Забезпечення надійності сільськогосподарських машин і технологічних комплексів

При обробці контрольних вибірок з використанням запропонованого методу, були отримані такі результати: для вибірки, що містить 80% відмов, шуканий розподіл практично повністю співпадає з очікуваним, а для вибірки з 20% відмов погрішність визначення параметрів не перевищує 24% (рис.1).

Оцінка надійності об'єкта при параметричному характері відмов передбачає прогнозування моменту виходу параметра на граничний рівень. Існує ряд методів, які дозволяють отримати такий прогноз. Найбільш точними з них вважають методи, засновані на побудові реалізацій деградаційного процесу що розглядається. Однак, це вимагає великої кількості вимірювань і тривалих випробувань.

Рис.1. Функція розподілу вибірки, що містить 20% відмов: 1 - дійсний розподіл (повна вибірка відмов); 2 _ по методу максимальної правдоподібності; 3 - по методу Джонсона; 4 - з урахуванням “суміші"; 5 - по методу, що пропонується в даній роботі.

Використання методу статистичного моделювання дозволило розробити методику побудови моделі деградаційного процесу, який описується рівнянням вигляду

.

Алгоритм запропонованого методу засновано на моделюванні пучків реалізацій, які проходять через експериментально отримані вибіркові точки з координатами T (напрацювання) і U (параметр стану). При цьому початкове значення параметра стану k являє собою випадкову величину, розподілену згідно із законом, який визначається експериментально для нових виробів (рис.3,а). Моделюючи необхідну кількість реалізацій, у яких k_j не перевищує U, і обчислюючи момент досягнення параметром стану граничного рівня U_пр, отримують множину значень напрацювання до відмов. Виконуючи таку операцію для всіх експериментальних даних (рис.3,б) і обробляючи значення напрацювань до відмов, визначають шуканий розподіл ресурсу, а по параметрах реалізацій оцінюють параметри статистичної моделі.

Використання запропонованого методу дало можливість розробити статистичну модель ресурсу ведучих мостів трактора Т-150К, в якій параметром стану є сумарний кутовий зазор на валу головної передачі. Розподіл значення параметра k моделі отримано внаслідок обстеження 50 ведучих мостів на конвеєрі заводу ХТЗ (розподіл Вейбулла з a_k=20,1; b_k=3,81). Показник ступеня , визначений по співвідношенню параметрів розподілів напрацювання і сумарного кутового зазору 17 мостів що знаходяться в експлуатації ( =1,124). Розподіл параметра m визначений по отриманих реалізаціях (розподіл Вейбулла з a_m=5,26; b_m=1,37).

Одержана модель була використана для розробки методики прогнозування залишкового ресурсу ведучих мостів трактора Т-150К при діагностуванні, заснованої на використанні залежності 90%-го ресурсу від співвідношення напрацювання і параметра стану:

,

де T_i і U_i - напрацювання ведучого моста і значення параметра стану на момент діагностування.

У четвертому розділі розроблено методику розрахунку потреби в запасних частинах, використання якої дозволяє забезпечити високий рівень експлуатаційної надійності машин, оцінити вплив діагностики на витрату запасних частин.

У ході виконання роботи був зібраний фактичний матеріал про 1519 відмов деталей і вузлів тракторів ЮМЗ_6 (172 найменування) і тракторів Т_150 (73 найменування). Для обробки вказаної інформації були використані методи, описані в розділі 3. Аналіз отриманих результатів показує, що середній ресурс 4060% найменувань деталей і вузлів машин що розглядалися, не перевищує нормативних термінів проведення капіталь-ного ремонту. Це пояснює велику кількість експлуатаційних відмов і, як наслідок, низькі показники надійності машин.

Аналіз процесу експлуатації машин дозволив розробити алгоритм імітаційного моделювання роботи деталі. Це дає можливість оцінити динаміку зміни потреби в запасних частинах в залежності від терміну служби машини (рис.4,б). Крім того, вказаний алгоритм дозволяє враховувати вплив на витрату запасних частин таких чинників як діагностування і проведення капітального ремонту. Достовірність моделі підтверджується даними про витрачання запасних частин ремонтними підприємствами при проведенні капітальних ремонтів.

Порівняльний аналіз існуючих і розрахункових (отриманих з використанням імітаційної моделі) норм витрат по 12 найбільш дефіцитних деталях трактора Т_150, показує, що розрахункові значення в 1,52,0 рази вище нормативних. Причиною цього може бути те, що існуючі нормативи визначають обсяг виробництва запасних частин з урахуванням відновлення на ремонтних підприємствах.

Як один з шляхів скорочення потреби в запасних частинах, запропоновано використання комплектів, що складаються із деталей з різним рівнем надійності. Розглядалися варіанти комплектів, до складу яких включено нові (ресурс 100%) і відновлені (ресурс 80%) деталі, а також запасні частини підвищеної надійності (ресурс 200%). Оцінка ефективності оптимального варіанту, який містить в собі 19% серійних, 58% відновлених і 23% деталей з підвищеним рівнем надійності, показує, що при скороченні кількості експлуатаційних відмов в середньому на 22%, витрати на виробництво і установку запасних частин можуть бути знижені на 24%.

За описаною методикою було виконано розрахунок річних норм витрати запасних частин для 172 найменувань деталей і вузлів трактора ЮМЗ_6. На їх основі отримані значення потреби в запасних частинах для парку тракторів України з урахуванням його "вікового" складу. Результати розрахунків передано на Південний машинобудівний завод.

Використання імітаційної моделі дозволило оцінити вплив термінів проведення капітального ремонту і планових діагностувань на витрату запасних частин. Аналіз отриманих результатів показує, що проведення капітального ремонту при напрацюванні машини 6000 мото_г. забезпечує максимальне використання ресурсу деталей при мінімальній їх витраті, а проведення діагностувань з періодичністю 1000 мото_г. дає можливість уникнути 95,24% експлуатаційних відмов (максимальна кількість випереджуючих замін).

У ході аналізу подетального і повузлового способів відновлення працездатності машин показано, що заміна деталі доцільна тільки в тих випадках, коли питома вартість деталі у вартості вузла не перевищує 50% (з урахуванням вартості витрат на заміну). У інших випадках відновлення працездатності машини доцільно проводити заміною вузла в цілому.

У п'ятому розділі виконано розрахунок складу посівного технологічного комплексу КСП "Березівка" Харківського району Харківської області.

Спочатку, склад і структура комплексу машин (табл.1), були визначені з використанням традиційних методик розрахунку. Однак, оцінка продуктивності елементів комплексу з урахуванням параметрів їх надійності, довела, що виконати поставлену задачу у встановлені терміни комплекс не зможе.

Аналіз умов взаємодії машин і використання різних методів забезпечення безвідмовності і надійності, що описані в розділі 2, дали можливість розробити ряд рекомендацій по вдосконаленню організаційної структури комплексу і підвищенню надійності його елементів (безвідмовна робота машин в ході виконання посівної компанії не може бути забезпечена). Зокрема, для групи машин підготовки і транспортування добрив, рекомендована структура.

Табл. 1. Склад і техніко-експлуатаційні характеристики машин і знарядь посівного технологічного комплексу

За рахунок зменшення навантаження на навантажувач, формування комплекту запасних частин для зерноочисної лінії і організації вивантажувального майданчика-накопичувача, час простоїв групи машин підготовки і транспортування насіння скорочено на 3,6 години при підвищенні загального коефіцієнта готовності з 0,87 до 0,98. Внаслідок поелементного використання резервних агрегатів, загальний час простоїв посівних ланок, пов'язаних з відмовами машин, скоротився на 18 год.

Таким чином, скорочення часу вимушеного простою машин в наслі-док їх відмов (на 1123%), дозволило підвищити загальний коефіцієнт готовності комплексу з 0,617 до 0,849 і за рахунок цього забезпечити виконання робіт у встановлені терміни.

У заключній частині сформульовано основні результати і висновки дисертаційної роботи. Зокрема зазначено, що впровадження заходів щодо забезпечення надійної роботи посівного технологічного комплексу КСП "Березівка", дало можливість підвищити коефіцієнт його готовності з 0,62 до 0,85. При цьому час простоїв ланок, пов'язаних з відмовами машин, скорочено на 11-23%, а час напрацювання до відмови комплексу в цілому зріс з 0,45 до 1,02 год., що дозволяє виконувати весь об'єм робіт у встановлені терміни.

В додатках у вигляді графіків приведений допоміжний матеріал, який може бути використаний при виконанні розрахунку необхідної кількості резервних елементів, що забезпечує задану надійність. Крім того, у вигляді таблиць, приведено дані про відмови 172 деталей і вузлів тракторів ЮМЗ-6, використані як вихідна інформація при виконанні даної роботи, результати розрахунку норм витрат запасних частин по цих деталях, а також акт про впровадження роботи.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. При складанні багатомашинних технологічних комплексів, необхідний перехід від оцінки окремих показників надійності машин до оцінки їх реальної продуктивності (з урахуванням чинника надійності). При цьому, імовірність безвідмовної роботи характеризує періодичність проведення відновлювальних робіт, а надійність - імовірність реалізації номінальної продуктивності з урахуванням витрат часу на відновлення працездатності машин. Запропоновано ряд залежностей для оцінки безвідмовності і надійності систем з псевдопаралельним з'єднанням елементів при наявності резервування.

2. В експлуатації вибірки напрацювання до відмов, як правило, є неповними, а цензурованими (до відмов доводиться тільки частина об'єктів). Використання запропонованої уточненої методики дозволило в 29 разів знизити погрішність оцінки параметрів розподілу ресурсів, отриманих при обробці вибірок з високою мірою цензурованості (менше за 50% відмов).

3. Для оцінки надійності по параметру стану, визначеному в окремих експериментально отриманих точках (що часто має місце), запропоновано методику моделювання найбільш вірогідних реалізацій по одній точці і початковому випадковому значенню, визначеному для нового виробу. Вона була використана при побудові статистичної моделі зміни в часі сумарного кутового зазора ведучих мостів трактора Т-150К, і послужила основою для розробки методики оцінки -відсоткового ресурсу вказаного вузла.

4. Для оцінки динаміки зміни потреби в запасних частинах протягом всього строку служби машини, розроблено алгоритм імітаційної моделі роботи деталі в експлуатації. Це дозволило оцінити потребу в запасних частинах по 12 найбільш дефіцитних деталях трактора Т-150 і 172 найменуванням деталей і вузлів трактора ЮМЗ-6. Достовірність моделі підтверджується даними про витрачання запасних частин ремонтним підприємством.

5. Застосування імітаційної моделі дозволило оцінити кількість замін і витрати на відновлення працездатності тракторів Т-150 при використанні запасних частин з різним рівнем надійності. Внаслідок аналізу отриманих даних встановлено, що найбільш ефективним слід вважати використання комплектів, які складаються з 19% серійних, 58% відновлених і 23% деталей з підвищеним рівнем надійності. Це дозволяє при скороченні кількості експлуатаційних відмов в середньому на 22% знизити витрати на 24%. Крім того, визначено вплив періодичності діагностувань на витрату запасних частин і кількість відмов в експлуатації. Рекомендовано проведення діагностувань з випереджаючою заміною через кожні 1000 мото_год., що дозволяє виключити в середньому 95,24% експлуатаційних відмов.

6. Впровадження заходів щодо забезпечення надійної роботи посівного технологічного комплексу КСП "Березівка", дало можливість підвищити коефіцієнт його готовності з 0,62 до 0,85. При цьому час простоїв ланок, пов'язаних з відмовами машин, скорочено на 11-23%, а час напрацювання до відмови комплексу в цілому зріс з 0,45 до 1,02 год., що дозволяє виконувати весь об'єм робіт у встановлені терміни.

СПИСОК РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ