Инженерная методика для обоснования ресурсосберегающего запаса деталей из утилизированных агрегатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЗАПАСА ДЕТАЛЕЙ ИЗ УТИЛИЗИРОВАННЫХ АГРЕГАТОВ

Чеботарев Михаил Иванович д.т.н., профессор

Шапиро Евгений Александрович к.т.н., доцент

Черноиванов Александр Геннадьевич

Краснодар

В настоящей статье рассматривается метод повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых путем создания ресурсосберегающего запаса деталей из утилизированных агрегатов. Рассмотрены теоретические предпосылки к расчету ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов. Рассмотрены четыре условия, при которых полиномиальный закон распределения c достаточной степенью точности сводится к другим математическим моделям. Для оценки рабочей гипотезы было проведено исследование накопленных частот коэффициента сменяемости Кс преобладающей номенклатуры расходуемых запасных частей (ЗПЧ) к зерноуборочным комбайнам 9880i SNS (John Deere), СR-9060 (New Holland) и РСМ-181 «Торум-740». Для проверки рабочей гипотезы также исследовались данные по отказам конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов Lexion 580, эксплуатируемых в хозяйствах Краснодарского края утилизированный ресурсосберегающий запас деталь

Ключевые слова: РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ЗАПАС, АГРЕГАТЫ, УТИЛИЗАЦИЯ, ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ, ЗЕРНОУБОРОЧНЫЕ КОМБАЙНЫ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Актуальность темы исследования. Повышение надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых имеет большое экономическое значение, поскольку затраты на техническую эксплуатацию средств механизации намного превышают их первоначальную стоимость, а решение проблемы надежности позволяет экономить значительные средства.

Эффективное использование зерноуборочных комбайнов всегда было одним из важнейших условий выполнения работ в оптимальные агротехнические сроки. Оснащение с.-х производства новыми высокопроизводительными тракторами, широкозахватными орудиями, уборочными машинами повышенной пропускной способности, расширение сети стационарных пунктов первичной переработки продукции - все это требует новых организационных форм ведения механизированных работ в целях обеспечения эффективного использования машин и получения высоких урожаев.

Одна из таких форм, учитывающая коллективный характер труда, сложность эксплуатации современной техники и особенности технологических процессов, _ организация технологических линий и комплексов.

Вместе с тем, применяемые в настоящее время методы повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов, не учитывают в достаточной мере предусматриваемого теорией надежности принципа резервирования составных частей машин путем создания ресурсосберегающего запаса деталей из утилизированных агрегатов.

В настоящей статье рассматривается метод повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых путем создания ресурсосберегающего запаса деталей из утилизированных агрегатов.

Весомый вклад в разработку проблемы повышения надежности и эффективности использования средств механизации сельского хозяйства внесли: А.И. Бурьянов, А.Т. Лебедев, П.П. Лезин, Э.И. Липкович, В.П. Лялякин, Г.Г. Маслов, В.М. Михлин, В.Н. Плешаков, В.Б. Рыков, А.Т. Табашников, Е.И. Трубилин, М.И. Тишкин, Ю.А. Царев, М.И. Чеботарев, С.С. Черепанов, Е.А. Шапиро и многие др. ученые [1.3,5,7,8,12].

В качестве одного из направлений повышения надежности и эффективности функционирования производственных процессов, использования агрегатов, звеньев, технологических комплексов и поточных линий ученные рассматривают обоснование ресурсосберегающего запаса деталей и узлов.

Однако, применяемые в настоящее время методы повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов, не учитывают в достаточной мере принципа ресурсосбережения при создании ресурсосберегающего запаса деталей и узлов в хозяйствах для использования их в условиях технологических линий. На основании вышеизложенного были сформулированы цель, задачи и гипотеза исследования.

Цель работы - повышение надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых в хозяйствах АПК Краснодарского края путем создания ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов.

Объект исследования - процесс функционирования технологических комплексов уборки зерновых в условиях АПК Краснодарского края.

Предмет исследования - методы повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых путем создания ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов в хозяйствах АПК Краснодарского края, для использования их при отказах комбайнов в рядовых условиях эксплуатации.

Рабочая гипотеза исследования _ теоретический анализ предмета исследования позволил сделать предположение о том, что в основу общей математической модели формирования ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов в хозяйствах, для повышения эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых, может быть положен полиномиальный закон распределения. При этом делается допущение, что в математической модели полиномиального закона распределения, вероятностью наступления двух и более кратных отказов деталей и узлов зерноуборочных комбайнов можно пренебречь.

Задачи исследования:

1. Разработать предусматриваемые теорией надежности математические модели расчета ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов в хозяйствах, для использования их при отказах комбайнов в рядовых условиях эксплуатации.

2. Выполнить экспериментальную проверку выдвинутой гипотезы: на основе анализа установить допустимость применения полиномиального закона распределения для описания процесса формирования ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов, для использования их при отказах комбайнов в полевых условиях;

Для проверки гипотезы исследования была разработана исходная математическая модель оценки и обоснования ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов.

В этой модели реализован инновационный метод повышения надежности и эффективности функционирования технологических комплексов уборки зерновых, основанный на применении полиномиального закона распределения:

(1)

где n - количество зерноуборочных комбайнов в технологическом звене;

m₀, m₁, m₂, …,m_k (_ соответственно количество безотказных исходов; количество конструктивных элементов, отказавших один раз, дважды, …, k- раз с вероятностями P₀, P₁, P₂,…, P_k за период t, под которым можно понимать сезон эксплуатации комбайнов, интервал между смежными поставками деталей и узлов из утилизированных агрегатов и т.д.

Вероятность (1) вычисляется непосредственно (при малых n_r) или путем логарифмирования. Если n_r велико, а Р_j(j=0,1,…r) имеют порядок 1/n_r для вычисления вероятности (1) можно использовать распределение Пуассона:

(2)

где _ многомерное распределение Пуассона, для которого значение функции Y(m;n_rP_j) табулировано.

Поскольку вероятностью наступления двух и более кратных отказов конструктивных элементов комбайнов можно пренебречь, т.е. для j=0,1 выражение (9) можно заменить биномиальным распределением

(3)

где _ число сочетаний из m_i элементов по n_r.

Рассмотрены теоретические предпосылки к расчету ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов.

Рассмотрены четыре условия, при которых полиномиальный закон распределения c достаточной степенью точности сводится к другим математическим моделям.

Условие 1. При nr>? и k_с> 0 так, что nrk_с остается постоянной, биномиальное распределение сходится к распределению Пуассона с параметром л=nrk_c. Приближение по данным теории вероятностей вполне приемлемо для случая nr>0,10.k_с< 0,10.

Поэтому при расчетах ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов предлагается использовать следующие математические модели

 (4)

(5)

где r - число конструктивных элементов одного наименования в конструкции комбайна; k_c - коэффициент сменяемости конструктивных элементов.

Условие 2. При nr>? биномиальное распределение сходится к нормальному распределению с параметрами =nrk_c и ?² =nrk_c(1 _k_c)

При nrk_c(1-k_c) > 9 и можно использовать приближенные зависимости

(6)

где (t) - дифференциальная функция (функция плотности вероятности) стандартного нормального распределения наработки t, которая определяется из выражения

(7)

При этом функция вероятности F_m(t) определяется соотношением:

(8)

где Ф₀ (t) - интегральная функция стандартного нормального распределения наработки t.

Условие 3. В случаях отсутствия отказов при подконтрольной эксплуатации зерноуборочных комбайнов (m=0) вероятность наступления хотя бы одного отказа конструктивного элемента комбайна при nr испытаниях равна

(9)

Выражение (9) вычисляется непосредственно, при этом для расчета ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов можно использовать бином Ньютона, разложение которого имеет вид

(10)

где a,b - переменные; N - неотрицательное число.

С учетом выражений (9) и (10), получим:

(11)

В этом выражении коэффициент сменяемости k_c довольно мал. С учетом этого выражение для вероятности Р_m=1(t) принимает вид

(12)

Условие 4. В инженерных расчетах для определения ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов можно использовать также рекуррентную формулу биномиального распределения

(13)

где f (x+1; nr,k_c) - рекуррентная формула биномиального распределения.

Для оценки гипотезы исследования было проведено исследование накопленных частот коэффициента сменяемости К_с преобладающей номенклатуры расходуемых запасных частей (ЗПЧ) к зерноуборочным комбайнам 9880i SNS (John Deere), Lexin-580 (Claas), СR-9060 (New Holland) и РСМ-181 «Торум-740». В результате исследования было установлено, что преобладающая номенклатура ЗПЧ для этих комбайнов (более 90%) имеет значение К_с < 0,5 (рисунок 1). Это удовлетворяет первому условию гипотезы исследования.

Рисунок 1 Накопленные частоты коэффициента сменяемости К_с

Конечно, в отдельных случаях коэффициенты сменяемости конструктивных элементов для зерноуборочных комбайнов за сезон эксплуатации могут быть и больше единицы, а отдельные элементы за сезон эксплуатации вообще могут не отказывать, но в нашем случае речь идет о расходуемых запасных частях, что и указывает рисунок 1.

Поэтому для деталей, технический ресурс которых распределен по нормальному и экспоненциальному законам распределения (коэффициент вариации соответственно равен н = 0,3 и н =1,0) с помощью методики [1] были рассчитаны (таблица 1) и построены зависимости вероятности (рисунок 2).

Таблица 1

Вероятности безотказных исходов, наступления одно, двух, трех кратных отказов (замен) деталей при значении коэффициента вариации их ресурса н=0,3

Анализ этих зависимостей позволил обосновать основную и первую дополнительную гипотезу, поскольку в расчетах вероятностью наступления 2-х и более кратных отказов можно пренебречь.

Изучение литературных источников [1,3,5,7,8,10,12] позволило установить, что около 60% сменяемых конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов имеет значение коэффициента вариации их ресурса н?0,3.

Рисунок 2 Графики зависимости

В таблице 2 приведены результаты расчета, а на рисунке 3 представлены графики вероятностей наступления j=0,1,2,…,4 кратных отказов (замен) конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов отечественного и зарубежного производства в течение сезона эксплуатации.

Эти графики были рассчитаны при значении коэффициента сменяемости К_с =0,5 для случая распределения технического ресурса конструктивного элемента по нормальному закону (н=0,3). Здесь также же представлены графики накопленных вероятностей: вероятности того, что кратность замен элементов в течение сезона эксплуатации будет не более некоторого числа

К = 0,1,…4:

, (14)

а также вероятности того, что кратность замен конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов в течение сезона их эксплуатации буде больше заданного числа К=0,1,…,4:

. (15)

Аналогичные зависимости для вероятностей Р_m (K_c =0,5), и рассчитаны и при н=1,0 (таблица 2).

Из рисунка 1 следует, что для конструктивных элементов со значением К_с ? 0,5 шт/комбайн •сезон эксплуатации вероятность наступления в течение сезона эксплуатации уже при двух и более кратных отказах (заменах) ничтожно мала.

Таблица 2

Вероятности наступления отказов конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов при значении коэффициента вариации их ресурса н= 0,3 и 1,0, и коэффициенте сменяемости К_с =0,5

Представленные на рисунке 3 аналитические зависимости вероятностей наступления j=0,1,2,…,4 кратных отказов конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов в течение сезона эксплуатации также подтверждают правомерность основной и первой дополнительной гипотезы. Из рисунка можно видеть, что уже при К=2 вероятность Р ничтожно мала.

Кратность отказов

Рисунок 3 Вероятности наступления j = 0,1,2,…,4 кратных отказов

Для проверки ранее сформулированной гипотезы исследовались также данные по отказам конструктивных элементов зерноуборочных комбайнов Lexion 580, эксплуатируемых в хозяйствах Краснодарского края.

Оценка соответствия экспериментальных данных теоретическому закону на примере отказов пальца противорежущего двойного (чертежный номер 626 295.1R, страна производитель Италия), приведена в таблице 3.

Таблица 3

Оценка соответствия экспериментальных данных на примере отказа пальца двойного (поз. 626.295.1R) теоретическому закону

Анализ этих данных показал, что биномиальный закон распределения сводится к закону Пуассона.

Заключение

1. В качестве вероятностной модели для описания процесса формирования ресурсосберегающего запаса деталей и узлов из утилизированных агрегатов в хозяйствах, для использования их при отказах зерноуборочных комбайнов, работающих в составе технологических комплексов, можно использовать полиномиальный закон распределения. Теоретически обоснованные показатели процесса формирования ресурсосберегающего запаса подтверждены экспериментальными данными.

2. Исследование накопленных частот коэффициента сменяемости основных деталей и узлов 14 зерноуборочных комбайнов в течение сезона эксплуатации подтверждает теоретические выводы о том, что вероятностью наступления двух и более кратных отказов зерноуборочных комбайнов можно пренебречь.

3. Достаточным вероятностным математическим описанием полиномиального закона распределения является биномиальный закон распределения и закон распределения Пуассона.

Для доказательства этого была рассмотрена рабочая гипотеза, _ исследовались данные по отказам конструктивных элементов 14 зерноуборочных комбайнов John Deere 9880i SNS, Lexin-580, New Holland СR-9060 и Торум-740, эксплуатируемых в хозяйствах Краснодарского края.

Анализ этих данных показал, что биномиальный закон распределения с достаточной степенью точности сводится к закону распределения Пуассона. Оценка экспериментальных данных по критерию согласия Пирсона ч² с вероятностью 0,90 позволила подтвердить выдвинутую гипотезу.

Список литературы

1. Черноиванов А.Г. Качество ремонта и надежность машин, используемых в сельском хозяйстве: /А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро // Учебное пособие/КубГАУ. Краснодар, 2010. 50 с.

2. Черноиванов А.Г. Методические рекомендации по расчету объемов работ и затрат средств на ремонт новой сельскохозяйственной техники (в условиях Краснодарского края) / А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро // Кубан. гос. аграр. ун-т. Краснодар. 2010. 48 с.

3. Черноиванов А.Г. Проблема комплектации агроинженерных технических систем и комплексов запасными частями / А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро, А.Е. Шапиро // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. №9. 2011. С. 33-37.

4. Черноиванов А.Г. Особенности проведения утилизации сельскохозяйственной техники в агрохозяйствах АПК Краснодарского края/ А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро, А.Е. Шапиро // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт, 2012. №5. С. 31-34.

5. Черноиванов А.Г. Износ, списание и утилизация с. х техники: опыт комплексного исследования / А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро// Политематический сетевой электронный научный журнал кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс] // - Краснодар: КубГАУ, 2013. № 86(02). С. 230-252. IDA[articleID]: 1071503079. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/17.pdf.

6. Черноиванов А.Г. Анализ организации и технологии утилизации с. х техники и пути повышения ее эффективности /А.Г.Черноиванов, Е.А. Шапиро// Политематический сетевой электронный научный журнал кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс] // Краснодар: КубГАУ, 2013. № 86(02). С. 392-415.-IDA[articleID]: 1071503079. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/17.pdf.

7. Тарасенко Б.Ф. Физические основы инновационной технологии обработки машин и механизмов ремонтно-восстановительными составами (РВС) / Б.Ф. Тарасенко, Е.А. Шапиро // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс] // Краснодар: КубГАУ, 2013. № 86(02). С 1-24. IDA[articleID]: 1071503079. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/17.pdf.

8. Чеботарев М.И. Сравнительный анализ концепций технического сервиса в сельском хозяйстве / М.И. Чеботарев, Е.А. Шапиро // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2015. №52. С. 250-255.

9. Чеботарев М.И. Классификация методов технического обслуживания и ремонта автомобилей / М.И. Чеботарев, Е.А. Шапиро, А.Г. Черноиванов // Актуальные направления научных исследований ХХI века: теория и практика. 2015. Т.3. №4-1(15-1). С. 228-232.

10. Черноиванов А.Г. Качество ремонта и надежность автомобилей, используемых в лесном хозяйстве /А.Г. Черноиванов, Е.А. Шапиро // Учебное пособие / КубГАУ. Краснодар, 2015. 50 с.

11. Шапиро Е.А. Оценка надежности капитально отремонтированных автомобилей: Учебное пособие /КубГАУ. Краснодар, 2015. 43 с.

12. Рекомендации по организации технологических комплексов уборки зерновых в хозяйствах АПК Краснодарского края / Учебное пособие/ А.Г. Черноиванов, М.И. Чеботарев, Н.А. Черный, А.Е. Шапиро, Н.А. Погорелый, Е.А. Шапиро. Краснодар, КубГАУ, 2016. 52 с.

Размещено на Allbest.ru