Визначення впливу терміну використання зернозбиральних комбайнів на їх техніко-експлуатаційні характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. На строки збирання урожаю впливають багато факторів, у тому числі структура парку за кількістю зернозбиральних комбайнів (ЗК) та їх технічним станом. Практика показує, що із збільшенням строків експлуатації ЗК у результаті їх зношування змінюються показники технічного стану, знижується продуктивність. Згідно з існуючими нормативними, методичними документами в технологічних картах, за якими розраховуються та прогнозуються термін жнив, строки експлуатації ЗК та їх технічний стан не враховується, що є постійною та характерною похибкою, яка приводить до втрати 25% вирощеного врожаю через затягування строків жнив. У зв'язку з цим дослідження, спрямовані на виявлення закономірностей зміни техніко-експлуатаційних показників із збільшенням терміну використання ЗК, є актуальними.

Мета та задачі досліджень. Мета дослідження - підвищення ефективності використання ЗК із різними термінами експлуатації шляхом встановлення закономірностей зміни техніко-експлуатаційних характеристик. Для досягнення поставленої мети програмою досліджень передбачено розв'язання наступних задач:

1) аналіз причин зміни роботоздатності ЗК із збільшенням строків експлуатації,

2) встановлення залежності продуктивності ЗК від основних техніко-експлуатаційних характеристик,

3) встановлення залежності коефіцієнта використання часу зміни від технічного стану ЗК, час та шлях розгону в залежно від потужності двигуна;

4) експериментальне визначення впливу терміну експлуатації на річний наробіток у тоннах та мотогодинах наробітку між відмовами, часу простоїв та трудомісткості їх усунення, причин відмов складових частин, зниження потужності двигуна;

5) розробка методики визначення продуктивності ЗК із збільшенням терміну експлуатації.

1. Стан питання та задачі досліджень

Показано, що станом на липень 2006 в господарствах України залишилось 60212 всіх моделей і модифікацій зернозбиральних комбайнів (ЗК). Із них справних - 44195 (88%), у тому числі ДОН-1500-8600 одиниць (17%) із середнім строком експлуатації 15 років. Сезонне навантаження на фізичний комбайн підвищилося від 138 га (1990 р.) до 284 га, а на роботоздатний до 317 га (2006 р.), тобто більше ніж у два рази. За годину жнив у 1990 р. середньою тривалістю 21 день господарства України збирали до 200 тис. тон зернових, а у 2006 р. у межах 50-60 тис. тон. Втрати від осипання через затягування строків жнив сягають 25% від вирощеного урожаю. Тільки після 2001 р. почалося помітне оновлення і поповнення парку ЗК. У 2005 р. господарства купили близько 1300 комбайнів, у тому числі 580 - ДОН-1500Б, ДОН-ЛАН, що складає близько 13% щорічної потреби і 2-3% потреб у поповненні. З врахуванням тенденцій в найближчі роки слід очікувати зростання парку ЗК класичної компоновки з п'ятиклавішним соломотрясом класу 9 ДОН-1500Б.

Намагання забезпечити ефективну роботу машин у споживачів є одним із важливих напрямків технічної політики машинобудівних фірм, науковців і споживачів. Значний вклад у розробку науково-прикладних основ ефективного використання МТП внесли такі вчені як Б.О. Литваров, Б.С. Свирщевський, Г.В. Веденяпін, Ю.К. Киртбая, М.П. Сергеєв, С.А. Іофінов, в тому числі зернозбиральних комбайнів- М.С. Рунчев, Е.И. Липкович, Е.Л. Жалнін, В.М. Жданов, М.П.Галенко, С.М. Коваль та інші. Наукові дослідження проблем ефективного використання МТП стикуються з теоретично-прикладними дослідженнями зношування та ремонту машин вчених В.И. Казарцева, А.И. Селиванова, Я.Д. Певзнера, Б.І. Костецького, B.C. Крамарова, Ю.П. Петрова, М.М. Севернева та інших; підтримання роботоздатності техніки у споживачів: В.М. Кряжкова, С.С. Черепанова, В.М. Міхліна, В.И. Бєльских, Н.С. Ждановського, В.А. Аллілуєва, Т.Е. Топіліна, И.П. Терських, та інших; підвищенням надійності складних технічних систем: Б.В. Гнеденка, І.М. Коваленка, B.C. Королюка, А.Ф. Турбіна, І.А. Ушакова, Р. Барлоу, Ф. Прошана, А.С. Пронікова, Л.М. Грошева, В.Е. Черкуна, В.М. Павлівського, А.І. Бойка та інших. Існуючі дослідження зміни показників технічного стану, експлуатаційних характеристик мобільної техніки із збільшенням терміну експлуатації носять фрагментальний характер і не забезпечують можливості враховувати кількісно вплив терміну експлуатації на основні технічні і експлуатаційні показники. Тому дослідження аналітичних і експериментальних залежностей експлуатаційних характеристик ЗК від терміну експлуатації є актуальними.

2. Теоретичні дослідження впливу терміну експлуатації на техніко-експлуатаційні характеристики ЗК

Наведений аналіз причин та закономірностей зміни працездатності ЗК із збільшенням строків експлуатації. Аналітично визначено вплив зниження ефективної потужності двигуна комбайна на продуктивність за годину чистої роботи, обґрунтований спосіб врахування коефіцієнта готовності при аналітичному визначенні коефіцієнта використання часу зміни; встановлена аналітична залежність часу та шляху розгону ЗК з працюючими робочими органами.

Аналіз впливу і на продуктивність ЗК можна звести до аналізу їх впливу на робочу швидкість. Остання обмежується потужністю двигуна, пропускною здатністю молотарки та агротехнічними вимогами.

Ефективність використання потужності ЗК описується логічним виразом теорії множин через номінальне завантаження основних енергоспоживачів залежно від технології збирання.

Із рівняння балансу потужності визначена робоча швидкість, що забезпечується ефективною потужністю за умов, що змінюється від 1,0 до 0,85.

Робоча швидкість та продуктивність за годину чистої роботи обмежується не тільки потужністю, а пропускною здатністю qн молотарки комбайна.

За існуючими нормативами зниження ефективної потужності двигуна комбайна допускається до 12%: Для ДОН-1500 це від 173 до 156 кВт;

Зниження продуктивності, обумовлене зменшенням ефективної потужності двигуна, відбувається при урожайності меншій 6 т/га. При урожайності 3-4 т/га, характерній для більшості господарств, зменшення становить 0,5-0,3 га/год, або 13-12%.

Продуктивність за годину змінного часу визначається через продуктивність за годину чистої роботи та коефіцієнт використання часу зміни ф за відомою формулою:

Wзг = Wг • ф.

Зниження ефективної потужності двигуна може вплинути на час та шлях розгону, що в свою чергу призведе до зниження продуктивності. З метою визначення ступеня зниження продуктивності виконаний аналіз процесу розгону комбайна з працюючими робочими органами.

3. Програма і методика експериментальних досліджень

Викладена програма досліджень, описані умови та метод експериментальних досліджень.

Програмою експериментальних досліджень передбачалося отримання достовірних статистичних показників, які характеризують ефективність роботи комбайна залежно від терміну використання. За основні показники прийняті: сезонний наробіток у тонах і мотогодинах: кількість відмов та наробіток між ними; час простоїв по відмовах; трудомісткість усунення відмов; розподіл відмов за агрегатами та групами складності, зміна ефективної потужності двигунів.

Мінімальна кількість спостережень визначалася згідно з ГОСТ-27502-83 “Методи оцінки показників надійності” і ДСТУ 3004-95 “Надійність техніки. Методи оцінки показників надійності за експериментальними даними”. Нагляд за роботою комбайнів та облік запланованих даних виконувався за планом NM(Ч?, Т?), де Ч? = 80 (? 109), Т?.=257 м.год. (? 1500 м.год.) Для забезпечення достовірності отриманих показників проводився облік роботи 10 комбайнів протягом семи років у південних та центральних областях України. Комбайни ДОН-1500 однієї моделі і одного року випуску були власністю одного підприємства.

Визначення впливу терміну експлуатації на ефективну потужність двигуна проводилося у господарствах Яготинського району. Була виміряна потужність 27 двигунів СМД - 31А на комбайнах ДОН-1500 з терміном експлуатації від 13 до 15 років. Вимірювання потужності проводили згідно з методикою діагностики приладом ИМД-ЦМ. Для обробки статичних даних використовувався пакет “Аналіз даних” Microsoft Excel і програми “Mathcad” та “Mathlab”.

4. Результати експериментальних досліджень впливу строків використання зернозбиральних комбайнів на їх експлуатаційні показники

Наведені дані про вплив терміну експлуатації на річний виробіток, кількість відмов, тривалість простоїв по відмовах, трудомісткість усунення відмов, розподіл відмов по окремих складових частинах, видах та складностях, а також на ефективну потужність двигуна.

Зміна статистичних характеристик експлуатаційних показників приведених до одного комбайна залежно від терміну експлуатації, наведено у таблиці 1.

Як показують дані таблиці всі показники були найліпшими за термін жнив другого року експлуатації комбайнів. Пояснюється це тим, що протягом першого року проводилося доведення і наладка комбайнів у виробничих умовах. Після другого року експлуатації у результаті зниження показників технічного стану комбайнів річний виробіток та наробіток між відмовами зменшується, а кількість відмов та час простоїв і трудомісткість їх усунення збільшується. За період з другого року по сьомий рік виробіток зменшується від 1133т до 605т та від 267 до 199 мотогодин, середня кількість відмов збільшилась від 10,9 до 18,6, а наробіток між ними зменшився від 25,5 до 11,5 мотогодин; простої по відмовах та трудомісткість усунення відмов збільшується від 42,6 до 104,5 год. та 55,0 до 109,5 люд.год. відповідно. (рис. 5д, е).

Таблиця 1. Експлуатаційні показники експлуатації комбайнів Дон-1500

Відповідним аналізом доведено, що зміна річного виробітку та наробітку між відмовами задовільно відповідають закону Вейбулла. За умови врахування всього терміну експлуатації всі експлуатаційні показники задовільно відповідають залежностями.

Враховуючи складність залежності, обумовленої особливостями першого року використання, для прогнозування техніко-експлуатаційних показників залежно від строків експлуатації ЗК показники першого року доцільно вилучити, а аналіз і порівняння результатів використовувати з другого року.

Таблиця 2. Залежність показників продуктивності від терміну експлуатації

Основним експлуатаційним показником ЗК є продуктивність, зміна якої із збільшенням терміну експлуатації наведена в табл. 2.

Слід відмітити, що час чистої роботи істотно менший за наробіток у мотогодинах. За результатами хронометражів отримали середнє співвідношення .

У розрахунках економічних показників ЗК користуються показниками продуктивності в га за годину змінного часу, яка залежить від коефіцієнта використання часу зміни.

Всі відмови були згруповані по таких складових частинах: паси (пасові, ланцюгові передачі, шнеки, транспортери); ходова система, трансмісія та система керування; жатка; молотарка; гідравлічні системи; двигун з платформою кріплення; електронні та електричні системи.

Із збільшенням терміну експлуатації питома трудомісткість (Кt) підтримування ЗК в роботоздатному стані під час жнив збільшується.

На другому році питома трудомісткість забезпечення роботоздатності становила 0,21 люд.-год. на 1 мотогодину роботи ЗК, а на сьомому - збільшилася до 0,56, тобто на 166%.

Найбільша кількість відмов за сім сезонів зафіксована по гідравліці - 220 (21,09%) і жатці - 218 (20,09%), найменша - по ходовій системі та електроніці. Найвищий наробіток між відмовами має ходова система - 219 мотогодин, найменшу - гідравлічна система - 47 і жатка - 49 мотогодин (7й рік).

Через відмови і несправності двигунів (132 відмови) ЗК за сім сезонів простояли 1334 год. (22,7%), відмови і неполадки жатки - 1282 год. (21,81%), гідросистеми - 1021 год. (17,37%), паси - 572 год. (9,73%), ходову системи - 418 год. (7,11%), електроніку 230 год. (3,9%).

За характером та причинами виникнення відмови розподілилися таким чином: раптові відмови на першому році експлуатації складають 67%, а поступові - 33%. У міру збільшення строків експлуатації кількість раптових відмов зменшується до 39%, а поступових - збільшується до 61%. Під час жнив першого року експлуатації технологічні відмови склали 40%, конструктивні 33%, експлуатаційні - 27%. По мірі збільшення строків експлуатації кількість технологічних відмов, як наслідок недосконалості технологічних процесів виготовлення деталей, технології складання вузлів, агрегатів, систем зростає до 51%, конструктивних зменшується до 25, експлуатаційних знаходиться у межах 24%. Всі відмови були згруповані по групах складності. Розподіл відмов по групах складності наведений у табл. 3.

Таблиця 3. Розподіл відмов по групах складності

Із всіх 1044 відмов 622 відмови (59,58%) віднесені до 1-ї групи складності, тривалість простоїв по них склала 1488 год. (25,32%), середня тривалість простою - 2,4 год.; 328 відмов (31,42%)- до 2-ї групи складності і 94 відмови - до 3-ї групи складності. Тривалість простоїв по усуненню відмов 3-ї групи складності склала 2195 год. (37,34%), а середня тривалість простою досягла 23,35 год.

Коефіцієнт готовності є комплексним показником технічного стану технічних систем і може розглядатися як стаціонарна імовірність безвідмовної роботи ЗК.

У нормативній літературі не визначено, чим вимірюється час основної роботи: годинами чи мотогодинами. Для ЗК ці одиниці часу можуть бути істотно різними. В табл. 4 наведені середні значення Кг для двох варіантів, а також по розподілу Вейбулла.

Таблиця 4. Зміна коефіцієнтів готовності за роки експлуатації

Із таблиці видно, що за п'ять сезонів коефіцієнт готовності знизився на 0,22, що складає 0,044 одиниці за сезон.

Результати вимірювання фактичної ефективної потужності 27 двигунів показали, що зниження потужності досягало 3,36-3,68 кВт за сезон до заміни ЦПГ та 3,77-4,50 кВт за сезон після заміни ЦПГ. Середні питомі зниження потужності ДNЕП становлять 0,022 та 0,024 кВт/мотогодину, відповідно.

5. Основи методики планування використання ЗК з урахуванням терміну попередньої експлуатації

Показано, що зниження продуктивності ЗК відбувається за рахунок зниження ефективної потужності двигунів та зменшення коефіцієнта використання часу зміни.

Із збільшенням терміну експлуатації прямі експлуатаційні затрати збільшуються, оскільки зменшується продуктивність і збільшуються затрати на утримання.

При розрахунку приймали наступні величини: грн./год, грн./год, , грн., год.

За рахунок зменшення продуктивності всі складові затрати та їх сума із збільшенням терміну експлуатації зростають. Сумарні затрати ЗК на другому році експлуатації становлять 120 грн./год. Після десятого року амортизації затрати не враховують, тому загальні затрати дещо зменшуються (до 160-180 грн./т), але продуктивність залишається низькою (до 2 т/год.), а технічне обслуговування і організація роботи через часті відмови ускладнюються, тому експлуатація ЗК у цей період доцільна як виняток.

За результатами виконаних досліджень обґрунтована методика прогнозування реальних показників продуктивності ЗК з різними термінами експлуатації при плануванні збиральних робіт.

Методика дозволяє визначити, який обсяг роботи в агротехнічні строки може забезпечити заданий парк комбайнів з різними термінами експлуатації.

Основні положення методики полягають у наступному:

1. Вводиться поняття “умовний” комбайн, за який приймається комбайн даної марки з техніко-експлуатаційними характеристиками другого року експлуатації (див. табл. 1).

2. Всі комбайни діляться на групи з різними термінами експлуатації.

3. Для кожної групи, відповідно терміну експлуатації, визначаються коефіцієнти і (за графіком рис. 7, або із залежності (42), (43) відповідно).

4. Визначається кількість умовних комбайнів my. Для цього складаються добутки кількості комбайнів кожної групи на відповідні коефіцієнти та . Для комбайнів, що працюють без подрібнювачів соломи, доцільно приймати .

5. Визначається прогнозований обсяг робіт , що буде виконаний в агротехнічні строки даним парком комбайнів.

У випадку, коли прогнозований обсяг менший за плановий , визначається необхідна кількість додаткових умовних комбайнів.

У випадку, коли немає можливості залучення додаткових комбайнів, визначається кількість додаткових робочих днів з підвищеними витратами зерна від осипання.

Існуючими методиками планування збиральних робіт не передбачено враховувати різницю в продуктивності комбайнів з різними термінами експлуатації, тому фактичні строки збирання істотно більші за планові, що обумовлює істотні біологічні втрати.

Для більшості господарств різниця між фактичними і плановими строками збирання зернових становить в межах 9 днів, що призводить до додаткових 5,2 % втрат зерна. При ціні зерна 600 грн./т. вартість втраченого зерна становить 31,2 грн./т. Цю суму можна вважати економічним ефектом за рахунок впровадження пропонованої методики планування.

Висновки

зернозбиральний двигун мотогодина комбайн

1. Аналіз наявного парку зернозбиральних комбайнів дозволив виявити, що станом на липень 2006 у господарствах України нараховувалося 60212 комбайнів, а справних - 44191. Із них з відпрацьованим амортизаційним строком експлуатації - 87%. Середнє навантаження на фізичний комбайн приблизно складає 300 га, а на технічно справний і укомплектований - 380 га. Аналіз літературних джерел показує, що закономірності зміни експлуатаційних показників ЗК із збільшенням строків експлуатації не досліджувалися.

2. Аналізом балансу потужності вперше встановлено, що при великих урожайностях потенційно продуктивність ЗК обмежується пропускною здатністю молотарки, а при малих - потужністю двигуна. Обґрунтовано рівняння (10), що визначає урожайність, менше якої продуктивність необхідно розраховувати за потужністю двигуна (7), а більше якої - за пропускною здатністю (8).

3. Для оцінки впливу технічного стану ЗК вперше запропонований відносний показник технічного стану (2.48) та його залежність від коефіцієнта готовності, що дозволяє враховувати їх термін експлуатації у формулах для розрахунку продуктивності через ф (коефіцієнт використання часу зміни).

4. Аналізом процесу розгону комбайнового агрегату з працюючими робочими органами вперше встановлено, що при допустимому (до 10%) зменшенні потужності двигуна час (22) та шлях (21) розгону істотно не змінюються, тому при визначенні зниження продуктивності ЗК після певного часу використання цей факт можна не враховувати.

5. За результатами експериментальних досліджень роботи 10 комбайнів ДОН-1500 протягом семи років встановлено, що зміна виробітку, наробітку між відмовами, кількість відмов, час простоїв за відмов, трудомісткість усунення відмов та коефіцієнт готовності залежно від наробітку задовільно описується законом Вейбулла, а також рівнянням регресії четвертого - п'ятого порядків. Для практичних розрахунків зміну показників, починаючи з другого року експлуатації, без істотної похибки можна визначити емпіричними залежностями yi = bln(t) ± C, де b, C - коефіцієнти. Обґрунтовано емпіричні рівняння для визначення експлуатаційних показників залежно від терміну використання ЗК.

6. Визначено розподіл часу простоїв через відмови різних складових частин ЗК,%: двигун - 22,7; молотарка - 21,8, жатка - 17,39, гідросистема - 17,34, паси - 9,73, ходова - 7,1, електроніка - 3,90. За групами складності відмов: їх кількість, загальна тривалість та середня тривалість отримані такими :1-ша група складності - 622 (59,6%), 1498 год (25,3%), 2,4 год; 2-га група - 328 (31.4%), 2196 (37,3%о), 6,7 год. Із збільшенням терміну експлуатації більш суттєво збільшується кількість відмов 2-ї і 3-ї груп складності.

7. Аналізом замірів ефективної потужності двигунів СМД-31А 27 комбайнів ДОН-1500А, які відпрацювали 11-16 сезонів, встановлено, що зниження ефективної потужності знаходиться в межах 5-40 кВт (3-26%). Середній темп зниження потужності становив 3,36 кВт/сезон, або 0,022 кВт/год. до заміни ЦПГ, а після - 4,5 кВт/сезон, або 0,024 кВт/год.

8. Обґрунтована методика прогнозування наробітку парку комбайнів з різними термінами попередньої експлуатації, визначена потреба додаткових комбайнів для виконання збирання урожаю в агротехнічні строки, а також кількості робочих днів, на яку необхідно продовжити термін жнив з підвищеними біологічними втратами зерна у разі відсутності можливості поповнення парку комбайнів.

9. Використання пропонованої методики забезпечує в середніх умовах за рахунок зменшення біологічних втрат економії 31,2 грн. на одну тонну зібраного зерна.

Література

1. Демко С.А. Оптимізація строків експлуатації машин з врахуванням морального старіння //Науковий вісник НАУ.- 1997.- №9.- С.230-237.

2. Демко А.А., Демко С.А. До визначення строків експлуатації і прогнозування роботоздатності зернозбиральних комбайнів //Науковий вісник НАУ.- 1997.- №9.- С.238-244.

3. Демко А.А., Демко С.А. Дослідження фонду часу зміни при роботі зернозбиральних комбайнів через показники технічної і технологічної надійності //Науковий вісник НАУ.- 1997.- №9.- С.245-255.

4. Демко С.А. Ефективне використання зернозбиральних комбайнів //Техніка АПК.- 1998.- №4.- С.20-36.

5. Войтюк Д.Г., Демко А.А., Демко С.А. Результати експлуатаційно-технологічних випробувань зернозбиральних комбайнів //Збірник НАУ.- Т. V.- “Сучасні проблеми механізації сільського господарства”, 1999.- С.271-277.

6. Демко С.А. Реалізація продуктивності зернозбиральних комбайнів за допустимий агротехнічний строк жнив //Збірник НАУ.- 1999.- Т.VІ.- С.234-239.

7. Демко С.А. Оцінка технічного рівня сучасних зернозбиральних комбайнів через коефіцієнт готовності //Науковий вісник НАУ.- 2000.-№33.- С.114-121.

8. Войтюк Д.Г., Демко А.А., Демко С.А. Парк зернозбиральних комбайнів України на передодні жнив 2001 року //Техніка АПК.-2000.-№10.- С.9-10.

9. Демко С.А. Обґрунтування нормативних даних для інженерного менеджменту технічним сервісом на прикладі комбайнів ДОН-1500 //Техніка АПК.-2001.-№5-6.-С.20-21.

Размещено на Allbest.ru