Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ результатов исследований по обоснованию безотказности отечественных зерноуборочных комбайнов
1.1 Особенности эксплуатации и условия работы зерноуборочных комбайнов в Сибири
1.2 Классификация эксплуатационных отказов зерноуборочных комбайнов 18
1.3 Анализ научных исследований по обоснованию безотказности зерноуборочных комбайнов 21
1.4 Постановка цели и задач исследования 32
2 Разработка экономико-математической модели оценки эффективно сти отечественных зерноуборочных комбайнов в зависимости от их безотказности в условиях эксплуатации 34
2.1 Методические предпосылки разработки экономико-математической модели оценки эффективности зерноуборочных комбайнов 34
2.2 Выбор критерия обоснования эффективности зерноуборочных комбайнов 38
2.3 Экономико-математическая модель оценки эффективности зерно-уборочных комбайнов в зависимости от их безотказности в условиях эксплуатации
2.4 Оценка влияния выбора зерноуборочных комбайнов на эффективность работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия 53
3 Методика экспериментальных исследований по обоснованию безот казности зерноуборочных комбайнов в условиях эксплуатации 62
3.1 Программа экспериментальных исследований и этапы её выполнения
3.2 Выбор места проведения экспериментальных исследований и его характеристика 63
3.3 Определение количества объектов наблюдений 65
3.4 Методика сбора информации об отказах зерноуборочных комбайнов и времени простоев по техническим причинам 68
3.5 Приборы и оборудование для проведения экспериментальных исследований 70
3.6 Методика обработки экспериментальных данных 72
3.7 Методика определения погрешности экономико-математической модели оценки эффективности зерноуборочных комбайнов 81
4 Результаты экспериментальных исследований по оценке зерноуборочных комбайнов с учетом их безотказности 84
4.1 Распределение и характеристика отказов зерноуборочных комбайнов 84
4.2 Результаты оценки эффективности зерноуборочных комбайнов в зависимости от их безотказности в условиях эксплуатации 90
4.3 Влияние выбора зерноуборочных комбайнов на показатель работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия 92
4.4 Погрешность экономико-математической модели оценки эффективности зерноуборочных комбайнов
5 Экономическая эффективность от внедрения рекомендаций по оценке эффективности зерноуборочных комбайнов 99
Общие выводы и предложения 101
Список используемых источников
- Классификация эксплуатационных отказов зерноуборочных комбайнов
- Выбор критерия обоснования эффективности зерноуборочных комбайнов
- Выбор места проведения экспериментальных исследований и его характеристика
- Влияние выбора зерноуборочных комбайнов на показатель работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия
Классификация эксплуатационных отказов зерноуборочных комбайнов
Зерноуборочные комбайны могут находиться в работоспособном и неработоспособном состояниях.
Под работоспособным состоянием в соответствии с ГОСТ 27.002 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.» [15] понимают такое состояние агрегата, при котором в данный момент времени он способен выполнить заданные функции в соответствии с требованиями, установленными нормативно-технической документацией.
Неработоспособное состояние агрегата - это состояние отказа, когда хотя бы один параметр, определяющий способность агрегата выполнять заданные функции, не соответствует этим требованиям. Таким образом, отказ зерноуборочного комбайна - это событие, заключающееся в нарушении его работоспособности или выходе одного или нескольких параметров (показателей) за допустимые агротехническими требованиями значения.
Исходя из понятия отказа, все элементы зерноуборочного комбайна можно разделить на ремонтируемые (восстанавливаемые) и перемонтируемые (невосстанавливаемые). К невосстанавливаемым элементам относят такие, которые при эксплуатации машин могут заменяться при отказе, это, например, ремни, подшипники качения, электролампы и другие элементы. Восстанавливаемые изделия могут иметь в процессе эксплуатации более одного отказа. После каждого из них изделия ремонтируют (восстанавливают) и снова включают в работу.
При исследованиях безотказности зерноуборочного комбайна следует различать отказы, вызванные нарушением технологического процесса (ухудшение качества работы), и отказы, возникающие вследствие несовершенства конструкции машин или из-за нарушений правил изготовления (поломки, деформация деталей, узлов и механизмов).
Если отказы, вызывающие простои зерноуборочных комбайнов происходят вследствие заклинивания рабочих органов и механизмов или забивания их растительной массой, наматывания обрабатываемого материала на рабочие органы и другие детали, холостых проработок с целью предупреждения забивания, остановок для регулирования рабочих органов, отсутствия транспортных средств для разгрузки бункеров с зерном, снижения качества работы комбайнов в результате нарушения регулировок рабочих органов, их затупления, залипання обрабатываемым продуктом или почвой, то их следует рассматривать как технологи ческие.
Нашими исследованиями и исследованиями ряда авторов [16, 17] установлено, что при эксплуатации зерноуборочных комбайнов преобладают внезапные отказы, вызванные, как правило, нарушениями технологического процесса и правил их эксплуатации. Эти отказы возникают в случайные моменты времени. Постепенные отказы при работе агрегатов проявляются при увеличении нагрузки больше, чем расчетные или при ухудшении условий эксплуатации. Разница состоит в том, что некоторые постепенные отказы можно прогнозировать, в то время как внезапные отказы прогнозу, не поддаются.
По сложности отказы классифицируют на три группы [16, 19]. К первой группе относят простые отказы, устранить последствия которых могут комбайнеры на рабочем месте (в полевых условиях). Они устраняются ремонтом или заменой деталей, расположенных снаружи узлов и агрегатов, без разборки последних или требуют внеочередного проведения операций технического обслуживания №1 и №2.
Отказы второй группы требуют для своего устранения специальных технических средств и применения контрольно-измерительной аппаратуры. Они обычно устраняются в полевых условиях персоналом передвижных ремонтных мастерских при участии комбайнёра.
Отказы третьей группы связаны с поломками базисных деталей и узлов машины, восстановление которых невозможно без разборки и замены деталей или отдельных конструктивных и технологических узлов. Устранение последствий отказов этой группы проводится в ремонтных мастерских хозяйства или в специализированных мастерских.
Однако в этой классификации не отражены такие важные факты, как затраты на устранение последствий отказа, продолжительность простоя машины в связи с его устранением, технические возможности выполнения ремонта в условиях хозяйства и другие.
В работе [20] предложена другая более совершенная классификация. Предложенная классификация проста и удобна в использовании. По ней так же все отказы разделены на 3 группы сложности с позиции значимости отказов. Она приведена в табл. 3. При использовании предлагаемой классификации наиболее высокая группа значимости отказа будет приниматься по факту, имеющему наихудшие показатели.
Выбор критерия обоснования эффективности зерноуборочных комбайнов
Существующие зерноуборочные комбайны, несмотря на их постоянное совершенствование, нуждаются в поддержании работоспособности в течение всего периода функционирования. Это достигается выполнением большого объема ремонтно-обслуживающих воздействий, который с ростом технической вооруженности, усложнением технических средств и применением автоматических устройств существенно возрастает. Повышается и значимость любого отказа комбайна, что в условиях комплексного использования техники ведет к простою сопряженных с нею машин, нарушению технологических процессов, потерям или ухудшению качества продукции.
В последние годы материально-техническое обеспечение и обслуживание сельского хозяйства встретилось с принципиальными трудностями: с увеличе ниєм мощности двигателей возросли затраты энергии на единицу работы и сельскохозяйственной продукции.
Ошибочные представления относительно существующей материально-технической базы сельского хозяйства мешают его стабильному развитию. Если и дальше будут создаваться мощные, а также и покупаться зарубежные не обоснованные машины, то перспектива разорительного ведения сельского и народного хозяйства в целом будет становиться все реальнее.
В полной мере это относится к зерноуборочным комбайнам (ЗК).
Поставкой их в Россию занимается 8 фирм, которые поставляют зерноуборочные комбайны 96 модификаций [91]. Кроме того, разными заводами производятся отечественные комбайны различных модификаций разной производительности, что также увеличивает их номенклатуру.
Это затрудняет их эксплуатацию и слабо способствует решению продовольственной проблемы, а отсутствие единой технической политики создаст в стране голод. Уже сейчас импорт продовольствия в стране превысил 50%, а в крупных городах - 70%, что значительно превышает порог продовольственной безопасности. Поэтому развитие механизации должно базироваться на двух равноважных опорах - росте продукции в АПК и снижении её себестоимости. Формирование парка комбайнов хозяйство должно проводить с учётом своих особенностей и требований сегодняшнего дня.
Однако критерии оценки выбора машин, определяющие эффективность функционирования парка, как системы, отсутствуют; их можно отнести к разряду условий, пригодных лишь для ориентировочной качественной оценки. Вместе с тем известно, что успешное решение задач прогнозирования развития технических систем зависит, прежде всего, от научной обоснованности метода решения.
Ниже приводится подход к выбору зерноуборочных комбайнов при комплектовании комбайнового парка хозяйства как отечественными, так и зарубежными машинами. Задача решается в два этапа: - проводится оценка эффективности отдельных ЗК (по маркам) с учётом показателей их надёжности; - оценивается эффективность комбайнового парка хозяйства при его комплектовании комбайнами различных моделей.
Для решения первой задачи - оценки эффективности отдельного ЗК по экономико-математической модели в качестве критерия оценки его эффективности, как было указано ранее, принимаем суммарные удельные затраты на уборку зерновых, которые можно представить в виде: где Цк - цена комбайна, установленная заводом-изготовителем, р.; Ядс - налог на добавленную стоимость, %; Янац - снабженческо-сбытовая наценка, %; Зтр - затраты предприятия на доставку техники, р.
Сумму каждого вида налога определяют в соответствии с действующими нормативными актами. Величину налога (Яу) на единицу работ определяют, исходя из среднегодовой выработки комбайна и средней величины налогов. где: (0,3-0,8) - коэффициент, учитывающий заработную плату вспомогательным рабочим, наладчикам, слесарям, инженеру по ТБ и пр.; транспортные расходы на снабженческо-сбытовые износы; расходы на электроэнергию в производственных помещениях, коммунальные затраты и т.д. (0,12-0,6) - коэффициент, учитывающий заработную плату руководителей, работников управления, амортизационные отчисления зданий администрации и оборудования в них, затраты электроэнергии и коммунальных услуг в административном корпусе; расходы на легковой автотранспорт для руководителей, канцелярские товары, командировочные, представительские расходы и т.д.
Общие потери урожая складываются из потерь урожая непосредственно комбайном из-за его технического несовершенства, из биологических потерь урожая, зависящих от сорта и сроков уборки, и потерь урожая по техническим причинам, из-за простоев комбайнов в связи с возникновением отказов.
При проведении государственных испытаний новых комбайнов устанавливаются нормативные потери в пределах 2,5-3% (принимаем 2,75%). Они включают потери за жаткой, вследствие негерметичности, от недомолота и наличия свободного зерна в соломе при очистке. Стоимость этих потерь (Ск) для разных марок отечественных комбайнов представим в виде выражения:
В работе [86] стоимостные потери недобора урожая из-за отклонения выполнения работы от агротехнического срока по техническим причинам определены по формуле СПР=КП.УОПТ.Ц.Б, (40) где Ки - коэффициент учета потерь продукции в (долях) при растягивании срока выполнения работы от оптимального момента на единицу времени; D - отклонение выполнения работы от оптимального агротехнического срока по техническим причинам, дни; Уопт - значение урожайности, соответствующее выполнению работ в агротехнические сроки, ц/га.
Рассмотрим процесс работы машины в виде СМО (системы массового обслуживания), где в качестве аппарата рассматривается машина, от которой поступает поток отказов, вызывающих вынужденные простои [94].
Тогда, поскольку продолжительность простоев по техническим причинам (Тпр) - величина случайная, среднее время простоя комбайна из-за отказов можно представить в виде: Для определения величины X и /л необходимо знать наработку на отказ, среднее время восстановления и факторы, на них влияющие.
В общем случае время восстановления является величиной случайной и зависит от сложности отказавшего узла, агрегата, детали, наличия запасных частей, инструмента, организации процесса восстановления и т.д. Его можно определить на основании статистического материала по формуле:
Выбор места проведения экспериментальных исследований и его характеристика
От уровня эксплуатационной надежности отдельных комбайнов в целом зависит эксплуатационная надёжность всего комбайнового парка, что непосредственно влияет на сроки уборки урожая. Пока этот уровень у отечественных комбайнов, к сожалению, недостаточно высок, по сравнению с импортной техникой, что говорит об актуальности этой проблемы и о необходимости постоянного внимания к ней.
При этом возможны следующие ситуации [61]: 1 Чаще всего простои из-за технических ненадежной техники приводят к затягиванию сроков выполнения технологических процессов, в частности, уборки, что является причиной увеличения потерь урожая. 2 При использовании недостаточно надёжной техники потребители вынуждены содержать более многочисленный парк машин, чтобы компенсировать снижение темпов работ (из-за отказов по техническим причинам. 3 Если у потребителя нет достаточного количества машин, то их можно временно привлечь со стороны (из соседнего хозяйства, на основе аренды, проката и других форм временного использования техники).
Однако для потребителя предпочтителен вариант, когда парк комбайнов хозяйства укомплектован рациональным способом, и он может решать вопросы своими силами. Поэтому при приобретении новых комбайнов встает задача выбора наиболее эффективного комбайна (комбайнов) и влияния его на показатели работы парка в целом. Для хозяйства такими показателями, в первую очередь, являются период уборки и коэффициент готовности, непосредственно на него влияющий. С учётом агротехнических сроков выполнения любого технологического процесса, коэффициентов технического использования и исполь зования календарного времени потребное количество машин (X) согласно [86] может быть определено по формуле:
Обозначим Гпр и, проведя некоторые преобразования, получим Тщ - время простоев машин по техническим причинам, как
По выражению можно определить допустимое значение простоев машины по техническим причинам, характеризующее надёжность машины, занятой на выполнении конкретного технологического процесса. Эта величина должна определяться по наиболее напряжённому периоду технологического процесса и закладываться в машину при её конструировании. С учётом эксплуатации она включает в себя как время на проведение плановых мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту, так и на устранение последствий внезапных отказов.
В случае увеличения Тщ, что будет соответствовать отклонению выполнения работ от агротехнических сроков, будут увеличиваться и стоимостные потери от недобора урожая, которые могут быть выражены зависимостью П = Кп-1/тах-Сп-Д / g\ где П - стоимостные потери от недобора урожая; Ки - коэффициент учёта потерь сбора продукции (в долях) при отклонении срока выполнения работы от оптимального момента на единицу времени; Umax - значение урожайности, соответствующее выполнению работ в агротехнические сроки, ц/га; Сп - закупочно-сдаточная цена продукции, р/ц; Д- отклонение выполнения работы от агротехнического срока, дни. С учётом формулы (58) можно производить взаиморасчёт между партнёрами агропрома, участвующими непосредственно в выполнении технологического процесса в производстве продукции.
Для выполнения технологического процесса в агротехнические сроки необходимо, чтобы время простоев (Гпр), определённое по формуле (57), не превышало фактического значения простоев машины (комплекса).
С учётом этого целесообразно формировать в хозяйствах, технических центрах службу технического сервиса. Приведём пример определения требований к уровню надёжности комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия (пример условный).
Определим допустимое время простоев зерноуборочных комбайнов во время уборки в районе зерновых с площади 100 000 га. В районе 350 зерноуборочных комбайнов. Агротехнические сроки уборки - 14 дней. Продолжительность смены - 18 часов. Коэффициент использования календарного времени по метеорологическим условиям - 0,90. Средняя часовая производительность комбайна - 2 га/ч. Допустимое значение времени простоев, определенное по формуле (57) составит:
Таким образом, чтобы урожай в районе был убран в агротехнические сроки, необходимо чтобы время простоев каждого комбайна в период уборки не превышал 8,2 ч.
Исходя из этого, необходимо наладить технический сервис зерноуборочных комбайнов с учётом использования сервисных служб хозяйства и района.
Величина потерь урожая Сп зависит от многих факторов (климатических, агротехнических и др.), но с точки зрения надёжности машин в конкретных условиях изменяется пропорционально продолжительности простоев машин, т.е. Её оценка находит отражение во многих исследованиях и публикациях (например, 95-97). Величину дополнительных потерь урожая из-за увеличения продолжительности технологических процессов можно получить на основе расчётов [98].
Для примера, рассмотрим простейший случай, когда весь объем работы (F) одновременно готов к выполнению, а коэффициент относительных потерь (KUR) урожая (U) не зависит от времени (Тщ). Тогда величина потерь урожая (АЯУ) будет равна ЛЯ„
Используем комплексный показатель надёжности - коэффициент готовности (Кт), который связывает уровень надёжности с величиной простоев и продолжительностью восстановления работоспособности машины. При этом надо условиться, что время безотказной работы машины включает и простои, не связанные с её надёжностью. Тогда
Формула (60) показывает принципиальную зависимость потерь урожая от уровня её надёжности. Более точный учёт этой зависимости связан с изменением фактической величины (KT$) в отличие от начального (нормативного - Ктя) значения. То есть учитываются не все простои машин, а только та их часть, которая обусловлена снижением уровня надёжности от величины Ктя до Кт. Эта величина АГпр будет равна
Влияние выбора зерноуборочных комбайнов на показатель работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия
В среде электронной таблицы для удобства оперирования изменяемыми величинами по каждой компоненте формулы заводится специальная таблица, называемая в среде «лист».
Зная эти величины, можно найти суммарные удельные затраты по каждому ЗК, входящему в состав комбайнового парка определенного хозяйства. Все выше приведённые величины представлены в соответствующих блоках - листах, таких как: - «Оц. эфф.», «Удел, зат.», «Затр. ТОР», «Ст. пот. тех.», и другие. Лист «Оц. эфф.» включает марку комбайна, удельные затраты ЗК, средне-сезонную наработку на комбайн, что позволяет провести оценку эффективности каждого комбайна, а затем путем их сравнения можно определить марки наиболее эффективных комбайнов.
Лист «Удел, зат.», включает расчёт удельных затрат ЗК определенной марки для отдельно взятого хозяйства. Подставив значения составляющих затрат в формулу и используя значения показателей, приведенных в блоках «Хозяйство» и «Константы», определяем удельные затраты ЗК на уборку 1 га.
Лист «Затр. ТОР» содержит балансовую стоимость ЗК, норматив затрат на ТО, норматив затрат на хранение ЗК, среднегодовую выработку. Подставив значения выше перечисленных составляющих в формулу, определяем затраты на техническое обслуживание и хранение данного комбайна.
Лист «Ст. пот. тех.» включает коэффициент учёта потерь продукции при растягивании срока выполнения работ, фактическую урожайность для соответствующего периода, закупочную цену продукции, продолжительность простоев комбайна по техническим причинам. Используя данные компоненты, с помощью формулы определяем стоимость потерь урожая по техническим причинам и другие величины, входящие в формулу для определения удельных суммарных затрат. Исходная информация для определения суммарных удельных затрат на примере ЗК «Акрос 540» приведена в прил. В.
Оценка погрешности модели для определения эффективности зерноуборочных комбайнов сводилась к сравнению значений суммарных удельных затрат как критерия, полученных по экономико-математической модели с экспериментальными данными. Следует учитывать, что в критерий, полученный по модели, входят простои по техническим причинам, которые не учитываются в практической деятельности, так как учитываются только материальные потери. Поэтому для сопоставимости полученных результатов из значений критерия, полученных по модели, будем исключать простои по техническим причинам и затем сравнивать полученные выборки.
Перед тем, как сравнить значения удельных суммарных затрат двух выборок, полученных по модели и экспериментально, установим, не имеется ли существенного расхождения между совокупностями, представленными этими выборками [107]. С этой целью рассчитаем стандартную ошибку расхождения двух выборок по формуле:
Если разница между средними окажется больше по абсолютной величине, чем возможная предельная ошибка, то делается вывод о существенности разности средних. Если Єфак Єр, то делается вывод, что разница между средними лежит в границах возможных случайных колебаний, то есть несущественна. После установления существенности расхождения между совокупностями, представленными выборками, определяем погрешность экономико-математической модели оценки эффективности зерноуборочных комбайнов согласно [108] по формуле:
В результате проведённых экспериментальных исследований были получены данные по отказам зерноуборочных комбайнов, находящихся под наблюдением в период уборки. Информация об отказах зерноуборочных комбайнов приведена в прил. 2.
На основании полученных данных об отказах по формулам 47-49, приведённым в разделе 2, рассчитана средняя наработка на отказ комбайнов и их составных частей, время простоев по техническим причинам.
В таблицах 11-12 представлены данные по наблюдаемым зерноуборочным комбайнам (по их составным частям и комбайнам в целом), полученные в ходе эксперимента, которые использованы для реализации экономико-математической модели.
На рис. 6-12 приведено распределение отказов в % по составным частям отечественных и импортных комбайнов Енисей- 1200НМ, Дон-1500Б, РСМ-101 Вектор, Акрос-540, Полесье КЗС-1218, КЗС-7, КЗС-812, CLAAS МЕГА-370, TUCANO-450, LEXION-570 и JOHN DEERE-9660.
К основным составным частям зерноуборочных комбайнов относятся: жатка, наклонная камера, молотилка, измельчитель, двигатель, трансмиссия и ходовая часть, гидросистема, электрогидропривод, электрооборудование. Таблица 11 Количество отказов наблюдаемых зерноуборочных комбайнов
Гидросистема,электрогидропривод,электрооборудование 10 19 6 36 20 8 2 Показатели надёжности, наработки на отказ 1-й, 2-й и 3-й групп сложности, затраты времени на устранение отказов, на разгрузку 1 т зерна из бункера комбайна оказывают существенное влияние на сменную и сезонную производительность (табл. 4).
Влияние технических характеристик и надёжности зерноуборочных комбайнов на сезонную выработку по хозяйствам Новосибирской области (обследование на 2008 и 2009 гг.) Марказерноуборочногокомбайна Пропускнаяспособностькомбайна,кг/с (G) Наработка на отказ, ч Затратывремени наустранениепоследствий отказа втечениесмены, ч Затратывремени наразгрузку1 т зерна избункеракомбайна,мин Сезонныйнамолот,т
Отказы жатки, наклонной камеры. Отечественные производители зерноуборочных комбайнов слабо реагируют на систематические отказы узлов и агрегатов. Вся ответственность по надёжности и устранению отказов гарантийной техники ложится на региональных дилеров. Замалчивание дилерами конструктивных недостатков комбайнов поощряют заводы.
На основе полученных экспериментальных данных проведены расчёты по экономико-математической модели и построены графики зависимости суммарных удельных затрат по каждой марке комбайнов от их основных характеристик надёжности (наработки на отказ и времени восстановления), а также других факторов, влияющих на их эффективность: срока эксплуатации и балансовой стоимости комбайна, урожайности культуры и цены реализации продукции, продолжительности уборки. На рис. 13 и 14 приведён график зависимости суммарных удельных затрат от наработки на отказ и времени восстановления комбайна «Акрос-540».