т.п.) - В.В. Радин в работе /117/. В данной работе В.В. Радин, используя созданный им аналитический аппарат, установил, что приводы отечественных комбайнов обладают достаточным запасом устойчивости