Підвищення ефективності використання зернозбиральних комбайнів в умовах господарств на основі оцінки рівня їх надійності

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

(ННЦ „ІМЕСГ”)

Національний науковий центр

Смашнюк Олександр Васильович

УДК 631.3.004.5-192

підвищення ефективності використання

зернозбиральних комбайнів в умовах господарств

на основі оцінки рівня їх надійності

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Глеваха - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному науковому центрі „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” (ННЦ „ІМЕСГ”) Української академії аграрних наук

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, член-кореспондент Української академії аграрних наук Молодик Микола Володимирович, Національний науковий центр „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, заступник директора з наукової роботи

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Демидко Михайло Омелянович, Національний аграрний університет, професор кафедри технічного сервісу та інженерного менеджменту

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Коваль Сергій Миколайович, Український науково-дослідний інститут прогнозування та випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Л. Погорілого, заступник директора

Захист відбудеться ”26” березня 2008 року о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 у Національному науковому центрі „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 613

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 205

Автореферат розісланий ”22” лютого 2008 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.П. Москаленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

зернозбиральний комбайн надійність працездатність

Актуальність теми. Збирання врожаю є завершальною і найбільш відповідальною стадією технологічного процесу вирощування зернових культур. Але технічне забезпечення аграрного виробництва, що є головною складовою державної технічної політики на період до 2015 року, нині перебуває в критичному стані. Поступове зменшення чисельності парку зернозбиральних комбайнів аграрних господарств, що не відповідає технологічній потребі, призводить до розтягування строків збирання, а відтак - до зростання втрат врожаю. Для оновлення парку зернозбиральних комбайнів і доведення його чисельності до технологічної потреби необхідні значні капіталовкладення. Тому підтримання надійності та забезпечення працездатного стану наявного парку зернозбиральних комбайнів з метою їх ефективного використання є важливою технічною задачею.

За сучасних умов ефективне використання зернозбиральних комбайнів в агропромисловому комплексі нерозривно пов'язане із системою їх технічного обслуговування і ремонту, що спрямована на підтримання та відновлення працездатного стану машин. Але система технічного обслуговування і ремонту, яка є об'єктивною потребою в забезпеченні працездатності комбайнів, зазнала істотних змін в ході реформування аграрного сектора економіки України і характеризується неадаптованістю до сучасних умов експлуатації та рівня надійності машин. Таким чином виникає необхідність розроблення та застосування науково-обґрунтованих шляхів удосконалення системи технічного обслуговування і ремонту.

Актуальність теми дисертаційної роботи полягає в проведенні цілеспрямованих наукових досліджень з підвищення рівня надійності зернозбиральних комбайнів в зв'язку із збільшенням строків їх експлуатації та застосуванні комплексного підходу для обґрунтування заходів, спрямованих на удосконалення системи їх технічного обслуговування і ремонту. В роботі вирішується задача щодо забезпечення працездатності та ефективного використання зернозбиральних комбайнів з урахуванням характеристик їх технічного рівня надійності та умов використання в агарних господарствах, що дає можливість прогнозувати виконання збиральних робіт у встановлені агротехнічні терміни.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планами науково-дослідних робіт Національного наукового центру „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” на 2001-2005 роки за темою: „Обґрунтувати організаційні форми і структуру виробничої бази та розробити технології і універсальне обладнання для технічного обслуговування автотракторної техніки і сільськогосподарських машин в сільськогосподарських підприємствах” (державна реєстрація за № 0102U000233) та на 2006-2010 роки за темою: „Дослідити закономірності виникнення відмов і зміни довговічності сільськогосподарських машин та розробити заходи щодо їх недопущення або усунення шляхом ефективного використання технологій та технічних засобів технічного обслуговування” (державна реєстрація за № 0106U011251), що є складовою НТП УААН „Механізація та електрифікація АПК” і спрямована на вирішення питань забезпечення працездатності сільськогосподарських машин. У виконанні цих науково-дослідних робіт здобувачем прийнято безпосередню участь в розробленні математичних моделей, дослідженні надійності зернозбиральних комбайнів та виробничій перевірці отриманих результатів.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - підвищення рівня надійності зернозбиральних комбайнів в понаднормативний період експлуатації шляхом удосконалення системи їх технічного обслуговування і ремонту.

Для досягнення поставленої мети передбачено вирішення наступних задач:

1. Проаналізувати існуючі методи забезпечення надійності, оптимізації періодичності виконання робіт з технічного обслуговування і ремонту, методи розрахунку потреби в запасних частинах та технічних засобах.

2. Провести аналітичні дослідження щодо надійності зернозбиральних комбайнів в залежності від характеристик технічного рівня надійності складових підсистем та обґрунтування періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування.

3. Розробити математичні моделі формування комплекту запасних частин та функціонування пересувних засобів технічного обслуговування і усунення відмов для забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів в період виконання польових робіт.

4. Дослідити надійність зернозбиральних комбайнів в умовах рядової експлуатації, виконати оцінку основних показників безвідмовності і ремонтопридатності та виявити закономірності їх зміни.

5. Обґрунтувати організаційно-технічні заходи спрямовані на підвищення рівня надійності та забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів в умовах господарств, провести їх дослідно-виробничу перевірку та оцінити економічну ефективність.

Об'єкт дослідження - процеси зміни технічного стану зернозбиральних комбайнів та забезпечення їх працездатності шляхом проведення технічного обслуговування і усунення відмов.

Предмет дослідження - параметри технічного стану зернозбиральних комбайнів та система їх технічного обслуговування і ремонту, показники безвідмовності і ремонтопридатності зернозбиральних комбайнів та закономірності їх зміни в процесі експлуатації.

Методи дослідження. В основу теоретичних досліджень покладено методи математичного моделювання з використанням основних положень теорії імовірності, теорії надійності та теорії масового обслуговування. При цьому застосовувались методи диференційного та інтегрального числення. Експериментальні дослідження проводились з використанням методу планування експерименту, методів натурних спостережень та експертних оцінок, а обробка та аналіз результатів експериментальних досліджень - з використанням методів математичної статистики.

Вирішення диференційних та інтегральних рівнянь, а також обробка експериментальних даних та їх графічне відображення виконано на персональному комп'ютері з використанням прикладного програмного забезпечення.

Наукова новизна одержаних результатів:

- на основі системного підходу вперше обґрунтовано стратегію удосконалення процесу забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів в понаднормативний період експлуатації, що полягає у встановленні періодичності виконання контрольно-оглядових, регулювально-кріпильних та мастильно-заправних операцій технічного обслуговування на основі характеристик рівня їх надійності;

- дістали подальшого розвитку аналітичні залежності для визначення впливу тривалості відновлення працездатності зернозбиральних комбайнів на їх безвідмовність в процесі експлуатації, які базуються на функціях імовірності виникнення відмов та імовірності їх усунення за заданий проміжок часу;

- удосконалено математичні моделі формалізованого опису процесу забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів на основі критерію мінімуму сумарних затрат, що дозволяють врахувати рівень забезпеченості запасними частинами, їх питому сумарну вартість та необхідність виконання пріоритетних операцій в системі обслуговування;

- одержано оціночні характеристики технічного рівня надійності зернозбиральних комбайнів в понаднормативний період експлуатації, зокрема коефіцієнт готовності та коефіцієнт технічного використання, врахування яких дозволяє прогнозувати навантаження на комбайн в напружений період збиральних робіт.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами проведених досліджень запропоновано нормативи періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування підсистем зернозбиральних комбайнів в залежності від характеристик їх надійності. Розроблено методику визначення номенклатури комплекту запасних частин в складі пересувного технічного засобу та методику обґрунтування кількості пересувних засобів на основі зменшення питомих сумарних затрат. Розроблено нормативний документ „Методика розрахунку норм витрат запасних частин та перспективної потреби в них до сільськогосподарських машин для рослинництва на ремонтно-експлуатаційні потреби”. Запропоновано ряд пристроїв для виконання операцій технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів, що дозволяють визначати технічний стан та регулювати окремі вузли.

Результати наукових досліджень з технічного обслуговування і ремонту пройшли дослідно-виробничу перевірку та рекомендовані до широкого впровадження в аграрних господарствах. Впровадження рекомендацій щодо удосконалення системи технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів з понаднормативним терміном експлуатації дозволило підвищити коефіцієнт технічного використання до 0,76, коефіцієнт готовності до 0,80, середньодобовий наробіток на 18 % та зменшити простої комбайнів з технічних причин на 5-10 %, що підтверджено відповідними актами.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі вихідної інформації стосовно стану парку зернозбиральних комбайнів і системи їх обслуговування в сучасних умовах, методів оптимізації періодичності виконання робіт з технічного обслуговування і ремонту, методів розрахунку запасних частин, існуючих технічних засобів. Також автором виконувались аналітичні дослідження надійності зернозбиральних комбайнів в залежності від характеристик технічного рівня надійності складових підсистем, розроблено теоретичні передумови щодо обґрунтування оптимальних нормативів періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування та математичні моделі процесу забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів в період виконання польових робіт. Одержано дані про характерні відмови, виконано статистичну оцінку та аналіз експлуатаційних показників надійності зернозбиральних комбайнів в умовах рядової експлуатації. Розроблено методику формування комплекту запасних частин та обґрунтовано нормативи і параметри системи технічного обслуговування і ремонту зернозбиральних комбайнів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідались на щорічних Міжнародних науково-технічних конференціях ”Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ „ІМЕСГ”, Глеваха, 2000-2007 рр.); першій науковій міжвузівській конференції аспірантів і молодих викладачів „Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (ВДАУ, Вінниця, 2001 р.); IV Міжнародній науково-технічній конференції „Механізація і енергетика сільського господарства” MOTROL 2003 (НАУ, Київ, 2003 р.); науково-технічній конференції присвяченій 55-річчю заснування системи машиновипробувань сільськогосподарської техніки в Україні (УкрЦВТ, Дослідницьке, 2003 р.); Міжнародній науково-практичній конференції „АГРОМЕХ-2004” (ЛДАУ, Дубляни, 2004 р.); Міжнародній науково-технічній конференції „Перспективи технічного забезпечення агропромислового виробництва” (НАУ, Київ, 2005 р.); Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (КНТУ, Кіровоград, 2005 р.); І Всеукраїнській конференції-семінарі докторантів, аспірантів та здобувачів у галузі аграрної інженерії (ННЦ „ІМЕСГ”, Глеваха, 2006 р.); Наукових читаннях з нагоди 100-річчя з Дня народження професора Крамарова В.С. (НАУ, Київ, 2006 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в 18 друкованих працях, з них - 14 статей у збірниках наукових праць (фахові видання ВАК України), 3 тези доповідей на наукових конференціях та один нормативний документ Мінагрополітики України.

Структура дисертації визначена задачами дослідження і включає вступ, п'ять розділів основної частини, загальні висновки, список використаних джерел (164 найменування), додатки. Основну частину роботи викладено на 167 сторінках, відображено в 19 таблицях, на 41 рисунку та 7 додатках.

основний зміст роботи

У першому розділі „Сучасний стан питання забезпечення надійності зернозбиральних комбайнів” наведено стислу характеристику парку зернозбиральних комбайнів і системи їх технічного обслуговування в сучасних умовах експлуатації, проведено аналіз результатів наукових досліджень з методів оптимізації періодичності виконання робіт, методів розрахунку запасних частин на ремонтно-експлуатаційні потреби та обґрунтування пересувних засобів в системі технічного обслуговування і ремонту сільськогосподарської техніки. На основі цього визначено напрями підвищення рівня надійності та ефективності використання зернозбиральних комбайнів в понаднормативний період експлуатації шляхом удосконалення методів і моделей в системі забезпечення їх працездатності при технічному обслуговуванні і ремонті.

Основоположними роботами в створені даного наукового напряму в сфері експлуатації і технічного обслуговування сільськогосподарської техніки стали наукові праці вчених І.Е. Ульмана, Л.І. Гунера, Г.П. Каплуна, А.М. Крикова, М.П. Малашенко та багатьох інших. В теорію оптимізації технічного обслуговування суттєвий вклад внесли вчені В.І. Казарцев, Е.С. Кузнєцов, Н.С. Пасєчніков В.А. Каштанов, Б.С. Іванов та інші. Із задачею обґрунтування параметрів ремонтного циклу для машини і правил призначення ремонтно-обслуговуючих робіт для елементів машин пов'язані дослідження вчених А.І. Селіванова, С.С. Черепанова, В.І. Черноіванова, В.М. Міхліна, А.С. Гальперіна, А.С. Пронікова та інших. Методам прогнозування і визначення оптимальної кількості запасних частин для складних виробів присвячені праці О.Ф. Пославського, Е.Ю. Барзіловича, В.М. Міхліна, Тарасова, В.А. Буторіна та інших вчених. Питанням розробки методів раціонального застосування пересувних технічних засобів присвячені праці Є.А. Пучіна, А.П. Міронова, К.М. Алієва, І.В. Королькова, М.І. Юдіна та інших.

Результати аналізу літературних джерел свідчать, що система технічного обслуговування і ремонту зернозбиральних комбайнів характеризується непристосованістю до сучасних умов експлуатації та технічного рівня надійності машин і потребує комплексного підходу щодо удосконалення з урахуванням особливостей експлуатації та виробничих умов.

В більшості наукових досліджень при обґрунтуванні системи технічного обслуговування і ремонту, в тому числі періодичності виконання робіт, застосовано методи, які побудовані на оптимізації за критерієм економічності. Але використання даного критерію при знаходженні оптимальної періодичності технічного обслуговування не відповідає потребам сьогодення, оскільки в сучасних умовах експлуатації зернозбиральних комбайнів необхідне забезпечення високої імовірності безвідмовної їх роботи з мінімальними простоями.

Для оперативного усунення відмов в період збирання врожаю при обґрунтуванні потреби запасних частин доцільно застосувати підхід на основі даних про фактичну витрату конструктивних елементів в умовах експлуатації складних машин, що дасть змогу врахувати імовірнісний характер достатності елементів певного типу. А рекомендації щодо використання пересувних технічних засобів повинні базуватись на основі мінімуму втрат від простоїв зернозбиральних комбайнів шляхом математичного моделювання з використанням апарату теорії масового обслуговування.

У другому розділі „Теоретичні передумови щодо обґрунтування системи технічного обслуговування і ремонту зернозбиральних комбайнів” проведено аналітичні дослідження надійності зернозбиральних комбайнів як складних механічних систем, визначено залежності для обґрунтування періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування, розглянуто математичні моделі формування комплекту запасних частин та функціонування пересувних технічних засобів для забезпечення працездатності машин.

Надійність зернозбирального комбайна, як складної системи, визначається надійністю складових його елементів. При послідовному з'єднанні підсистем комбайна сумарний час його роботи t_pоб рівний тривалості роботи і-ої складової частини , а сумарний час відновлення працездатності t_відн комбайна рівний сумі тривалостей відновлення всіх його складових частин.

На основі цього отримано залежність коефіцієнта готовності зернозбирального комбайна K_Г від коефіцієнтів готовності його п складових агрегатів і систем:

. (1)

Прийнявши, що випадкові події виникнення відмов та відновлення працездатності підсистем зернозбиральних комбайнів можна описати простими потоками, які характеризуються відповідними параметрами та , розглянуто можливі переходи підсистем комбайна з працездатного в непрацездатний стан і навпаки як дискретні маркові випадкові процеси з безперервним часом. В результаті одержано вирази імовірності перебування і-тої підсистеми зернозбирального комбайна в працездатному стані , в залежності від характеристик технічного рівня надійності всіх підсистем:

,

, (2)

, (3)

де Т_і, - відповідно середній наробіток на відмову і час відновлення працездатного стану і-тої підсистеми зернозбирального комбайна;

- імовірність при умові, що відновлення працездатності і-тої підсистеми не відбудеться у встановлений інтервал часу.

Аналіз залежностей (2) і (3) дав підстави висунути гіпотезу про вплив тривалості відновлення працездатності зернозбирального комбайна на його надійність та безвідмовність зокрема, а саме на їх підвищення. Для оцінки впливу зміни часу усунення відмов на безвідмовність розглянуто імовірність того, що зернозбиральний комбайн готовий до роботи в момент часу t, завдяки наявності працездатних його складових частин і відновленню непрацездатних за рахунок обслуговування протягом часу, який не перевищує гранично допустимого t_в. В результаті чого одержано вираз імовірності працездатного стану Р_Г в залежності від функцій імовірності виникнення відмов F(t) і відновлення працездатності P(t_в):

. (4)

На основі попередніх даних, що = 0,067, = 0,667, а час відновлення працездатності t_в змінюється в межах від =1,3 до =1,7 год, побудовано графічну залежність, яка характеризує технічний стан комбайна.

Чим нижча імовірність працездатності (рівень надійності), тим більше впливає тривалість відновлення працездатності на безвідмовність та надійність машини в цілому. При рівні імовірності РГ = 0,75 і тривалості відновлення tв = 1,3 год маємо наробіток до відмови t = 13,8 мото-год, але якщо тривалість відновлення в межах розсіювання показника становитиме tв = 1,7 год, то наробіток до відмови може підвищитись до t = 22,3 мото-год, тобто на 61,6 %. Пояснити вплив тривалості відновлення працездатності на безвідмовність зернозбирального комбайна можна глибиною пошуку причин відмов, оскільки відновлення працездатності можна розглядати як усунення наслідків відмов, чи причин їх виникнення, що потребує дещо більшого часу. Тому використання спеціалізованої ланки технічного обслуговування дозволяє на більш вищому якісному рівні виконувати технічне обслуговування, усувати відмови та несправності зернозбиральних комбайнів.

При формуванні теоретичних передумов щодо обґрунтування періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів застосовано диференційований підхід в залежності від їх призначення на основі принципу забезпечення високої імовірності безвідмовної роботи з мінімальними простоями.

Для встановлення оптимальної періодичності проведення контрольно-оглядових операцій в якості критерію оптимізації використано показник P_о(t), як добуток коефіцієнта технічного використання К_ТВ на імовірність безвідмовної роботи P(t). Прийнято, що:

; ;

, (5)

де t_роб, t_відн, t_обс - відповідно сумарний час перебування комбайна в працездатному стані, усунення відмов і несправностей та простоїв із-за проведення технічного обслуговування;

Т, Т_В, Т_ОБ - відповідно середній наробіток на відмову, середня тривалість усунення відмов та тривалість технічного обслуговування, що проводиться через період t^ко;

т - кількість відмов.

На основі цього одержано вираз, дослідженням на екстремум якого визначено залежність оптимальної періодичності виконання контрольно-оглядових операцій від характеристик рівня безвідмовності та пристосованості до обслуговування зернозбирального комбайна:

. (6)

Використовуючи умову про те, щоб фактичний рівень імовірності Р_ф знаходження комбайна в технічно справному стані до чергового технічного обслуговування перевищував або був рівний допустимому Р_д, визначено залежність для обґрунтування періодичності виконання регулювально-кріпильних операцій :

. (7)

На основі аналізу функції вартості обслуговування, що враховує постійні витрати С_обс в зв'язку з простоями на обслуговуванні та додаткові витрати при усуненні відмов через несвоєчасність обслуговування, визначено залежність сумарних затрат від періодичності виконання мастильно-заправних операцій t^м:

, (8)

де С_п - питомі витрати на одну годину простою зернозбирального комбайна.

Дослідивши на екстремум функцію (8) одержано вираз диференціальної кривої, з якої графічно визначається оптимальна періодичність , що забезпечує мінімум сумарних затрат:

. (9)

Передумовою до розрахунку комплекту запасних частин для забезпечення працездатності п зернозбиральних комбайнів, в кожному з яких встановлено r однотипних елементів, є виникнення потреби в запасній частині у випадку відмови або профілактичної заміни певного елемента при технічному обслуговуванні. Імовірність виникнення рівно m_i потреб в запасних частинах і-го типу можна описати функцією щільності біноміального розподілу.

Оскільки фактична витрата запасних частин є випадковою величиною, то випадки недостачі запасних частин протягом деякого періоду експлуатації будуть виключені при умові, що m_i ? М_б, імовірність виконання якої визначено інтегральною функцією F(m_i) закону біноміального розподілу, тобто:

, (10)

де п_r - кількість незалежних подій, п_r=пr;

Р - імовірність виникнення потреби в запасній частині;

При цьому накладено обмеження на вартість комплекту запчастин С_к:

, (11)

де С_і - вартість окремого елемента і-го типу із комплекту запасних частин.

Оцінивши рівень забезпечення ремонтно-профілактичних робіт запчастинами коефіцієнтом К_з, що враховує тривалість простою зернозбиральних комбайнів в зв'язку з їх пошуком і доставкою, та увівши показник питомої сумарної вартості запасних частин w визначено критерій оптимізації як мінімум величини

.

В результаті одержано математичну модель визначення потреби запчастин на деякий інтервал часу для забезпечення працездатності певного парку зернозбиральних комбайнів, що передбачає встановлення номенклатури та обґрунтування кількості елементів в комплекті з урахуванням конкретних умов експлуатації:

, (12)

де - середній час доставки запасного елемента із комплекту до машини;

- середній час пошуку і доставки запасних елементів у випадку їх відсутності в комплекті;

Т_О - середній за добу основний час роботи зернозбирального комбайна.

Процес взаємодії пересувних засобів та зернозбиральних комбайнів розглянуто як марковий процес „загибелі і розмноження” застосувавши відкриту систему масового обслуговування з наданням відносного пріоритету вимогам, що викликають втрати урожаю. Позначивши імовірність події, що в момент часу t в системі є п об'єктів обслуговування через Р_n(t), імовірність надходження і задоволення вимоги за час t через t та t відповідно, визначено імовірність Р_п(t+t) того, що в момент часу t+t в черзі залишиться п вимог на обслуговування:

. (13)

У випадку стаціонарного режиму експлуатації, коли і є постійними, а кількість засобів обслуговування рівна s, отримано наступні рівняння:

, ;

, s; (14)

, п s.

На основі даних рівнянь, використовуючи основні положення теорії імовірності визначено:

- імовірність Р_n того, що в системі знаходиться п вимог:

при 1 п s, або при п > s, (15)

де - приведена інтенсивність потоку вимог, яка характеризує середню кількість вимог, що одночасно обслуговуються, = /;

- імовірність Р₀ того, що засоби обслуговування не завантажені:

; (16)

- імовірність P_z того, що всі засоби зайняті (в системі п s вимог):

; (17)

- середня кількість вимог в черзі L без урахування тих, що обслуговуються:

, (18)

де k - будь-яке можливе число вимог на обслуговування в черзі;

P_s+k - імовірність того, що саме k вимог буде в черзі.

Вирази (16-18) справедливі при умові s , в протилежному випадку вони втрачають зміст. Крім того, в систему обслуговування надходять як пріоритетні (індекс 1), так і непріоритетні (індекс 2) вимоги, тому:

та . (19)

Критерієм оптимального співвідношення кількості технічних засобів та об'єктів обслуговування прийнято мінімум сумарних затрат, які виникають протягом одиниці часу роботи системи, а цільова функція має вигляд:

, (20)

де С_пр - питома вартість простою технічного засобу, грн./год.;

С₁, С₂ - збитки за одну годину простою комбайна, що призводять до втрат продукції через порушення оптимальних агротехнічних термінів робіт, відповідно для пріоритетних і непріоритетних вимог, грн./год.

У третьому розділі „Програма і методика експериментальних досліджень” викладено програму досліджень, обґрунтовано кількість об'єктів спостережень, описано методику збору та обробки експериментальних даних про надійність зернозбиральних комбайнів, розроблено методику визначення комплекту запасних частин в складі пересувного засобу технічного обслуговування і усунення відмов.

Програмою експериментальних досліджень передбачалось проведення спостережень за роботою зернозбиральних комбайнів в реальних умовах їх експлуатації в понаднормативний термін з метою отримати дані про відмови та експериментально-статистичної оцінки основних показників експлуатаційної надійності комбайнів, їх агрегатів та систем.

Основними характеристиками експлуатаційної надійності зернозбиральних комбайнів прийнято показники безвідмовності (наробіток на відмову, параметр потоку відмов, імовірність безвідмовної роботи), ремонтопридатності (середня тривалість відновлення працездатності, інтенсивність відновлень, імовірність відновлення працездатності в заданий час) і комплексні (коефіцієнт готовності, коефіцієнт технічного використання). Джерелами інформації про надійність зернозбиральних комбайнів стали результати їх випробувань в реальних умовах експлуатації із застосуванням методу пасивного експерименту.

Збір інформації під час проведення досліджень проводився в аграрних господарствах центральних областей України за планом спостережень NMT, згідно з яким обґрунтовано мінімально необхідну кількість об'єктів спостережень (зернозбиральних комбайнів “Дон-1500” в понаднормативний термін експлуатації), що становить 16, для забезпечення достовірності показників їх експлуатаційної надійності.

Обробку результатів спостережень за надійністю зернозбиральних комбайнів виконано методами математичної статистики з використанням прикладного програмного забезпечення. В ході перевірки даних варіаційного ряду на випадання використано критерій Ірвіна при рівні довірчої імовірності 0,95, а перевірку відповідності між вибраним теоретичним законом розподілу та емпіричною залежністю проведено за допомогою критеріїв згоди Пірсона ч² та Колмогорова л_к.

Розроблена методика визначення комплекту запчастин в складі пересувного засобу технічного обслуговування і усунення відмов встановлює порядок вибору номенклатури та обґрунтування оптимального гарантованого запасу елементів М на певний період часу і передбачає використання методу релаксації, який полягає в тому, що мінімум функції кількох змінних знаходиться за допомогою крокової процедури, причому на кожному кроці всі змінні крім однієї (М) є фіксованими.

Визначення необхідної кількості s пересувних засобів технічного обслуговування і усунення відмов виконувалось варіантним методом шляхом оцінки ефективності їх використання для забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів в сезон виконання польових робіт на основі визначених операційних характеристик L₁(s) і L₂(s) математичної моделі. Обґрунтована кількість пересувних технічних засобів s^opt відповідає мінімуму цільової функції (20).

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень та їх аналіз” наведено дані про характерні відмови агрегатів і систем зернозбиральних комбайнів “Дон-1500” в понаднормативний термін експлуатації та їх класифікацію, оціночні характеристики показників безвідмовності, ремонтопридатності і комплексних, одержаних в умовах рядової експлуатації.

Проведеними експериментальними дослідженнями встановлено, що на один зернозбиральний комбайн “Дон-1500” в понаднормативний термін експлуатації припадає в середньому 14 відмов. При цьому найбільша кількість відмов зернозбиральних комбайнів припадає на жниварку (22 %), молотарку (21 %), привідні передачі (17 %), гідросистему (15 %) та двигун (11 %) і дещо менша - на трансмісію (7 %), обладнання для незернової частини урожаю (НЧУ) (5 %), електрообладнання (2 %). Основними причинами виникнення відмов були експлуатаційні та виробничі, які відповідно становлять 57 % і 32 %. Встановлено, що за складністю найбільшу частину становлять відмови другої групи (59 %), на усунення яких витрачається 41 % від сумарного часу відновлення працездатності зернозбиральних комбайнів. А на відмови третьої групи припадає лише 9 % всіх відмов, але вони потребують найбільших затрат часу (53 % сумарного часу). Усунення відмов у 57 % випадків відбувається шляхом заміни деталі чи вузла і у 26 % випадків шляхом виконання слюсарних та зварювальних робіт. Решту становлять регулювання і підтягування (7 %), очищення та промивання (10 %).

Більшість відмов виникали як раптові (75 %), що призводило в 94 % випадків до повної втрати працездатності комбайна. За частотою появи відмови можна розділити на одиничні (21 %) та повторювані кілька разів (79 %). При цьому 88 % відмов були незалежними від інших відмов подіями.

Статистичною оцінкою розподілу наробітків між відмовами t та часу відновлення t_в працездатності зернозбиральних комбайнів “Дон-1500” в понаднормативний термін експлуатації встановлено параметри розподілу та визначено функції щільності розподілу імовірностей f(t), f(t_в) (диференціальні функції), інтегральні функції розподілу імовірностей F(t), F(t_в) та функцію імовірності безвідмовної роботи P(t) згідно залежностей експоненціального закону:

, ; (21)

, . (22)

Перевірка узгодженості теоретичних законів та емпіричних розподілів за критеріями згоди показала, що розподіл наробітку на відмову (рис. 2 а) та часу відновлення працездатності (рис. 2 б) можна описати експоненціальним законом із імовірністю не менше ніж Р(ч²) = 0,46 і Р(ч²) = 0,32 відповідно за критерієм Пірсона та Р( _к)=0,90 за критерієм Колмогорова. Таким чином потоки відмов і відновлень з параметрами = 0,154 1/мото-год і = 0,667 1/год відповідно можна вважати найпростішими пуассоновими потоками, які мають властивості стаціонарності, ординарності і відсутності післядії, що підтверджує правомірність розроблених теоретичних передумов.

Виконано оцінку показників безвідмовності і тривалості усунення відмов зернозбиральних комбайнів за групами складності. Встановлено, що середній наробіток на відмову першої групи складності t ^I знаходиться в межах 11,5...17,1 мото-год основного часу роботи, наробіток на відмову другої групи складності t ^II - в межах 8,4...11,2 мото-год і наробіток на відмову третьої групи складності t^III - в межах 26,4...53,4 мото-год. Відповідні оціночні параметри потоків відмов становлять: ^I= 0,072, ^II= 0,104, ^III= 0,028, а функції щільності розподілу f та залежності імовірності F виникнення відповідних відмов від наробітку мають вигляд:

, ; (23)

, ; (24)

, . (25)

Межі розсіювання середнього значення часу усунення відмов першої групи складності становлять 0,34...0,40 год, другої групи складності - 1,39...1,70 год, третьої групи складності - 10,03...16,18 год. При цьому функції законів розподілу для часу усунення відмов першої t_в^I, другої t_в^II та третьої t_в^III груп складності відповідно мають наступний вигляд:

, ; (26)

, ; (27)

, (28)

Перевірка відповідності теоретичних законів емпіричним розподілам підтвердила узгодженість за критеріями Пірсона та Колмогорова.

Встановлено, що 51,6 % відмов першої групи складності можуть бути усунуті за час менший ніж середнє значення 0,37 год, 57,4 % відмов другої групи складності - за час менший ніж 1,53 год, а також 57,4 % відмов третьої групи складності - за час менший ніж 12,41 год. Решта 48,4 % відмов першої, 42,6 % відмов другої та 42,6 % відмов третьої груп будуть усунуті за час більший ніж відповідні середні значення.

Аналізуючи графічні моделі оцінки показників безвідмовності агрегатів і систем зернозбиральних комбайнів в понаднормативний термін експлуатації (рис. 3, 4) визначено середні значення їх наробітків на відмову, які нижчі регламентованої періодичності технічного обслуговування. Наробіток на відмову жниварки становить лише 22,4 мото-год основного часу роботи, молотильної частини - 33,1 мото-год, привідних передач - 31,3 мото-год, двигуна - 55,3 мото-год, гідросистеми - 53,7 мото-год. Дещо вищий наробіток на відмову має обладнання для незернової частини урожаю (93,7 мото-год), трансмісія (117,6 мото-год), електрообладнання (131,6 мото-год).

При цьому встановлено, що імовірнісні моделі експоненціального закону розподілу адекватно описують отримані експериментальні дані з величиною достовірності апроксимації R² в межах від 0,906 до 0,986. В результаті побудовано карту безвідмовності агрегатів і систем зернозбирального комбайна, що відображає залежності імовірності їх безвідмовної роботи P(t) від наробітку t.

В якості математичних моделей розподілу коефіцієнта готовності K_Г та коефіцієнта технічного використання K_ТВ зернозбиральних комбайнів “Дон-1500” в понаднормативний термін експлуатації з імовірністю за критерієм Пірсона відповідно не менше 74,6 % та 58,2 % використано нормальний закон та одержано відповідні функції щільності розподілу:

; (30)

. (31)

Визначено межі розсіювання комплексних показників надійності, які становлять: 0,69...0,79 для коефіцієнта готовності з відносною похибкою 6,8 % та 0,58...0,68 для коефіцієнта технічного використання з похибкою 7,9 %.

Встановлено, що в середньому протягом 74 % часу зернозбиральні комбайни здатні виконувати свої функції і лише на 63 % використовуються за призначенням, а решту часу простоюють з технічних причин. Неефективні затрати часу в середньому становлять 46,4 % загальної тривалості простоїв через відмови і несправності.

У п'ятому розділі „Техніко-економічне обґрунтування заходів системи забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів та їх ефективність” обґрунтовано параметри системи технічного обслуговування і ремонту, запропоновано засоби технологічного забезпечення, визначено критерії граничного стану комбайна та розраховано економічну ефективність.

В залежності від характеру відмов (тип А, Б, В), причин їх виникнення та наслідків, обґрунтовано періодичність виконання контрольно-оглядових (КО), регулювально-кріпильних (РК) та мастильно-заправних (МЗ) операцій технічного обслуговування агрегатів та систем зернозбиральних комбайнів на основі характеристик рівня їх надійності.

. (32)

Результати дослідно-виробничої перевірки основних результатів наукових досліджень та рекомендацій щодо удосконалення системи технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів в понаднормативний термін експлуатації. Очікуваний економічний ефект за величиною економії витрат в зв'язку з удосконаленням системи забезпечення працездатності та додаткового прибутку в зв'язку із зменшенням втрат зерна при збиранні урожаю становить не менше 3700 грн. на один комбайн за сезон експлуатації (без врахування динаміки підвищення цін).

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу існуючих методів забезпечення надійності, зокрема обґрунтування періодичності ремонтно-обслуговуючих робіт, визначення потреби в запчастинах та технічних засобах, встановлено, що для підтримання працездатності та ефективного використання зернозбиральних комбайнів перспективним напрямком є удосконалення системи технічного обслуговування і ремонту шляхом комплексного обґрунтування нормативів і параметрів з урахуванням характеристик технічного рівня надійності машин і умов їх використання в агарних господарствах.

2. Одержано аналітичні залежності, що враховують вплив характеристик технічного рівня надійності складових підсистем на надійність зернозбиральних комбайнів за основними показниками безвідмовності, ремонтопридатності та комплексним, а також залежність для визначення впливу тривалості відновлення працездатності комбайна на його безвідмовність та надійність взагалі. Встановлено, що зміна тривалості в межах розсіювання показника від 1,3 до 1,7 год (або збільшення на 24-31 %) завдяки забезпеченню якості відновлення прогнозує підвищення наробітку на відмову на 61,6 %.

3. На основі диференційованого підходу визначено залежності щодо обґрунтування періодичності виконання контрольно-оглядових, регулювально-кріпильних та мастильно-заправних операцій технічного обслуговування агрегатів і систем зернозбиральних комбайнів, що враховують рівень їх безвідмовності та пристосованості до обслуговування.

4. Для формування комплекту запасних частин на основі фактичної їх витрати використано функцію біноміального закону розподілу, в результаті чого складено вихідну імовірнісну модель та розроблено методику визначення потреби запчастин, що дозволяє врахувати конкретні умови експлуатації зернозбиральних комбайнів та імовірнісний характер достатності елементів.

5. Визначено операційні характеристики математичної моделі системи обслуговування зернозбиральних комбайнів з використання пересувних технічних засобів та сформовано цільову функцію щодо їх обґрунтування з урахуванням необхідності виконання пріоритетних ремонтно-обслуговуючих робіт.

6. Встановлено, що основний вплив на зниження надійності комбайнів в понаднормативний термін експлуатації чинять експлуатаційні (57 % відмов) та виробничі фактори (32 % відмов). При цьому 59 % відмов становлять відмови другої групи складності та 9 % - відмови третьої групи складності. На загальний рівень надійності суттєво впливає рівень надійності жниварки (22 % відмов), молотарки (21 %), привідних передач (17 %), гідросистеми (15 %) та двигуна (11 %).

7. Визначено, що наробіток на відмову першої групи складності знаходиться в межах 11,5...17,1 мото-год, другої - 8,4...11,2 мото-год, третьої - 26,4...53,4 мото-год; тривалість усунення відмов першої групи складності складає 0,34...0,40 год, другої і третьої відповідно 1,39...1,70 год і 10,03...16,18 год; наробіток на відмову жниварки складає 22,4 мото-год, молотарки - 33,1 мото-год, обладнання НЧУ - 93,7 мото-год, двигуна - 55,3 мото-год, трансмісії - 117,6 мото-год, привідних передач - 31,3 мото-год, гідросистеми 53,7 мото-год, електрообладнання - 131,6 мото-год; коефіцієнт готовності становить 0,69..0,79; коефіцієнт технічного використання - 0,58..0,68. Встановлено, що зміна технічного стану, яка веде до втрати чи відновлення працездатності зернозбиральних комбайнів, з достатнім рівнем імовірності може бути описана експоненціальним законом, що підтверджує пуассонів характер потоків відмов і відновлень та правомірність теоретичних передумов.

8. Застосування науково-обґрунтованих заходів удосконалення системи забезпечення працездатності зернозбиральних комбайнів дозволяє підвищити коефіцієнт готовності в середньому на 6-8 %, коефіцієнт технічного використання на 11-13 %, середньодобовий наробіток на 16-18 % та зменшити простої з технічних причин на 8-10 %, що забезпечує економічний ефект не менше 3700 грн. на один комбайн за сезон експлуатації.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Молодик М.В., Смашнюк О.В. Особливості технічного обслуговування і ремонту зернозбиральних комбайнів у сучасних умовах // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ ”ІМЕСГ”, 2000. - Вип. 83. - С. 177-179. (Особистий внесок - аналіз сучасних умов проведення технічного обслуговування і ремонту зернозбиральних комбайнів).

2. Смашнюк О. Проблема технічного сервісу вітчизняних зернозбиральних комбайнів // Вісник Львівського державного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. - Львів: ЛДАУ, 2001. - № 5. - С. 250-256.

3. Смашнюк О.В. Дослідження відмов зернозбиральних комбайнів та визначення основних показників надійності // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. - Харків: ХДТУСГ, 2001. - Вип. 8, том 2. - С. 37-40.

4. Смашнюк О.В. Обґрунтування потреби запасних частин для підтримання працездатного стану зернозбиральних комбайнів // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. - Харків: ХДТУСГ, 2003. - Вип. 17. - С. 279-281.

5. Смашнюк О.В. Прогнозування періодичності технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів, що відпрацювали амортизаційний термін // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - К.: НАУ, 2003. - Т. XV. - С. 339-342.

6. Смашнюк О. Оцінка коефіцієнта готовності зернозбиральних комбайнів, що відпрацювали амортизаційний термін // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць. - Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2003. - Вип. 6 (20), кн.1. - С. 158-163.

7. Смашнюк О.В. Оцінка показників безвідмовності зернозбиральних комбайнів, що відпрацювали нормативний термін експлуатації // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства ”Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні”. - Харків: ХДТУСГ, 2004. - Вип. 24. - С. 150-154.

8. Смашнюк О.В., Роговський І.Л. Відмови зернозбиральних комбайнів „Дон-1500” в умовах рядової експлуатації та їх класифікація // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ, 2005. - Вип. 80. - С. 200-205. (Особистий внесок - проведення спостережень, систематизація та аналіз причин виникнення і характеру відмов зернозбиральних комбайнів „Дон-1500”).

9. Смашнюк О.В. Дослідження надійності зернозбиральних комбайнів як складних механічних систем // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2005. - Вип. 30. - С. 97-105.

10. Смашнюк О. Аналітичне дослідження моделі формування комплектів запасних частин на сезон використання зернозбиральних комбайнів // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць. - Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2005. - Вип. 8 (22), кн.1. - С. 273-279.

11. Смашнюк О.В. Обґрунтування періодичності технічного обслуговування зернозбиральних комбайнів за рівнем надійності їх агрегатів та систем // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. - Кіровоград: КНТУ, 2005. - Вип. 35. - С. 229-235.

12. Смашнюк О.В. Оцінка показників ремонтопридатності зернозбиральних комбайнів в понаднормативний термін експлуатації // Праці Таврійської державної агротехнічної академії - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - Вип. 41. - С. 141-148.

13. Смашнюк О.В. Аналітичне дослідження завантаження пересувних засобів технічного обслуговування і усунення несправностей зернозбиральних комбайнів // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ ”ІМЕСГ”, 2006 - Вип. 90 - С. 142-150.

14. Смашнюк О. Аналіз методів обґрунтування ремонтно-обслуговуючих втручань стосовно зернозбиральних комбайнів // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць. - Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2006. - Вип. 9 (23), кн.2. - С. 296-302.

15. Смашнюк О. Дослідження надійності зернозбиральних комбайнів “Дон-1500”, що відпрацювали амортизаційний термін // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць; Науково-технічні засади розробки, випробування і прогнозування перспективної сільськогосподарської техніки і технологій: Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції. - Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2003. - Вип. 6 (20), кн.2. - С. 409-410.

16. Смашнюк О.В. Обґрунтування доцільності профілактичних замін деталей і вузлів // Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи: Збірник матеріалів четвертої міжвузівської науково-практичної конференції аспірантів. Вінниця, 5-7 квітня 2004 р. - Вінниця: ВДАУ, 2004. - С. 238-240.

17. Смашнюк О.В. Взаємозв'язок експлуатаційної надійності зернозбиральних комбайнів з системою технічного обслуговування і усунення відмов // Технічний прогрес у сільсько-господарському виробництві: Збірник тез доповідей молодих вчених XIV Міжнародної науково-практичної конференції. Глеваха, 10-13 жовтня 2006 р. - Глеваха: ННЦ ”ІМЕСГ”, 2007 - С. 61-64.

18. Настанова 29.3-37-47:2005. Методика розрахунку норм витрат запасних частин та перспективної потреби в них до сільськогосподарських машин для рослинництва на ремонтно-експлуатаційні потреби / М.Молодик, А.Моргун, Л.Молодик, О.Смашнюк, В.Тараненко, Б.Харченко, В.Чумак - К.: Украгростандартсертифікація, 2005. - 37 с. (Особистий внесок - методика визначення потреби запчастин для техобслуговування і оперативного усунення відмов машин сезонного використання).

СМАШНЮК О.В. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЗЕРНОЗБИРАЛЬНИХ КОМБАЙНІВ В УМОВАХ ГОСПОДАРСТВ НА ОСНОВІ ОЦІНКИ РІВНЯ ЇХ НАДІЙНОСТІ. - РУКОПИС

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний науковий центр „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, Глеваха, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню питань підвищення ефективності використання зернозбиральних комбайнів шляхом удосконалення системи забезпечення працездатності з урахуванням технічного рівня їх надійності та умов експлуатації. На основі системного аналізу запропоновано стратегію, що полягає в комплексному обґрунтуванні організаційно-технічних заходів процесу забезпечення працездатності машин. Удосконалено методику оцінки надійності складних машин та одержано аналітичні залежності щодо обґрунтування періодичності виконання основних операцій технічного обслуговування. Сформовано математичні моделі визначення потреби запчастин та функціонування пересувних засобів обслуговування і усунення відмов. Досліджено надійність зернозбиральних комбайнів в понаднормативний термін експлуатації та обґрунтовані напрями її підвищення. Виробнича перевірка розроблених організаційно-технічних заходів підтвердила ефективність результатів досліджень.

...