«ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОНОЙ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ СВЕКЛОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА HOLMER В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОГО ТОВАРОПРОИЗВОДИТЕЛЯ ...»

Государственное научное учреждение

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИНСТИТУТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНИКИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

(ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии)

На правах рукописи

Синельников Александр Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОНОЙ НАДЕЖНОСТИ

И ЭКОНОМИЧНОСТИ СВЕКЛОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА HOLMER

В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОГО ТОВАРОПРОИЗВОДИТЕЛЯ

Специальность: 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тырнов Юрий Алексеевич Тамбов

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЕЛЕДОВАНИЙ..

1.1 Условия функционирования комбайнов и их адаптация к среде использования………………………………...………

1.2 Правила приемки сырья и их влияние на показатель использования свеклоуборочных комбайнов …………………………………….………… 1.3 Обзор и анализ основных направлений и методов повышения эксплуатационной надежности свеклоуборочных комбайнов............... Выводы, цель и задачи исследований………………………..…..……… 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Теоретический анализ режимов нагружения свеклоуборочных комбайнов и их взаимосвязь с показателями надежности…………..…...... 2.2 Обнаружение выхода контролируемого параметра за допустимые пределы. Расчет стоимости потерь продукции…………………………. 2.3 Аналитический подход к обоснованию технологических процессов технического обслуживания и хранения комбайнов Holmer………..... 2.4 Обоснование количества обслуживающих звеньев……………………. 2.5 Взаимосвязь коэффициента готовности комбайна с достаточностью элементов ЗИПа (запчастей, инструмента и приборов), наличием запчастей на складе дилера…………………………………….………….... Выводы

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований………………...………. 3.2 Источники информации для определения показателей использования и надежности комбайнов………………………..…………………………… 3.3 Методика определения показателей использования комбайнов……… Стр.

3.4 Показатели надежности и методика их определения………………….. 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.............. 4.1 Наработка комбайнов. Изменение коэффициента использования и стоимости запасных частей на восстановление работоспособности комбайна в зависимости от наработки. Вероятность исправного состояния комбайнов при хранении..………………

4.2 Распределение наработки и коэффициента использования эксплуатационного времени смены при различных схемах технического обслуживания…………………………………….………………………....... 4.3 Взаимосвязь коэффициента готовности комбайнов со сроками поставки запасных частей. Оценка материальных затрат связанных с простоем комбайнов……………………………..……………

4.4 Влияние квалификации сервисных механиков на их производительность, коэффициент готовности комбайна и экономические показатели деятельности сервисных центров…………… 4.5 Изменение степени загрузки двигателя MAN 2876 от периода возрастающих нагрузок……………………………………………….…….. 4.6 Распределение наработки на технологический отказ и частота появления ошибок управления. Показатели качества работы комбайнов при выходе регулируемых технологических параметров за допустимые пределы……………………………………………………………………….. Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1 Методы определения годового экономического эффекта от внедрения результатов научно-исследовательской работы

5.2 Исходные данные и результаты расчетов годового экономического эффекта

5.3 Экономический эффект при разных способах хранения свеклоуборочных комбайнов………………………………………………………...…. Стр.

Вывод

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список используемой литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Карты ТО-1, ТО-2, ТО-3 и хранения свеклоуборочного комбайна HOLMER……………………………………

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Перечень работ выполняемых при ТО-1, хранении свеклоуборочного комбайна HOLMER с продолжительностью их выполнения и предполагаемой квалификацией исполнителя……………...... ПРИЛОЖЕНИЕ В. Плановые отчисления на один свеклоуборочный комбайн HOLMER. Затраты на подготовку комбайна в зависимости от срока службы и способа хранения………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Положение о гарантийном обслуживании свеклоуборочных комбайнов……………………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Правила технического и гарантийного обслуживания (ремонта) свеклоуборочных комбайнов………………………………. ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Справка ООО «Холмер-Русь» об использовании разработок…………………………………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Справка ООО ИЦ «Агротехсервис» об использовании разработок…………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Дальнейшее повышение эффективности производства сахарной свеклы неразрывно связано с расширением масштабов освоения высокорентабельных ресурсосберегающих технологий и процессов уборки, а также созданием и применением эффективных высокопроизводительных свеклоуборочных машин.

Многочисленными научными исследованиями и практикой доказано, что уборка сахарной свеклы является наиболее трудоёмким и энергоёмким процессом её производства. Кроме того, из-за неоднородности состояния почвы, поля и корнеплодов, обусловленных поздними сроками уборки, а в отдельных случаях потери работоспособности, как отечественных, так и зарубежных комбайнов и частых простоев по организационным и техническим причинам, обуславливают значительные потери, достигающие 30% от биологической урожайности сахарной свеклы [1, 2].

В настоящее время на уборке сахарной свеклы широко используются, как прицепные, так и навесные однооперационные машины с преобладанием в их конструкции хорошо известных простых механизмов и связей (машины для 2-х и 3-х фазной технологий), а также самоходные многооперационные комбайны в основном зарубежного производства (Agrifac, Franz Kleine, Matrot, Holiner, Ropa) с наличием сложной пространственной кинематики движения рабочих органов, сложных связей и наличием электронногидравлических управляющих систем, терминалов и бортовых компьютеров [3, 4, 5, 6, 7].

В количественном отношении доминируют комбайны фирмы Holmer (Terra Dos модели Т2, ТЗ), стоимость которых колеблется от 15 до 22 млн.

руб. Вместе с тем опыт их применения в хозяйствах ЦФО свидетельствуют о том, что потенциальные их возможности реализуются пока недостаточно полно. Высокая стоимость комбайнов при низкой сезонной наработке и эксплуатационной надежности обуславливает высокую себестоимость уборочных работ [8].

Производительность однооперационных машин на ботвоудалении и извлечении корнеплодов достигает 1,0...1,2 га/ч, а самоходных – 1,4...1,6 га/ч при себестоимости уборки 1 га при урожайности 30...50 т/га соответственно 2,6...3,3 и 4,8...7,8 руб/га [9, 10].

Самоходные свеклоуборочные машины зарубежного производства имеют более сложную конструкцию и повышенную массу, чем однооперационные. Так общая масса машин для подбора валков не превышает 1,8 т и 2, т. Суммарная масса машин для ботвоудаления и извлечения корнеплодов, составляет около 15 т., что не превышает 50% общей массы самоходных комбайнов. Затраты мощности на реализацию процесса однооперационными машинами составляют 20...25 кВт (подбор валков) и 40...45 кВт расходуется на ботвоудаление и извлечение корнеплодов. Для их агрегатирования требуются тракторы мощностью 60...110 кВт. Самоходные комбайны имеют мощность двигателя не менее 370...450 кВт [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].

Номенклатура запасных частей однооперационных машин составляет 8...25% от общей номенклатуры сложной самоходной машины.

Это повышает актуальность задачи обеспечения наиболее полного использования потенциальных возможностей самоходных свеклоуборочных комбайнов зарубежного производства, в том числе и за счёт мероприятий по повышению эффективности использования и совершенствования методов обеспечения надежности.

Полезность увеличения уровня эксплуатационной надёжности для производителя, работающего в рыночных условиях, заключается в следующем: в повышении конкурентоспособности машины и расширения рынка сбыта;

увеличении прибыли и объёмов изготовления, продаж машин и запчастей;

дополнительном увеличении прибыли за счёт услуг технического сервиса.

Потребительская стоимость товара имеет подчинённое значение, как средство, обеспечивающее реализацию товара, возращение понесённых издержек и получение прибыли, то есть для частного производителя фактически не имеет значения сумма расходуемого труда и средств потребителя при использовании продукции [11].

Для потребителя (сельского товаропроизводителя) уровень эксплуатационной надёжности обеспечивает: повышение эксплуатационной производительности за счёт сокращения времени простоев машины по техническим причинам; увеличение прибыли и снижение себестоимости уборочных работ за счёт сокращения потерь продукции, затрат на эксплуатацию, роста производительности труда; повышение ликвидности машины по истечении определённого срока эксплуатации, то есть возможность продажи машины на вторичном рынке по более высокой цене.

В связи с этим, исследования, направленные на совершенствование методов повышения эксплуатационной надежности является актуальной научной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии) в соответствии с заданием Россельхозакадемии 09.01.03.05 «Обосновать технологические режимы использования современных комплексов машин, в т.ч. зарубежного производства для возделывания и уборки картофеля и сахарной свеклы», 09.04.06.08 «Разработать нормативно-техническую документацию по организации и функционированию предприятий технического сервиса тракторов, самоходных комбайнов и рабочих машин, в том числе зарубежного производства» и межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ.

Степень разработанности темы. Научные основы надежности и технического сервиса сельскохозяйственной техники созданы трудами известных российских ученных: В.И. Черноиванова, М.М. Севернева, В.М. Кряжкова, В.М. Михлина, В.П. Лялякина, И.В. Королькова, И.Н. Коробейникова, Л.П. Кормановского, Н.С. Пасечникова, Н.Ф. Скурятина, Ф.С. Завалишина, А.И. Завражнова, В.Д. Прохоренкова, Н.П. Тишанинова и др.

В результате этих исследований сформировались теоретические основы, принципы и методы проектирования ремонтно-обслуживающих подразделений инженерной сферы АПК, хранения и восстановления деталей. Анализ этих работ показывает, что общая теория надежности, отражающая свойства безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости технических систем разработана в достаточной степени. Область этой теории наиболее характерна для технических изделий, которые изготавливаются и эксплуатируются в статистически однородных условиях, а чаще на этапе их проектирования.

Это обуславливает необходимость изучения показателей надежности и экономичности уникальных и мелкосерийных объектов, как самоходные свеклоуборочные комбайны, эксплуатируемые в изменяющихся почвенноклиматических условиях, при различного рода ограничениях организационного характера, слабой инфраструктуры технического сервиса и низкой квалификации обслуживающего персонала.

Цель исследований – повышение эффективности использования свеклоуборочных комбайнов путем совершенствования процессов технического обслуживания, ремонта, хранения и использования.

Задачи исследований:

– обобщить и проанализировать показатели использования комбайнов и выявить причины, обуславливающие снижение эксплуатационной надежности и экономичности;

– провести аналитические исследования технологических процессов технического обслуживания и хранения комбайнов, обосновать количество обслуживающих звеньев и ремонтных бригад;

– теоретически установить взаимосвязи динамики нагружения и режимов работы комбайнов с показателями надежности и качества;

– провести экспериментальные исследования и определить сравнительные показатели эксплуатационной надежности комбайнов при различных схемах организации обслуживания и сроках ремонта;

– дать технико-экономическую оценку выполненных исследований.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

– результаты обобщения показателей использования и надежности комбайнов при использовании по назначению;

– аналитические зависимости по обоснованию технологических процессов технического обслуживания и хранения, расчету количества обслуживающих звеньев и результаты сравнительной оценки показателей эксплуатационной надежности и экономичности при различных схемах обслуживания и сроках ремонтов;

– результаты теоретических и экспериментальных исследований по влиянию режимов нагружения и работы комбайнов на показатели надежности и качества работ.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретические зависимости, полученные в ходе исследований, позволяют обосновать: параметры допустимого нагружения элементов комбайна во взаимосвязи с показателями надёжности, оптимизировать технологические процессы технического обслуживания и хранения, необходимый перечень запчастей, инструмента и приборов, требуемого количества обслуживающих звеньев, стоимость потерь корнеплодов при выходе регулируемых параметров за допустимые пределы.

Разработан перечень нормативно-технической документации по организации и функционированию предприятий технического сервиса, включающий: положение о гарантийном обслуживании свеклоуборочных комбайнов; правила технического и гарантийного обслуживания (ремонта) свеклоуборочных комбайнов.

Результаты исследований позволяют потребителю сервисных услуг (товаропроизводителю) получать годовой экономический эффект, при рациональном проведении технического обслуживания одного комбайна за сезон, в размере 10 тыс. руб., за счет снижения потерь корнеплодов на 4,1 %, засоренности вороха растительными остатками на 2,8 % и экономии заработной платы комбайнеров за счет сокращения продолжительности времени уборки имеющейся площади сахарной свеклы. Снижение затрат на гарантийное и послегарантийное обслуживание на 19,5% обусловлено повышением профессиональных навыков сервисных механиков, эффективностью работы информационноконсультационной службы, позволяющей сократить количество выездов сервисных бригад на 10...15% и более.

Реализация результатов исследования осуществлена: в ООО «ХолмерРусь», в ООО ИЦ «Агротехсервис» (г. Тамбов), ООО «АМТ-Черноземье» (г.

Елец), ООО «Кубань-Холмер-Сервис» (Краснодарский край), ООО «БашХолмерСервис» (Башкирия), в ряде хозяйств Белгородской, Воронежской, Липецкой и Тамбовской областей при обслуживании Holmer Terra Dos.

Полученные результаты исследований рекомендуются для широкого применения в сельскохозяйственном производстве, предприятиям и организациям, занимающихся оказанием услуг по техническому сервису, ВУЗам – при подготовке агроинженеров.

Объект исследований. Технологические процессы технического обслуживания, ремонта, хранения и использования свеклоуборочных комбайнов.

Предмет исследований. Закономерности изменения показателей надежности и экономичности свеклоуборочных комбайнов при использовании по назначению.

Методика исследований. В теоретических исследованиях использовались: теория вероятностей и математической статистики, теория массового обслуживания, системный анализ, методы моделирования технических систем и систем массового обслуживания.

Результаты экспериментальных исследований получены по статистическим данным, полученным в конкретных хозяйствах в характерных условиях зоны ЦФО, обобщении показателей деятельности предприятий технического сервиса по обслуживанию зарубежных комбайнов.

Обработка данных экспериментальных исследований выполнена с использованием статистических методов с применением компьютеров.

Положения, выносимые на защиту:

– аналитические зависимости по обоснованию технологических процессов технического обслуживания и хранения, расчету количества обслуживающих звеньев и результаты сравнительной оценки показателей эксплуатационной надежности и экономичности при различных схемах обслуживания и сроках ремонтов;

– результаты теоретических и экспериментальных исследований по влиянию режимов нагружения и работы комбайнов на показатели надежности и качества работ.

Степень достоверности и апробация результатов:

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

– применением современной контрольно- измерительной и вычислительной техники;

– объёмом экспериментальных исследований;

– согласованностью теоретических и экспериментальных исследований.

Основные материалы диссертации доложены и одобрены:

– на заседаниях Учёного совета ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии (2008- гг.);

– на заседаниях технических советов ООО «Холмер-Русь», ООО «Агротехсервис», ООО «АМТ-Черноземье» (2008-2012 гг).

– на XV Международной научно-практической конференции 18-19 сентября 2009 года «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства». ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов;

– на XVI Международной научно-практической конференции 20-21 сентября 2011 года «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства». ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов;

– на XVII Международной научно-практической конференции 24-25 сентября 2013 года «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства». ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в научных работах, в том числе 3 работы в изданиях рекомендуемых ВАК Минобразования и науки РФ. Общий объем публикаций составляет 2,5 печ. л., из которых 0,95 печ. л. принадлежат лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти разделов, заключения по работе, списка литературы и 8 приложений. Содержит 12 таблиц и 30 рисунков. Список используемой литературы включает в себя 128 наименования.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Условия функционирования комбайнов и их адаптация к условиям использования Эффективность производства сахарной свеклы во многом зависит от принятых технологий возделывания и уборки.

Использование новых ресурсосберегающих технологий позволяет уменьшить количество технологических процессов, типов тракторов, рабочих машин и комбайнов, таблица 1 [14].

Таблица 1 – Состав и структура комплексов машин при внедрении новых технологий производства сахарной свеклы ство типов свеклоуборочных в т.ч. на уборку (без учёта расхода топлива на транспортирование Переход на новые технологии уборки как правило связаны с приобретением нового поколения свеклоуборочных машин. В связи с отсутствием производства специализированных уборочных машин для свекловодства в России усилилась тенденция приобретения машин зарубежного производства.

Комплекс инженерно-технических, технологических и организационных задач, возникающих при приобретении и использовании машин по назначению у потребителя, схематично отображен на рисунке 1.

Общеизвестно, что основными критериями эффективного использования машин являются производительность и качество выполняемых работ [15, 16].

Рисунок 1 – Комплекс организационных, технологических и технических задач, возникающих у потребителя в связи с приобретением новых машин.

Производительность машинно-тракторного агрегата достаточно полно формализуется уравнением общего вида [2].

где W – производительность МТА;

П – возможные параметры агрегата;

Р – режимы работы агрегата;

У – условия использования МТА.

Причем последние находятся в тесной взаимосвязи с природноклиматическими факторами и определяют физико-механическое состояние несущей поверхности (почвы) и обрабатываемого материала [2].

Проанализируем влияние почвенно-климатических условий и организационных мероприятий, оказывающих влияние на эксплуатационные показатели работы комбайнов.

Анализ динамики изменений погоды, например, на территории Тамбовской области, приведенной в диссертационной работе А.Г. Рамазанова [2, 18], показал, что температура воздуха в отдельные дни сентября – ноября (период уборки сахарной свеклы), колебалась от +300С до –260С. В сентябре, как наиболее благоприятном месяце для уборки, отмечались заморозки до – 80С, а в октябре – до –100С. Количество выпадавших осадков достигало от до 243 мм. В отдельные годы в сентябре осадков практически не выпадало, что приводило к пониженной влажности почвы (до 12 %) [2].

За период наблюдений отмечено, что в отдельные годы в сентябре и октябре осадки выпадали в течение 16…17 дней в месяц. При этом иногда в сутки выпадало до 23 мм или около 40 % к месячной норме. Максимальное количество осадков в сентябре-октябре достигало 128 мм (27 % годовых осадков). Поэтому в годы с большим количеством выпадавших осадков уборка сахарной свеклы растягивалась до 100…110 дней или часть площадей (32 % в 2002 году по Тамбовской области) оставалась не убранной. Это происходило из-за повышенной влажности почвы (28…30%), при которой теряют работоспособность распространенные свеклоуборочные комплексы на базе отечественных и зарубежных самоходных комбайнов типа КС-6, РКС-6, SF-10, Ноlmer, Mamро M41 и т.д. [18], таблица Неоднородны как атмосферное состояние, так и характеристики массы корней, почвы и других условий применения машин. Характерные условия производственного использования свеклоуборочных агрегатов представлены в таблицах 2, 3.

Приведенные характеристики условий функционирования машин таблицы 2, 3 накладывают жесткие требования к выбору управляющих воздействий, скоростных и нагружных режимов их работы, типу рабочих органов, которые бы в конкретных условиях обеспечивали меньшую энергоёмкость, высокое качество работ и достаточную, для сложившихся условий эксплуатационную производительность [1, 2].

Свеклоуборочные комбайны зарубежного производства оснащены современными компьютерными системами контроля и управления работой двигателя. Автоматически и при ручном управлении изменяются: частота вращения двигателя и привода движения; блокировка дифференциалов; скорость движения бесступенчато в пределах 0...32 км/ч; регулировка высоты среза ботвы; диапазон разброса ботвы; глубина хода рабочих органов; расстановка рабочих органов по ширине; смещение корчевателя влево-вправо по ходу движения; реверс движения с изломом рамы; натяжение цепей и т.д.

Вместе с тем, оценки эффективности их применения и потерь материальных затрат при отклонении параметров от допустимых значений в настоящее время в литературе не представлено. В связи с этим установить эффективность применения сложных систем и заложенных конструктивных решений для более полной адаптации комбайнов к условиям уборки проблематично.

Таблица 2 – Характеристика условий работы свеклоуборочных агрегатов [1, 2] Засоренность участка сорняками на Отклонение расположения головок корнеплодов относительно поверхности Расстояние между корнеплодами мм более 300 менее Биологическая урожайность корнеплодов т/га 70 Таблица 3 – Значения коэффициентов, характеризующих тягово-сцепные качества энергосредства [1, 2] Адаптация свеклоуборочных комбайнов зарубежного производства к различным условиям уборки, состоянию почвы обеспечивается за счёт: увеличения ширины шин; блокировки межколесного и межмостового дифференциалов; применением регулируемых, как по крутящему моменту, так и частоте вращения, гидрообъёмных приводов; равномерного распределения нагрузки по мостам (заднего и переднего) комбайна; регулировки колеи; автоматического регулирования глубины хода рабочих органов; применения виброкопачей, двигателей с повышенной мощностью и т.д.[2, 3, 4, 5, 6, 7] Повышение поступательной скорости движения комбайнов обеспечено возможностью снижения количества поступающей вместе с корнеплодами земли, остатков ботвы и длинностебельных примесей при значительной засоренности полей перед уборкой. Это достигнуто повышением сепарирующей способности поверхностей за счет применения: спиральных валов; сепарирующих элеваторов значительной длины; сепарирующих звезд; сегментированных грохотов; грохотов с пружинными зубьями, турбин, применением вибрационных шаров, обеспечивающих движение рабочих органов в противофазе и т.д.[2].

Количество ботвы и длинностебельных примесей значительно сокращено предварительным, перед поступлением на сепарирующие поверхности, измельчением с последующим разбрасыванием по полю. При этом длина резки обеспечивает беспрепятственный проход измельченной массы через технологические зазоры сепарирующих поверхностей. Целесообразна разработка новых или коренное улучшение конструкций известных рабочих органов для уборки ботвы и доочистки головок корней.

Значительна и роль регулировок. Повышение качества работ обеспечено за счет автоматических регулировок: положения опорных колес, как с правой стороны, так и с левой, а также с одновременной их разгрузкой; высоты среза; глубины среза; изменений частоты вращения валов (извлекающих, очищающих и транспортирующих); обеспечение реверсивности хода рабочих органов; раздельного изменения положения ботвоудалителя и выкапывающих органов, очистки пассивных ножей и транспортирующих органов и поверхностей, отклонений копачей в горизонтальной плоскости на 70… мм и т.д.

При этом повышение качества уборки состоит также в повышении количества извлекаемых корней, о чем было сказано выше. Обеспечение этого условия весьма проблематично, исходя из характеристики состояний среды, т.к. существующие органы не в полной мере обеспечивают всех требований.

Для этого необходимо создать и применить в последующем новые эффективные способы уборки и рабочие органы для извлечения корней [2].

Применение регулирующих устройств, с учетом неоднородности поступающей массы и размеров корней и их расположением по отношению к оси, с расширенным диапазоном регулирования оправдано. Стабильность сохранения регулировок в условиях налипания влажной почвы или её намерзания должна быть высокой, т.е. не требовать частых их изменений, не нарушать кинематики движения и обеспечивать высокое качество работ. Особенно это сложно выполнить на машинах со значительным сроком использования.

1.2 Правила приемки сырья и их влияние на показатель использования свеклоуборочных комбайнов Ограничение сахарными заводами объемов суточного приема корнеплодов от хозяйств неминуемо приводит к удлинению срока уборки сахарной свеклы. На больших площадях посевов уборка смещается на период с неблагоприятными погодными условиями (продолжительное выпадение обильных осадков, пониженные температуры). При этом велика вероятность, что хозяйства оставят неубранной некоторую площадь. Так, в прошедшем году в области осталось неубранными более 10 % площадей под сахарной свеклой.

Кроме того, из-за большой загрязненности корнеплодов сахарные заводы при приеме снижали их зачетную массу до 30 – 50% [19, 20].

Поэтому в этих условиях необходимо обоснование нового подхода к формированию парка свеклоуборочной техники на всех уровнях управления:

хозяйство - муниципальное образование – регион. C помощью компьютерного моделирования установлено, например, что в хозяйстве на площади в га при урожайности корнеплодов 30 т/га и суточной квоте в объёме 100 тонн продолжительность комбайновой уборки составит около одного месяца независимо от количества и суточной наработки свеклоуборочных комплексов (рисунок 2) [19, 20…22].

При увеличении квоты в два раза и урожайности до 50 т/га продолжительность уборки на этой площади сокращается на пять суток, а на площади 500 га при вышеназванных условиях уборка будет продолжаться около четырёх месяцев. В этих условиях хозяйство уберет сахарную свеклу при любой урожайности на площади 100 га за 15-25 дней при суточной квоте на приём корнеплодов, начиная с 300 тонн.

Уменьшенные квоты приводят не только к увеличению продолжительности уборки в хозяйствах, но и вынуждают их по-новому подходить к формированию свеклоуборочных комплексов.

Например, при суточной наработке в 7,5 га, характерной для имеющихся в 90% хозяйств области самоходных комбайнов типа КС – 6 или РКС – 6, урожайности корнеплодов в 20 т/га и квоте 600 тонн потребуется четыре комплекса. Увеличение урожайности при уменьшенной квоте сокращает потребность в уборочных комплексах. Один свеклоуборочный комплекс уберет сахарную свеклу с площади 7,5 га за сутки с урожайностью корнеплодов 25, 40, 55 и 65 т/га при квоте соответственно 200, 300, 400 и 500 тонн.

При замене этих комбайнов на современные высокопроизводительные комбайны иностранных фирм с суточной наработкой от 15 до 35 га потребность последних значительно сокращается, что наглядно представлено на рисунке 3.

Продолжительность уборки, сутки Рисунок 2 – Продолжительность уборки сахарной свеклы при квотированном приёме корнеплодов на сахарный завод [19, 20].

Рисунок 3 – Суточная потребность в свеклоуборочных комбайнах при наработке одного комбайна 25 га/ сут. [19, 20].

Ограниченная квота на вывоз корнеплодов затягивает уборку сахарной свеклы даже при наличии в хозяйстве высокопроизводительной свеклоуборочной техники. Примером тому является ОАО имени Карла Маркса Жердевского района. В этом хозяйстве сахарная свекла размещена на площади более 1000 га. Благодаря высокой культуре земледелия и применению прогрессивной технологии возделывания и уборки сахарной свеклы, хозяйство ежегодно получает высокие урожаи корнеплодов, превышающие 55 тонн с одного гектара. Потенциальные возможности двух самоходных комбайнов Holmer Terra Dos, имеющихся в хозяйстве, при эффективном круглосуточном использовании, достаточном транспортном обеспечении и благоприятных погодных условиях позволяют убрать сахарную свеклу со всей площади за 15-20 суток. Хозяйству в указанный период сахарным заводом доведена квота в объеме 300 тонн. При сохранении этой квоты до конца уборки хозяйство вынуждено убирать ежесуточно площадь, не превышающую 7 га. Поэтому оставшуюся «квотированную» площадь хозяйство убирало одним комбайном в течение двух с половиной месяцев [19, 20].

Концентрация на базе сахарных заводов высокопроизводительных самоходных комбайнов, приобретенных самими заводами или хозяйствами района на кооперативных началах, позволит значительно сократить потребность в уборочной технике и обеспечить планомерное суточное поступление корнеплодов на заводские площадки в необходимых объёмах.

Рисунок 4 – Суточная потребность в свеклоуборочных комплексах в районе при квотированном приёме корнеплодов на сахарный завод (при урожайности корнеплодов 40 т/га) [19, 20].

Так, четыре комбайна Holmer Terra Dos c суточной наработкой в 25 га при средней урожайности корнеплодов в хозяйствах района в 40 т/га обеспечат сбор корнеплодов в объёме 4 тыс. тонн. В этих условиях при использовании комбайнов типа КС-6 их потребуется не менее 13 единиц, рисунок 4.

Потребность, например, в комбайнах Holmer Terra Dos по районам области в зависимости от размеров посевных площадей под сахарной свеклой на перспективу составит от 2 – 3 до 16 комбайнов при круглосуточном их использовании в течение месяца.

Эффективное использование зарубежных самоходных свеклоуборочных комбайнов, объединенных в уборочные отряды, позволяет значительно увеличить сезонную наработку одного комбайна, достигающую 1200-1500 га.

Это подтверждается опытом работы подобных формирований в Липецкой, Тамбовской области и других свеклосеющих регионах России [19, 20].

1.3 Обзор и анализ основных направлений и методов повышения эксплуатационной надежности свеклоуборочных комбайнов Основной задачей науки о надежности является изыскание наиболее рациональных путей повышения надежности и долговечности машин. На три генеральных направления, объединяющих различные методы повышения надежности машин указывает докт. техн. наук, профессор А.С. Проников [23, 24]:

1. Повышение сопротивляемости машины внешним воздействиям. Сюда относятся как методы создания прочных, жестких, износостойких узлов за счет их рациональной конструкции, так и применение материалов с высокой прочностью, износостойкостью, антикоррозионностью, теплостойкостью и др. Это направление объединяет все те новейшие достижения в области конструирования и технологии, которые позволяют увеличить стойкость узлов и механизмов к воздействиям, характерным для данного типа машин [23, 24].

Однако возможности сопротивления вредным процессам не безграничны. Нет совершенно неизнашивающихся материалов, практически невозможно обеспечить во всех механизмах только жидкостное трение, нет материалов, которые не деформировались бы и не изменяли своих размеров при колебании температуры и т. д. [23, 24] Если к этому прибавить, что источники внешних и внутренних воздействий на машину остаются и что требования к ее выходным параметрам все время повышаются, можно сказать, что перечисленные методы борьбы с вредными влияниями необходимы, но недостаточны. Они ограничены уровнем развития той или иной области техники.

2. Изоляция машин от вредных воздействий путем установки их на фундамент для виброизоляции, защиты от запыления и загрязнения поверхностей, создания специальных температурных условий и влажности, применения антикоррозионных покрытий и т. д.

Во всех этих случаях узлы, и элементы машины изолируются от вредных процессов и создаются более благоприятные условия для работы машины. Сюда же относятся рациональные методы ремонта, обслуживания и хранения машин, которые за счет профилактических мероприятий и восстановления утраченной работоспособности машины уменьшают эффект от влияния на машину вредных процессов. Изоляция машины от внешних воздействий повышает ее работоспособность, однако эти возможности также ограничены. Остаются внутренние источники возмущений, полная изоляция от внешних источников также затруднена из-за их неопределенности. Поэтому принцип изоляции от внешних возмущений имеет ограниченные возможности по повышению надежности машин.

3. Применение принципа саморегулирования, когда машина при помощи специальных устройств автоматически восстанавливает утраченные функции и реагирует на внешние возмущения, является новым направлением в создании надежных машин для сложных систем и агрегатов [23, 24].

Это направление имеет практически неограниченные возможности по повышению надежности и долговечности, так как, основываясь на принципах кибернетики, можно для машины любой сложности обеспечивать ее необходимую работоспособность.

Исследований по указанным вопросам недостаточно для выработки конкретных рекомендаций промышленности и товаропроизводителям. В связи с этим целесообразна глубокая научная проработка всей совокупности задач, решение которых обеспечит значительное повышение эффективности применения свеклоуборочных машин.

В настоящее время широко применяются два пути повышения надежности, связанные с основными этапами жизни технических устройств. Первый этап – это этап проектирования и производства, второй – этап эксплуатации. Повышение надежности на этапе проектирования считается основополагающим, при нем закладываются все возможности по качественному выполнению техники её основных функций безопасной работы в заданных временных характеристиках. Второй этап связан с обеспечением потенциально заложенной надежности при проектировании. Однако определенными мероприятиями в процессе эксплуатации можно повысить надежность и даже превзойти её уровень, заложенный при проектировании и производстве. Это достигается доработками аппаратуры и совершенствованием исходных технологических и организационных мероприятий в процессе её эксплуатации при двусторонней связи производства и эксплуатанта [25…30].

Основные методы повышения надежности на этапе проектирования и производства включают следующее [29].

1. Применение высоконадежных комплектующих элементов. Для выполнения этого проводят либо выборочную, либо полную предварительную проверку и испытание элементов в условиях, приближенных к условиям эксплуатации.

2. Проектирование, возможно более простой техники применение известных раннее и хорошо себя зарекомендовавших блоков, узлов и схемных решений.

3. Снижение возможных перегрузок в работе изделий.

4. Автоматизацию проектирования, при которой оптимизируется конструкция объекта с учетом требований стандартов и исключаются конструкционные ошибки при переносе информации на технологическую и производственную базу.

5. Резервирование особо ответственных узлов, блоков, операций в программном обеспечении.

Методы повышения надежности на этапе эксплуатации включают следующее.

1. Доработку изделий на основе опыта эксплуатации и связи потребителя с разработчиком и производителем.

2. Снижение нагрузок действующих на технику, улучшение условий работы и хранения.

3. Совершенствование технологических процессов работы и обслуживания в соответствии с требованиями потребителя.

4. Повышение квалификации обслуживающего персонала.

5. Выполнение всех плановых профилактических мероприятий.

6. Внедрение современных средств контроля.

7. Прогнозирование надежности и анализ статистики отказов.

8. Совершенствование организации труда у потребителя.

В условиях перехода к эксплуатации техники на основе анализа ее текущего состояния, все больше значение для обеспечения надежности имеет своевременная диагностика отказов с выполнением принципов ее отказобезопасного проектирования. На этапе проектирования аппаратуры наиболее кардинально вопросы повышения надежности решаются также при резервировании ее основных узлов [29].

Технический сервис, как основной фактор высокопроизводительного использования комбайнов зарубежного производства в РФ развит пока слабо и находится в стадии становления [8]. Существуют очень противоречивые подходы к формам предоставления услуг и в зарубежной практике. Положительным моментом является полная ориентация производителей техники на исполнение требований потребителя как в части конструкций машин, так и дальнейшего сервиса, таблица 4 [13, 31…39].

Технический сервис машин на стадии эксплуатации требует: дальнейшего совершенствования организации и выполнения технического обслуживания, ремонта машин в гарантийный и послегарантийный периоды эксплуатации; организации использования машин у потребителя; форм обучения персонала и информационно-консультационного обеспечения по вопросам эксплуатации машин [8, 40…50].

Таблица 4 – Требования потребителя к предприятиям технического сервиса [13] Коэффициент технической готовности обслуживаемых комбайнов (Кг) 0,85-0, Увеличение наработки комбайнов за счет своевременного и качественного проведения сервисных работ (Кн) Отношение суммарных годовых трудовых затрат на техническое обслуживание, диагностирование и текущий ремонт осуществляемое сервисной службой 0,4-0, к годовой наработке обслуживаемых комбайнов (Кт) Продолжительность функционирования сервисной службы в течение суток 24 часа Отклонение от графика технического обслуживания комбайнов по времени (At) Наработка на отказ обслуживаемых комбайнов Средняя продолжительность одного ремонта комбайна в зависимости от сложности отказа Процент выполнения заявок на текущий ремонт комбайна у потребителя Удовлетворенность потребителя в запасных частях по его заявке в течение суток Продолжительность устранения отказа, при превышении которого на место вышедшего из строя комбайна ставится резервный Отдельные, отмеченные в литературном обзоре положения хорошо известны в науке и практике. Вместе с тем, как показывают материалы обзора, изменившиеся условия применения, сложность машин требуют дальнейшего развития теоретической базы в этом направлении [8, 51…62].

На основе обзора аналитических исследований определены основные факторы, обуславливающие снижение показателей эксплуатационной надежности машин, таблица 5.

Таблица 5 – Основные факторы, обуславливающие снижение показателей эксплуатационной надежности машин Стадия проектирования Стадия использования по назначению и производства Ошибки проектирования Повышенная интенсивность механических возвыбор схемы конструк- действий на элементы конструкции из-за отклотивных решений, матери- нений от нормальных условий работы, вызваналов и элементов) ных окружающей средой.

Ошибки программирова- Низкое качество подготовки полей к уборке ния (при оснащении ком- (наличие значительного количества длинностепьютерными устройства- бельных сорняков).

Отклонение от требований Отклонения от правил эксплуатации и нарушеконструкторской доку- ние режимов.

ментации Применение низкокачественных топлив.

Дефекты производства Применение масел и смазок, не разрешенных к Дефекты материалов применению в данной конструкции.

Адаптация изделий к раз- Несанкционированное изменение конструкции.

личным условиям уборки Квотирование приемки сырья сахарными заводами.

Отсутствие доступа к электронной базе производителя (РД – классификатор отказов. Информация по формам и проявлениям отказов, способам устранения).

Рисунок 5 – Возможные состояния комбайнов и характеристики технологического процесса.

Возможные состояния свеклоуборочных комбайнов в период уборки отражены на рисунке 5. Особый интерес представляет работа комбайнов в стадии технологического отказа. Выполнение функций с пониженными показателями назначения, кратковременных значений технологических параметров за поле допуска обуславливают значительные потери и снижают эффективность использования дорогостоящих комбайнов зарубежного производства. Для свеклоуборочных машин не установлено время возникновения технологических отказов и не представлены показатели работы комбайнов при технологических отказах.

На основе обзора и анализа научных исследований, обобщения передового опыта установлено:

– эффективность производства сахарной свеклы неразрывно связано с освоением новых технологий и применением высокопроизводительных свеклоуборочных машин;

– отсутствие производства специализированных свеклоуборочных машин побуждает сельского товаропроизводителя приобретать машины зарубежного производства;

– с приобретением сложных зарубежных комбайнов у потребителя возникает комплекс организационных, технологических и технических задач по организации эффективного использования комбайнов и технического сервиса;

– интенсивность использования комбайнов в значительной мере обусловлена состоянием почвы и культуры к моменту уборки, правилами приёмки сырья, состоянием машины, квалификацией комбайнёра, правильностью выбора скоростных и нагрузочных режимов работы;

– технический сервис, как основа обеспечения высокой эксплуатационной надёжности и экономичности комбайнов, развит пока слабо, как итог потенциальные возможности свеклоуборочных комбайнов реализованы на уровне 60...65%;

– требуют теоретического обоснования и разработки технологические процессы обслуживания и хранения комбайнов, оценки эффективности заложенных конструктивных решений в сильно изменяющихся почвенноклиматических условиях;

– остаются открытыми вопросы оценки изменений показателей эксплуатационной надёжности комбайнов, определения затрат на приобретение запасных частей для восстановления их работоспособности, вероятности исправного состояния комбайнов при хранении, материальных затрат, связанных с простоем комбайнов, оценки технологической и параметрической надёжности и другие.

Цель исследований – повышение эффективности использования свеклоуборочных комбайнов путем совершенствования процессов технического обслуживания, ремонта, хранения и использования.

Задачи исследований:

– обобщить и проанализировать показатели использования комбайнов и выявить причины, обуславливающие снижение эксплуатационной надежности и экономичности;

– провести аналитические исследования технологических процессов технического обслуживания и хранения комбайнов, обосновать количество обслуживающих звеньев и ремонтных бригад;

– теоретически установить взаимосвязи динамики нагружения и режимов работы комбайнов с показателями надежности и качества;

– провести экспериментальные исследования и определить сравнительные показатели эксплуатационной надежности комбайнов при различных схемах организации обслуживания и сроках ремонта;

– дать технико-экономическую оценку выполненных исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Теоретический анализ режимов нагружения свеклоуборочных комбайнов и их взаимосвязь с показателями надежности Процесс нагружения свеклоуборочного комбайна можно рассматривать как случайный: характер формирования сил сопротивления почвы резанию, неоднородность почв и возможность встречи с твердыми включениями вызывают необходимость подхода к изучению режима нагружения с позиций теории случайных процессов [15, 16, 63, 64, 73…75].

Представим последовательно чередующиеся значения нагрузок потоком случайных событий, регистрирующихся в порядке их поступления.

Предельное значение максимальной нагрузки в процессе работы машины данной конструкции в конкретных почвенных условиях принимаем постоянным [65, 66, 74…78]. Текущее значение действующей нагрузки например, момента сопротивления М, составляет часть максимально возможного Мmax.

Остальную часть возможной нагрузки Мmax - M назовем дополняющим моментом Mдоп. В каждый момент времени сумма действующего и дополняющего момента составляет максимальный момент Тогда величину относительного нагружения M/Mmax можно представить в виде Дифференцируя обе части выражения (3) по частости действия нагрузок (время действия нагрузки), получим Разделяя переменные и интегрируя, получим Выражение (5) определяет режим нагружения в наиболее общей форме, так как на, определяющую интенсивность нагружения, не накладывалось никакого ограничения, т. е. может быть любой интегрируемой функцией частости воздействия нагрузок [73, 74…77].

Как показывает анализ выражения (5) и экспериментальных данных, в качестве такой функции, описывающей широкий класс процессов нагружения, может быть принята степенная зависимость вида [74…77]:

где k – число процессов нагружения; – частость действия нагрузок.

В этом случае выражение (5) может быть представлено в виде Характеристики процесса нагружения и n определяются из выражеM max Таким образом, для определения режима нагружения достаточно знать три показателя рабочего процесса машины: максимальный, минимальный и средний момент.

Показатель характеризует в значительной мере конструктивные особенности машины и зависит при этом от интенсивности возрастания сопротивлений при встрече с препятствием. Величина показателя п зависит от конструктивных особенностей машины, вида выполняемых работ и технического состояния машины. Наиболее существенное влияние на величину показателя п оказывают параметры резания, затупления ножа, дальность транспортировки свеклы, профиль пути и состояние поверхности грунта.

В ряде случаев экспериментальные данные свидетельствуют о том, что показатель n близок к единице ( = const), т. е. средняя интенсивность нагружения в данных условиях является постоянной для равных по длительности периодов работы. Тогда выражение (7) будет следующим В соответствии с методикой, принятой при расчете металлоконструкций, зависимость величины допускаемых эквивалентных напряжений от характеристик материала конструкции, режима нагружения и степени концентрации напряжения имеет вид [70...73, 74]:

случае нагружения;

– коэффициент, учитывающий действительный режим работы и число циклов нагружения и определяемый зависимостями:

kсл – коэффициент, учитывающий влияние случайного характера процесса нагружения на величину предела выносливости;

- коэффициент, учитывающий асимметрию цикла, чувствительность материала к асимметрии, концентрацию напряжений в металлоконструкции.

Из выражения (11) определяется число циклов работы металлоконструкции при данном режиме нагружения и допускаемые напряжения при заданной долговечности [74]:

Долговечность детали определяется выражением [61] где tц – средняя длительность цикла напряжений, сек, определяемая для конкретных условий работы и типа машины;

А – переводной коэффициент, равный при определении долговечности в часах (А=3600), в сменах (А=3600tсмkвр), в годах (А==3600tсмkврnсм);

tсм – длительность смены, ч;

kвр – коэффициент использования машин по времени;

nсм – количество смен в году.

Таким образом, предложенный метод позволяет довести расчет до конкретных результатов, необходимых для оценки долговечности проектируемых машин и их основных узлов.

2.2 Обнаружение выхода контролируемого технологического параметра за допустимые пределы. Расчет стоимости потерь Выход контролируемой величины за пределы является событием [79, 80]. При этом автоматическая система должна обнаружить это событие, подать сигнал тревоги, зафиксировать наименование и значение величины, а также время выхода ее за допустимые пределы. Если контролируемая величина вошла в разрешенную зону, необходимо зафиксировать время входа.

Схема алгоритма работы системы обнаружения, реализующего эти задачи для случая, когда погрешностями измерения значений контролируемой величины можно пренебречь, достаточно проста и ее предлагается выполнить самостоятельно.

Если погрешностями измерения контролируемой величины пренебречь нельзя, необходимо решать задачу обнаружения события неискаженным данным. Для этого применяют методы теории статистических решений.

Пусть требуется решить задачу двухальтернативного обнаружения. Все пространство возможных значений контролируемой величины X может быть разделено на области допустимых I и недопустимых II значений (рис.6).

При определении принадлежности X к областям I и II вследствие искажения возможные ошибки двух типов [81].

Рисунок 6 – Схема распределения условных плотностей вероятности нахождения величины X в областях I и II.

Ошибки 1-го рода характеризуются тем, что значение контролируемой величины X, принадлежащее области I, системой (алгоритмом) обнаружения относится к области II. Ошибки 2-го рода — это отнесение величины X к области I, в то время как она принадлежит к области II. Будем считать, что искажения величины X обусловлены только случайными погрешностями, ибо систематические погрешности могут быть предварительно скорректированы.

Пусть условная плотность вероятности распределения значений X в случае принадлежности переменной к областям I и II задана соответственно функциями f1(X) и f2(X). Обозначим через Хо точку на прямой X, для которой можно записать: если X > Хо, то X є 2; если X Хо, то X є 1 [17, 81].

Тогда вероятности возникновения ошибок 1-го и 2-го родов имеют Вероятность Q1 называется также вероятностью ложной тревоги и обозначается через Qл.т., a Q2 — вероятностью пропуска события (цели) и обозначается через Qпр. Пусть также известны априорные вероятности принадлежности X к областям I и II, т. е. известны соответственно PI и PII= 1 — PI.

Если обнаружение события ведется с ошибками, то возможны значительные материальные потери. Введем следующие обозначения: С12 — стоимость потерь из-за ложной тревоги; С21 — стоимость потерь из-за пропуска события; С11, С22 — затраты на получение правильного решения (соответственно отнесения X к областям I и II).

При многократных измерениях оценку работы системы обнаружения целесообразно производить по средней стоимости потерь. Средняя стоимость обнаружения для рассматриваемого случая [81]:

Cср= PIC11(1 – Qл.т.) + PIIC12Qл.т. + PIIC22(1 – Qпр) + PIIC21Qпр. (16) Произведение вида CQj в теории статистических решений принято называть риском принятия j-й гипотезы при отнесении переменной X к одной из областей.

Из рис. 6 и выражения (16) следует, что при заданных 1 (X) и 2(X), а также PI и РII потери из-за ошибок обнаружения существенно зависят от выбора точки Хо. Выбирать ее целесообразно исходя из минимизации средних потерь (5). Если решить уравнения вида dCcp/dX = 0, то после очевидных преобразований получим dCср/dX = PI[C111(X0) – C121(X0)] + PII[C212(X0) – C222(X0)]X = X0.

Из отношения вида 2(X0)/1(X0) = PI(C12 – C11)/[PII(C21 – C22)] = L, называемого коэффициентом правдоподобия, можно найти значение Хо, которое при заданных 1(Хо), 2(Хо), РI, РII, а также стоимостях потерь Ск обеспечивает минимум средних потерь [81].

Общеизвестно, что общие потери корней складываются из надземных потерь (Пнз), под землей (Ппз), излома хвостовой части (Пизл) и потерь из-за дробления (Пд). Указанная взаимосвязь аналогично может быть выражена зависимостью вида [82]:

Рассмотрена взаимосвязь составляющих общих потерь (17) с текущими настроечными параметрами основных узлов комбайна, в связи с тем, что большая их часть задается комбайнером с помощью ручного управления.

Так, например, потери над землей (Пнз) выражаются выражением вида:

где dк – диаметр корня;

Тз – технологический зазор в подающих и сепарирующих системах;

пу – частота вращения подающих устройств;

0 – частота вращения очистительных валов.

Потери под землей можно выразить соотношением [82]:

где hк – глубина копания;

Тк – технологический зазор в копачах;

в – частота вибрации;

А – амплитуда вибрации.

Потери из-за излома хвостовой части корнеплодов выразим уравнением вида [82]:

где Ри – прочность корнеплода на изгиб;

V – скорость движения;

Кк – конструктивные параметры копача;

Рп – давление оказываемое на корнеплоды за счет подпора почвенной массы.

Дробление корнеплодов зависит, в основном, от прямолинейности движения комбайна, частоты вращения подающих и транспортирующих устройств, очистки, выгрузки корнеплодов и высоты их падения в накопительный бункер и кузов транспортного средства при выгрузке.

Засоренность вороха, величина потерь и травмирование корнеплодов находится в прямой зависимости от степени соответствия выбранных параметров и режимов работы основных систем комбайна, требуемым (оптимальным для данных условий). Выбор большинства параметров и режимов работы комбайна, несмотря на высокую степень автоматизации, осуществляется комбайнером в ручном режиме.

С учетом квалификации комбайнера и опыта его работы последние могут иметь значительные отклонения.

Правильный их выбор определяет потери и засоренность вороха корней сахарной свеклы. При этом, упущенная экономическая выгода (Эв) составляет [82]:

где С – стоимость 1 т корнеплодов, руб;

Qп – технологические потери, т;

Q – вычеты объемов корнеплодов из-за засоренности почвой и остатками ботвы, т.

В целях достижения высоких показателей качества работы свеклоуборочных машин и снижение уровня технологических потерь должна осуществляться квалифицированная подготовка комбайнеров.

Целесообразным представляется для этих целей разработка соответствующих технических средств (тренажеров) и программ обучения [8].

Общеизвестно, что производительность комбайнов зависит от скорости движения, ширины захвата корчевателя (рядности машин) и коэффициента использования времени смены. Величина последнего в значительной степени зависит от времени, затрачиваемого на поиск и устранение возникающих отказов. Величина этого времени, также связана с квалификацией комбайнеров и сервисных механиков.

Основными направлениями по снижению затрат мощности являются:

стабилизация глубины хода рабочих органов за счет управляющих воздействий; снижение уровня влияния возмущающих воздействий за счет обеспечения высокого запаса крутящего момента двигателя; сохранение скоростей движения в обоснованных пределах с учетом урожайности и почвенных условий; связи хода рабочего органа с обрабатываемой средой применением импульсных методов, например, постоянно действующей внешней односторонне возмущающей силой, как основного компонента устойчивости режима. Надлежащих подходов к теоретическому обоснованию пока не разработаны и рациональные методы технологического воздействия их на обрабатываемую среду с учетом изменчивости ее состояния. Как итог функционируют свеклоуборочные машины с произвольно выбранными режимами [17].

Основными направлениями снижения издержек, связанных с получением требуемой мощности и содержанием энергосредств в связи с этим являются: снижение удельного расхода топлива и масел за счет применения двигателей нового поколения с повышенной мощностью (до 400…500 л.с.);

повышение моторесурса двигателей и трансмиссии, увеличение наработки на отказ; повышение сезонной наработки комбайнов за счет повышения эксплуатационной надежности и совершенствования технологий уборки [17].

Скорость движения комбайна определяет его производительность и затраты мощности. В работе [2] предложена взаимосвязь производительности с пропускной способностью рабочих органов комбайна, урожайностью с учетом коэффициента использования времени смены. При этом пропускная способность рабочих органов машины рассматривается с учетом состава вороха, содержащего корнеплоды, почвы и прочих растительных примесей.

Производительность свеклоуборочного комбайна с учетом условий использования и затрат мощность определена в работах [85]. В работе [8, 84] представлен энергетический баланс свеклоуборочного комбайна Холмер во взаимосвязи скорости движения, пропускной способности системы очистки и подачи корнеплодов в бункер комбайна, удельного сопротивления движению рабочих органов и мощностью. Однако исследования выполнены в узком диапазоне изменения крутящего момента и момента оказываемых сопротивлений почвы.

2.3 Аналитический подход к обоснованию технологических процессов технического обслуживания и хранения комбайнов Holmer Разрабатываемая технология технического обслуживания и хранения должна ориентировать исполнителей на внедрение рациональных схем выполнения операций и механизацию процессов труда. Для этого необходимо изучить характер, объем, сроки и способы выполнения операций во всех технологических процессах технического обслуживания и хранения. На начальном этапе проектирования проводится целесообразное расчленение технологических процессов на операции.

После расчленения технологического процесса на отдельные работы выявляется возможный уровень механизации процессов, определяется относительная значимость ручных работ и намечаются пути по уменьшению их трудоемкости.

Когда операции по обслуживанию техники и хранении выполняются высококвалифицированными специалистами, то следует учитывать, что специализация обеспечивает получение положительного эффекта за счет повышения качества выполнения операции. В этой связи работы, качество выполнения которых является определяющими, должны выполнять наиболее квалифицированные работники. В нашем случае это сервисный механик. Осмотр комбайна, диагностирование и регулировку составных частей, ответственные приемы окончательной сборки агрегатов, например, затяжка головки двигателя, сборка воздухоочистителя и другие сложные операции, рекомендуется выполнять сервисному механику, а очистно-моечные работы, проверку уровней масла в корпусах составных частей, их дозаправку и смазывание – комбайнеру.

Увеличение числа исполнителей приводит к положительному результату при условии соответствующего согласования их усилий и специализации труда.

Последовательность выполнения работ должна быть такой, чтобы исполнители совершали минимальное число непроизводительных переходов и вспомогательных работ, а каждая предыдущая работа создавала благоприятные условия для выполнения последующей. При этом следует избегать многократных обращений к оборудованию одного назначения или прибору. Работы с одинаковым техническим содержанием должны выполняться последовательно, одна за другой.

Последовательность операций при ТО-1, ТО-2, ТО-3 и хранении комбайна обоснованно на основе построения сетевых графиков, а продолжительность их выполнения определена путем хронометражных наблюдений (приложение А) [86].

Таким образом, необходимо выбрать число исполнителей, распределить между ними работы и указать последовательность их выполнения, чтобы фактическое среднее время технического обслуживания машины было равно или приближено к оптимальной средней продолжительности технического обслуживания.

Необходимо так распределить работы по исполнителям, чтобы разница продолжительностей их выполнения между исполнителями была минимальна, что достигается равномерной загрузкой всех исполнителей от момента начала проведения работ до их окончания.

– событие, совершаемое комбайнером и сервисным механиком;

– события, совершаемые комбайнером;

– события, совершаемые сервисным механиком.

Рисунок 7 – Сетевой график ТО-1 комбайна Holmer.

В приложение Б таблице 1 дан перечень работ ТО-1 комбайна Holmer, продолжительность их выполнения и предполагаемая квалификация исполнителя.

Предложенная квалификация исполнителей исходит из многолетнего опыта проведения технического обслуживания зарубежных свеклоуборочных комбайнов. Современные обслуживающие фирмы на выезд специалистов при техническом обслуживании выделяют одну сервисную машину с одним сервисным механиком, а комбайнер непосредственный участник, который должен присутствовать при техническом обслуживании и объяснить все возникшие отказы. Исходя из этого, при выполнении операций присутствуют два человека: комбайнер и сервисный механик. Опираясь на это, был построен сетевой график ТО-1 свеклоуборочного комбайна Holmer (рисунок 7), с распределением работ и их последовательностью.

Анализируя сетевой график первого технического обслуживания, видим, что события с 1 по 6 расположены последовательно, это так называемые подготовительные работы, заключающиеся в мойке комбайна и доставки его на пост технического обслуживания, которые проводятся лишь комбайнером и не допускается с этими работами проводить параллельное выполнение других работ. События 8-9-11-12-14-17-19 и 23-24-27 с событиями 7-10-13-15-17проходят параллельно. Такой порядок работ приводит к общему сокращению времени проведения технического обслуживания и оптимальную продолжительность простоя комбайна. Работа, проходящая между событиями 19-20-21, проводится совместно комбайнером и сервисным механиком, так как она требует двух исполнителей. Работа проходящая от события 12-13 – фиктивная, так как 13 событие не может начаться без окончания 12 события.

Последовательность работ, приведенная на сетевом графике, является оптимальной, так как дальнейшее распределение операций невозможно в связи с их технологической сложностью, что может привести к некачественному выполнению. Разница окончания работ между комбайнером и сервисным механиком минимальна.

Использование указанного сетевого графика позволило, например, при проведении первого технического обслуживания сократить его продолжительность на 15% и рационально распределить выполнение технологических операций между комбайнёром и сервисным механиком. При проведении ТОи ТО-3, сокращение продолжительности работ составило 16% и 12% соответственно.

В связи с кратковременным, периодическим использованием в производстве и длительном хранении в нерабочий период свеклоуборочных комбайнов Holmer, возникает вопрос их хранения. Рассмотрим три основных способа хранения техники (хранение на площадке, под навесом и на крытой стоянке) и выберем наиболее предпочтительный и экономически выгодный.

Изменение затрат на подготовку свеклоуборочных комбайнов к хранению зависит от его срока эксплуатации и от способа хранения (рисунок 8). С возрастом, не зависимо от способа хранения, затраты на подготовку к хранению увеличиваются.

В приложении В таблицы 1, приведены плановые отчисления на один комбайн за 10 лет его эксплуатации. Анализируя таблицу можно сказать, что новые комбайны имеют наиболее высокий коэффициент предпочтительности Кп. Следовательно, при хранении новых комбайнов хорошо используется площадь и объем складских помещений. Поэтому их целесообразно хранить в хороших, закрытых помещениях. Относительные затраты на их постройку составляют менее 10 % стоимости хранимых комбайнов.

Для обоснования рационального способа хранения и нормативов потребности капиталовложений свеклоуборочных комбайнов Holmer, использовались известные методы сравнительной эффективности: статистический и экономико-математический.

Для подсчетов затрат при разных методах хранения техники использовалось уравнение [87] и в зависимости от срока службы умножались на поправочный коэффициент (приложение В, таблица 2).

Слагаемые уравнения и графиков (рисунок 8, 9, 10) показывают, что эффективность способа хранения обусловливается величиной экономии на ремонте машин и техническими уходами за ними, которая позволяет покрыть затраты на хранение (приложение В, таблица 3,4,5).

Рисунок 8 – Затраты на подготовку комбайна к хранению Рисунок 9 – Затраты при хранении комбайнов на площадке Рисунок 10 – Затраты при хранении комбайнов на крытой стоянке Рисунок 11 – Затраты при хранении комбайнов под навесом Анализируя все три верхних графика, видно, что на конец срока эксплуатации плановых отчислений не хватает при хранении на площадке.

Сравнивая три способа хранения техники, по затратам на подготовку свеклоуборочных комбайнов можно сказать, что хранение в крытой стоянке выгоднее. Так как хранение техники в закрытых помещениях позволяет снизить затраты на запчасти и ремонт.

Продолжительность операций по подготовке комбайна к хранению были определены вероятностными оценками (приложение Б, таблица 2).

– событие, совершаемое комбайнером и сервисным механиком;

– события, совершаемые комбайнером;

– события, совершаемые сервисным механиком.

Рисунок 12 – Сетевой график хранения комбайна Holmer Анализируя сетевой график подготовки комбайна к хранению можно утверждать, что все работы распределены равномерно. Трудоемкие и энергозатратные работы выполняются совместно комбайнером с сервисным механиком (работы перед событиями 2, 5, 6, 13, 16). Общее время проведения операций по подготовке комбайна к хранению при таком распределении работ составило 571 минуту (9 часов 31 минута). Работы между событиями 2- и 14-15 фиктивные, не требующие времени и затрат на их выполнение [88].

Использование указанного сетевого графика, позволило сократить продолжительность времени работ при подготовке к хранению на 21% и рационально распределить выполнение технологических операций между комбайнёром и сервисным механиком.

2.4 Теоретическая зависимость времени простоя комбайнов и ремонтных бригад в ожидании на обслуживание от производительности и С целью снижения простоя дорогостоящих самоходных комбайнов в период уборочных работ, находящихся на гарантийном или после гарантийном обслуживании, сервисный центр должен располагать оптимальным составом, технически оснащенных, ремонтных бригад.

В период уборочной компании в сервисный центр от хозяйств поступает круглосуточно поток заявок на проведения обслуживаний, поиск и устранение неисправностей, консультацию [89, 90].

Для удовлетворения поступающих заявок с хозяйств на устранение сложных отказов обслуживающий центр может располагать одним или несколькими средствами технического обслуживания.

Рассмотрим указанный центр и обслуживаемый им парк комбайнов как систему массового обслуживания, в которой имеется m источников заявок (самоходных комбайнов, которые могут требовать обслуживания); они обслуживаются n каналами (ремонтными бригадами). Каждый источник заявок порождает поток заявок с плотностью, но только пока он не обслуживается;

на время обслуживания поток заявок прекращается (комбайн останавливается и новых неисправностей не возникает). Один канал способен обслужить µ заявок за единицу времени. Используя основные положения теории массового обслуживания и программу MathCad определим оптимальный состав технического сервиса, и выполним графическую интерпретацию результатов, рисунки 14, 15, 16.

При организации технического сервиса принята система обслуживания комбайнов с сортировкой потока заявок и организацией информационноконсультационной службой, рисунок 13 [89, 90].

Рисунок 13 – Схема системы обслуживания комбайнов.

Поток заявок от клиента поступают в сервисный центр, где они проходят сортировку по элементам технического обслуживания и ремонту (ТОР). Заявки, идущие на техническое обслуживание, распределяются между бригадами, на ремонт проходят обработку в информационно-консультационную службу. Информационно-консультационная служба (ИКС) интегрирована с системой Super PRO (каталог запасных частей) и Asist (перечень отказов и способы их устранения), действующих на фирме Holmer. Система Asist является базой знаний, где сосредоточена необходимая техническая информация, с помощью которой можно оперативно найти решение проблем технического характера. ИКС выясняет способ устранения отказа и снабжает бригады соответствующими запасными частями.

_ Раздел 2.4 выполнен и опубликован совместно с Гущиным Д.А., к.т.н. [89] Данная схема системы обслуживания упрощает поиск отказа и тем самым уменьшает время приезда бригады.

Применим основные положения теории массового обслуживания к условиям нашей задачи и определим [64, 65]:

n –число каналов обслуживания;

P0 – вероятность того, что канал свободен;

s – среднее число заявок в очереди, шт.;

k – число занятых каналов, ед.;

tпр комб – время простоя источника заявок (комбайна), сут.;

tпр к – среднее время простоя канала (ремонтной бригады), сут.;

tож – среднее время ожиданий заявки в очереди, сут.

После преобразования, с учетом параметров системы [89]:

вероятность того, что канал свободен, равна:

Среднее число заявок в очереди определим по выражению:

Среднее число занятых каналов определим по формуле:

Среднее время простоя комбайна:

где Pпр.n, - вероятность того, что комбайн будет простаивать.

Среднее время простоя канала:

Среднее время ожиданий заявки в очереди:

В сервисном центре на обслуживании находится, например m=41 комбайн Holmer, обслуживание комбайнов проводится выездными бригадами. С учетом времени нахождение в пути и времени обслуживания систему можно рассматривать как стационарную. Среднее время в пути составляет 4 часа, среднее время обслуживание 3,5 часа. Таким образом, одна бригада способна обслужить одну – две заявки в сутки. Средняя продолжительность безотказной работы комбайна – 12 суток. Требуемое количество бригад - это четыре бригады, три из которых выездные, а одна стационарная, необходимая для оказания консультационных услуг. В этом случае баланс времени между простоем комбайна и ремонтной бригады будет минимальным.

Рисунок 14 – Зависимость числа ремонтных бригад k от количества обслуживаемых комбайнов m.

Рисунок 15 – Зависимость среднего времени простоя комбайна Tпр в ожидании обслуживания от количества ремонтных бригад n и производительности одной бригады.

Рисунок 16 – Зависимость среднего времени простоя ремонтной бригады в ожидании на обслуживание от количества ремонтных бригад Расчетное число обслуживающих каналов целесообразно согласовать с экономическими показателями деятельностями предприятия технического сервиса во взаимосвязи с качеством предоставляемых услуг.

Предложено аналитическое выражение для оценки потенциально возможной прибыли предприятия технического сервиса [89]:

где Пф – фактическая прибыль, руб.;

Пуп – упущенная выгода (прибыль), обусловленная передачей сложных работ по сервису комбайнов другим предприятиям из-за низкой квалификации сервисных механиков и неполнотой охвата имеющегося в регионе парка комбайнов из-за дефицита кадров сервисных механиков, оборудования, средств передвижения и т.д., руб.;

Пн – величина штрафных санкций (неустойка) за нарушения договорных обязательств и качества выполненных сервисных услуг, руб.

2.5 Взаимосвязь коэффициента готовности комбайна с достаточностью элементов ЗИПа (запчастей, инструмента и приборов) и наличием Повышение потребительских свойств и получение высокой эффективности от приобретаемых сельскими товаропроизводителями зарубежных комбайнов неразрывно связано со все возрастающими требованиями к их надежности.

В процессе эксплуатации неизбежно появляются отказы, которые в той или иной степени скажутся на их способности выполнять заданные функции.

Восстановление работоспособности комбайнов связано не только с операциями по поиску неисправностей, но и заменой вышедших из строя деталей и узлов (устранения отказа).

Среднее время устранения отказа комбайна (Тр) согласно [91] можно представить в виде где То — среднее время устранения отказа;

Тад — среднее время вынужденного простоя комбайна из-за административных факторов;

Тп — среднее время вынужденного простоя комбайна из-за отсутствия в сервисных центрах необходимых запасных частей.

Согласно [91] выражение (30) удобнее представить в виде - среднее время устранения отказа при неограниченном (идеальном) комплекте запасных частей на складе.

В свою очередь, среднее время устранения отказов комбайна определяется следующим выражением:

где tрi – среднее время ремонта комбайна при отказе из-за i – й детали;

qi – вероятность отказа комбайна из-за i – й детали при достоверном событии отказа комбайна;

– количество деталей в комбайне.

Очевидно, tрi можно по аналогии с выражением (31) представить в виде С учетом указанного выше имеет место уравнение Если учесть разделение комбайна на отдельные узлы, то выражение примет вид [91] где, - соответствующие значения и только для s-ых узлов комбайна;

- соответствующее значение только для s-го узла комбайна;

r – количество узлов в комбайне.

Из выражения (36) следует, что где tnjS – среднее время вынужденного простоя комбайна по причине отсутствия запасных частей при его устранении отказа деталей j-й группы sго узла;

- условная вероятность отказа комбайна из-за указанных деталей при условии отказа комбайна;

m, r - количество групп деталей и узлов в комбайне соответственно.

Величину можно принять за критерий достаточности запасных частей. Она показывает время вынужденного простоя комбайна, обусловленного отсутствием необходимых деталей в комплекте склада запасных частей.

При отсутствии необходимых запчастей на складе комбайн вынужден простаивать, т.е. коэффициент готовности и коэффициент его использования уменьшается. Представляет интерес выяснить, как влияет склад запасных частей на коэффициент готовности комбайна. Для этой цели из (31) подставим значение Tр в выражение для установившегося значения коэффициента готовности:

Путем простых преобразований выражение можно представить в виде:

где - является установившимся значением коэффициент готовности комбайна при неограниченном комплекте запасных частей (установившемся значении);

- представляет собой не что иное, как коэффициент, учитывающий влияние запасных частей на реальный коэффициент готовности комбайна. В первом приближении коэффициент можно трактовать как критерий достаточности (обеспеченности) комбайнов запасными частями.

Таким образом, в какой мере среднее время восстановления комбайнов и коэффициент его готовности являются критериями надежности, в такой мере среднее время простоя комбайна из-за недостатка запасных частей и коэффициент обеспеченности комбайнов запасными частями являются критериями обеспеченности комбайна запасными частями. Попытаемся найти критерий оценки достаточности запасных частей, характеризующий склад запасных частей с точки зрения его безотказности [91…93].

Под отказом склада запасных частей следует понимать такой случай, когда произошел отказ комбайна и на складе запасных частей отсутствуют необходимые запчасти. В этом случае доказана эффективность наличия на комбайне аварийного ЗИПа. Согласно результатов исследований, обоснован перечень элементов аварийного ЗИПа (таблица 6) и приведен перечень инструментов и приборов для оснащения автомобиля сервисной службы (таблица 7).

Отказ комбайна может произойти по причине отказа детали одного из узла комбайна. Условные вероятности этих отказов равны qj.

Вероятность отказа склада запасных частей является сложным событием, которое может произойти с одним из событий, заключающимся в отказе детали определенного узла. Эти события составляют полную группу несовместных событий. Следовательно, на основании формулы полной вероятности имеем где Pз – вероятность отказа склада запасных частей требованию заказчика на запасную часть;

Pзj – вероятность отказа j-й группы запасных частей требованию комбайна на элемент данной группы.

Связь среднего времени простоя комбайна из-за отсутствия запасных частей на складе может быть выражена формулой:

где Tэ – эквивалентное время восстановления отказов.

Стоимость склада запасных частей удобнее всего оценивать стоимостью запасных частей, приходящих на один комбайн, по формуле где с1j, c2j – стоимость запасных частей j-й группы при их содержании в одиночном и групповом комплектах запасных частей соответственно;

n1j, n2j - количество деталей j-й группы в одиночном и групповом комплектах запасных частей соответственно;

L – количество одиночных комплектов запасных частей обеспечиваемых одним групповым комплектом.

Таблица 6 – Состав элементов аварийного ЗИПа комбайна Holmer T2.

1034021645 Фильтрующий элемент (грубой очистки) шт 1083016928 Штепсельное звено согнутое 1/2х5/16 N шт Продолжение таблицы 31 1078018331 Комбинированные ремни КВ 3-SPC2550ld шт 36 1029009329 Ведущая пружина ботводорезателя шт Таблица 7 – Перечень инструментов и приборов для оснащения автомобиля сервисной службы 11 Диагностическое устройство двигателя MAN Cats шт. В ходе теоретических исследований предложены аналитические зависимости:

– для анализа режимов нагружения свеклоуборочных комбайнов и установления их взаимосвязи с показателями надёжности;

– обнаружения выхода контролируемого параметра за допустимые пределы и расчёта стоимости потерь продукции, связанных с ошибками управления;

– для обоснования технологических процессов обслуживания и хранения комбайнов с использованием сетевого планирования;

– по обоснованию количества обслуживающих звеньев для оказания услуг по техническому сервису;

– определения коэффициента готовности комбайна во взаимосвязи с достаточностью элементов ЗИПа (запчастей, инструмента и приборов), наличием запчастей на складе дилера и сроками их поставки для восстановления работоспособности комбайнов.

Выполненные теоретические исследования требуют проведения экспериментального подтверждения.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований Программой экспериментальных исследований предусматривалось выполнение следующих этапов:

– определить условия и показатели функционирования и эксплуатационной надёжности с учётом сроков службы комбайнов и схем технического сервиса;

– выявить показатели качества уборки сахарной свеклы при различных схемах управления работой комбайна;

– определить суммарную частоту выхода технологических параметров за допустимые пределы;

– провести оценку эффективности работы управляющих систем;

– проанализировать результаты работы сервисных служб и установить взаимосвязь коэффициента готовности со стажем работы сервисных механиков и обеспеченностью склада запасных частей дилера.

3.2 Источники информации для определения показателей Источниками получения информации послужили:

– результаты научных исследований по указанной тематике, изложенных в журналах, авторефератах, учебниках, монографиях, итернете, рекламных проспектах, материалах зарубежных испытаний, испытаний на машинно-испытательных станциях (МИС) в России, материалы бухгалтерского учета (накладные, счета – фактуры), договора с сервисными службами дилера и т.д.;

– монтажные доклады сервисных механиков, отражающие, виды и характер отказов, перечень выполненных работ по техническому обслуживанию и ремонту комбайнов, затраты времени, наработку комбайнов с указанием номера комбайна, года выпуска;

- хронометражные наблюдения, выполненные в соответствии с ГОСТ [101].

3.3 Методика определения показателей использования комбайнов Показатели использования комбайнов, скорость, эксплуатационная производительность, наработка (сезонная, суточная), расход топлива, коэффициенты использования сменного и эксплуатационного времени, технического использования определены согласно ГОСТ [95, 96, 97].

Показатели качества уборки корнеплодов сахарной свеклы определялись в соответствии с ГОСТ [120].

Определение нагрузочных режимов выполнено согласно [94].

В ходе экспериментальных исследований по выявлению режимов нагружения двигателя комбайна Холмер (МАN 2876) фиксировалась частота вращения вала двигателя, расход топлива и длительность действия возрастающих нагрузок с использованием штатных датчиков, терминалов. Данные замеров накладывались на скоростную характеристику двигателя, и определялась величина крутящего момента.

3.4 Показатели надежности и методика их определения В практике используют ряд важных для потребителей показателей эксплуатационной надежности. В качестве основных обобщенных показателей уровня надежности комбайна за календарный период времени используются [29] коэффициент технической готовности и коэффициент технического использования.

Коэффициент технической готовности представляет собой вероятность того, что анализируемый по надежности комбайн окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, когда его применение по назначению не предусматривается [29, 95…97].

Для любых распределений времени работы между отказами и времени восстановления, имеющих конечные средние значения в установившемся (стационарном) режиме эксплуатации, согласно [29, 95…97] имеем:

где Траб - время работы комбайна, час;

Трем - время ремонта машины, приходящееся на плановое время её использования, час.

Низкие значения КТГ определяют плохую приспособленность комбайна к ремонту, несоответствие его сложности уровню квалификации обслуживающего персонала и плохую организацию ремонта.

К комплексным показателям надежности относится коэффициент технического использования, определяемый как отношение математического ожидания суммарного времени пребывания комбайна в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом. Статистически он определяется по формуле [13] где tраб - суммарная наработка всех комбайнов, час;

tрем - суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремонтов, час;

tобс - суммарное время простоев из-за технического обслуживания, tобс= tТО + tд, час;

tТО, tд - суммарное время технического использования и диагностирования, приходящееся на плановое время работы комбайна соответственно, час.

По аналогии с выражением (43) используется понятие коэффициента простоя, представляющего собой вероятность нахождения комбайна в состоянии отказа в произвольный момент времени, определяемого по формуле [95…97]:

Для одного рассматриваемого комбайна [74, 79…81 ]:

Временные характеристики: среднее время между остановками машин из-за ремонтов, среднее время между остановками машины из-за проведения технического обслуживания, среднее время между остановками машины между проведением мер по диагностированию, среднее время одного ремонта, среднее время одного технического обслуживания, среднее время одного диагностирования определяется согласно ГОСТ Р 52778 - 2007, ГОСТ 20915ГОСТ Р 52757 – 2007 [118, 121, 123].

Потери от простоев комбайна по техническим причинам (П), которые практически не учитывается в российской практике, автор [13] рекомендует вычислять по формуле:

где Трем - среднее время одного ремонта, час;

Т0р - среднее время между остановками машины из-за ремонтов, час;

А - средняя часовая стоимость использования комбайна, руб/ч.

Среднее время ремонта может быть определено согласно [92] по выражению:

где Тра - время, потраченное на ремонт (активная работа), час;

Тадм - время потраченное из-за административных затруднений (вызов бригады, доставка материала, оплата материалов и т.д.), час;

Тдоп - время, потраченное из-за других причин (нехватка материалов, отсутствие энергии и т.д.), час;

ТВВ - время, потерянное из-за отсутствия запчастей (время ожидания поставки), час.

Средняя наработка на отказ, поток отказов определяется согласно ГОСТ Р 52778-2007 [118].

Сохраняемость имеет важнейшее значение для обеспечения качественной и эффективной ее эксплуатации. Понятие хранение включает в себя не только ее сбережение в периоды между выпуском с завода и началом ее эксплуатации или хранение ее в законсервированном виде на складах и хранилищах, но также и содержание ее на комбайне в процессе эксплуатации, в промежутках времени её бездействия между работами. В зависимости от назначения соотношение между периодами работы и хранения может быть различным. Так, оборудование разового применения находится в состоянии бездействия длительное время. В этом случае оценка надежности объекта осуществляется, главным образом, по данным, полученным в процессе хранения.

Неисправности при хранении возникают в большинстве случаев под воздействием внешних физических факторов, способствующих ускоренному старению элементов, разрушению изоляции электрических соединений и закупорке большого числа магистралей передачи воздуха, топлива, смазки.

Срок сохраняемости устройства - это календарная вероятность исправного состояния при хранении, т.е. вероятность того, что за определенный интервал времени и в заданных пределах значения параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции.

Основной мерой сохранности является вероятность исправного состояния при хранении, т.е. вероятность того, что за определенный интервал времени и в заданных условиях хранения исправность устройства не нарушится [29] где tx - время хранения; t1 - время появления неисправности в условиях хранения.

Определение вероятности исправного состояния при хранении проводится по формуле, аналогичной формуле вероятности безотказной работы (48) [29] где n(tx) - число устройств, пришедших в неисправность в процессе хранения; N - общее число однотипных устройств, находящихся на хранении с момента tx = 0.

Соответствующая плотность распределения времени безотказного хранения и интенсивность появления отказов при хранении будет [27] где nx(tx) - число неисправных устройств на интервале времени dtx времени хранения. При этом среднее время исправного состояния при хранении где txi - время появления неисправности i-го устройства при хранении.

Опыт эксплуатации показывает, что вероятность безотказной работы устройств, предварительно подвергающихся длительному хранению, всегда ниже, чем в случае, когда она поступала на эксплуатацию, не подвергаясь предварительному хранению.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Наработка комбайнов. Изменение коэффициента технического использования и стоимости запасных частей на восстановление работоспособности комбайна в зависимости от наработки Показателем, косвенно характеризующим, эксплуатационную надежность свеклоуборочных комбайнов является сезонная наработка. Анализ сезонной наработки свеклоуборочных комбайнов Holmer в хозяйствах Белгородской, Воронежской, Курской, Липецкой, Пензенской и Тамбовской областей, выявленной по данным бухгалтерского учета и монтажных докладов сервисных механиков, штатных приборов, установленных в компьютерных блоках, представлен на рисунке 17 [108].

Установлено, что в наибольшем числе хозяйств сезонная наработка комбайнов составляет 850 – 900 мото-часов или 600 – 630 га, потенциальные возможности комбайнов реализованы на 60-65%.

В первых числах начала уборки без внесения условий квотирования заводов, свеклоуборочные комбайны используются круглосуточно, при этом наработка комбайна достигает 20…25 га/сут. При внесении квот суточная производительность уменьшается до 7,5 – 10 га/сутки в зависимости от её значения, рисунок 18. При высоких температурах окружающего воздуха хозяйства, как правило, не ведут уборку. Это связано со значительными потерями массы корнеплодов в случае вынужденного полевого кагатирования.

Дополнительное кагатирование обуславливает рост затрат.

Наработка на отказ свеклоубоуборочных комбайнов с увеличением сроков их службы снижается и колеблется от 155…190 до 85...120 га, рисунок 19.

При этом коэффициент технического использования снижается, а относительная стоимость запасных частей на восстановление работоспособности комбайна к его первоначальной стоимости резко возрастает, рисунок 20.

Рисунок 17 – Распределение сезонной наработки свеклоуборочного комбайна.

Рисунок 18 – Среднесуточная наработка одного комбайна Holmer.

Наработка на отказ, га Рисунок 19 – Наработка на отказ свеклоуборочного комбайна Holmer 2 – относительная стоимость запасных частей на восстановление работоспособности комбайна к его первоначальной стоимости.

Рисунок 20 - Изменение коэффициента технического использования (Кти) и относительной стоимости запасных частей на восстановление работоспособности к его первоначальной стоимости комбайна в зависимости от наработки.

Свеклоуборочный комбайн – техника сезонного применения. Время их эксплуатации не превышает 2 – 3 месяцев. Остальные 9 – 10 месяцев комбайны находятся на хранении.

Неисправности при хранении возникают не только под воздействием внешних физических факторов, но и в большинстве своем из-за несанкционированного снятия деталей и узлов посторонним персоналом (кража).

Огромный вред наносят и грызуны, разрушая, как правило, изоляцию электрических жгутов, обмоток реле, осветительных приборов и т.д.

Основными причинами отказов при хранении, кроме упомянутых являются: окисление электрических соединений, закупорка воздушных, топливных, масляных и смазочных магистралей, зависание электрогидравлических клапанов, отказы датчиков, дисплеев, сбой программ компьютеров, вытяжка ремней, цепей и т.д.

Отказов возникающих при хранении обнаружить, как правило, не представляется возможным. Их проявление обнаруживаются в период подготовки комбайнов к уборке, т.е. при дефектовке.

Анализ исправного состояния 40 комбайнов Holmer при хранении выполненый применительно к условиям их хранения в хозяйствах Тамбовской области показал, что вероятность исправного состояния комбайнов Holmer не превышает значения P(x) = 0,86…0,89.

4.2 Распределения эксплуатационной производительности и коэффициента использования эксплуатационного времени смены при различных схемах технического обслуживания Исследовалось влияние видов обслуживания комбайнов на показатели его использования:

– комбайны обслуживались работниками и средствами хозяйства;

– комбайны обслуживались сервисной службой.