Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 19
1.1. Современное состояние и перспективы мелиорации в АПК 19
1.1.1 Состояние и перспективы мелиорации земель 19
1.1.2. Состояние мелиорируемых агроладшафтов и земель 23
1.2. Система машин для выполнения мелиоративных работ 29
1.2.1. Виды мелиоративных работ 29
1.2.2. Анализ системы машин для выполнения мелиоративных работ
1.3. Необходимость обновления парка машин для мелиоративных работ 34
1.4. Инновационная техника, тенденции и критерии обновления парка машин для мелиоративных работ
1.4.1. Инновационная техника для мелиоративных работ 38
1.4.2. Тенденции обновления парка машин для мелиоративных работ 42
1.4.3. Критерии оптимизации парка машин для мелиоративных работ 45
1.5. Повышение работоспособности машин для выполнения мелиоративных работ 51
1.5.1. Анализ направлений по повышению работоспособности машин для выполнения мелиоративных работ 51
1.5.2. Управление техническим состоянием машин для выполнения мелиоративных работ 58
1.5.3. Методики по оптимизации производственно-технической базы парка мелиоративных машин и их критический анализ 68
1.5.4. Модернизация системы и инфраструктуры обеспечения работоспособности машин 73
Выводы, цель и задачи исследования з
Глава 2. Теоретические основы повышения эффективности технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ 81
2.1. Разработка математической модели определения оптимального состава технологического комплекса машин для мелиоративных работ 81
2.1.1. Анализ методик определения состава машин 81
2.1.2. Математическая модель определения оптимального состава технологического комплекса машин для выполнения мелиоративных работ 92
2.2. Разработка математической модели оптимизации обеспеченности ремонтно технических воздействий при эксплуатации технологических комплексов машин для мелиоративных работ 98
2.2.1. Анализ методологических подходов к обоснованию системы обслуживания и ремонта машин 98
2.2.2. Разработка математической модели оптимизации ремонтно-технических воздействий при эксплуатации технологических комплексов машин для мелиоративных работ 103
2.2.2.1. Классификация исследуемого вероятностного процесса 103
2.2.2.2. Формирование потока требований на техническое обслуживание и определение интенсивностей обслуживания 106
2.2.2.3. Вероятностная оценка состояний агрегатов технологического комплекса 112
2.2.2.4. Алгоритм решения задачи определения оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий на агрегаты технологических комплексов 126
2.2.2.5. Экономико-математическая постановка задачи определения оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий на агрегаты технологических комплексов
Выводы по главе
Глава 3. Программа и методика исследований 131
3.1. Программа исследований 131
3.2. Методика исследований
3.2.1. Обоснование выбора технологических комплексов машин для исследований мелиоративных работ 132
3.2.2. Отбор показателей для оценки состояния и эффективности функционирования машин технологических комплексов 140
3.2.3. Методика исследований показателей надёжности агрегатов технологических комплексов для мелиоративных работ 142
3.2.4. Установление причин отказов объектов исследования 148
Выводы по главе 149
Глава 4. Результаты исследований и их анализ 151
4.1. Состояние парка машин для выполнения мелиоративных работ 151
4.2. Результаты исследований показателей надежности технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ 164
4.2.1. Машины технологического комплекса для обводнения торфяников 164
4.2.1.1. Показатели надежности машин технологического комплекса для обводнения торфяников 164
4.2.2. Агрегаты технологичесого комплекса для культуртехнических работ 198
4.2.2.1. Показатели надежности агрегатов технологического комплекса для культуртехнических работ 198
4.2.2.2. Характеристика отказов и простоев агрегатов технологических комплексов для культуртехнических работ 209
4.3. Зависимость показателей эффективности эксплуатации технологических комплексов от срока службы (возраста)машин 214
4.4. Влияние обеспеченности ремонтно-технических воздействий на показатели эффективности функционирования машин и агрегатов технологических комплексов для выполнения мелиоративных машин 221
4.4.1. Показатели безотказной работы машин и агрегатов культуртехнического комплекса 221
4.4.2. Удельные эксплуатационные затраты машин и агрегатов культуртехнических комплексов 224
4.4.3. Потери от простоев машин и агрегатов культуртехнических комплексов 227
Выводы по главе 230
Глава 5. Реализация результатов исследований и их экономическая эффективность 232
5.1. Методика выбора оптимального состава машин технологического комплекса для выполнения мелиоративных работ с учетом их надежности 232
5.1.1. Методика выбора оптимального состава машин технологического комплекса для выполнения мелиоративных работ и пример ее применения 232
5.1.2. Результаты апробации методики выбора оптимального состава технологического комплекса машин, с учетом их надежности 240
5.2. Методика по определению оптимальной обеспеченности ремонтно технических воздействий для технологического комплекса машин при выполнении мелиоративных работ 242
5.2.1 Рекомендации по определению оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий для технологического комплекса машин при выполнении мелиоративных работ 242
5.2.2. Обоснование оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий для агрегатов культуртехнического комплекса 252
5.2.3.Рекомендации по организации проведения неплановых ремонтов машин 255
Выводы по главе
260
Заключение 262
Список литературы
- Состояние мелиорируемых агроладшафтов и земель
- Математическая модель определения оптимального состава технологического комплекса машин для выполнения мелиоративных работ
- Отбор показателей для оценки состояния и эффективности функционирования машин технологических комплексов
- Показатели надежности машин технологического комплекса для обводнения торфяников
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время в пользовании
сельскохозяйственных товаропроизводителей находится 9,1 млн. гектаров
мелиорированных земель, в том числе 4,3 млн. гектаров орошаемых и
4,8 млн. гектаров осушенных, с общей балансовой стоимостью систем всех
форм собственности более 340 млрд. рублей. Из них значительная часть
мелиорируемых земель (свыше 3,5 млн. гектаров) находится в
неудовлетворительном состоянии. В утвержденной и принятой к реализации
Федеральной целевой программе «Развитие мелиорации земель
сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы» (утверждена
постановлением Правительства РФ от 12 октября 2013 г. № 922)
предусматривается ввод в эксплуатацию 840,96 тыс. гектаров мелиорируемых
земель за счет реконструкции, технического перевооружения и строительства
новых мелиоративных систем, включая мелиоративные системы общего и
индивидуального пользования; защита 500 тыс. гектаров земель от водной
эрозии, затопления и подтопления при проведения противопаводковых
мероприятий; сохранение существующих и создание 92,89 тыс. новых
высокотехнологичных рабочих мест для улучшения состояния
сельскохозяйственных угодий; защита и сохранение 1 млн. гектаров сельскохозяйственных угодий от ветровой эрозии и опустынивания за счет проведения агролесомелиоративных и фитомелиоративных мероприятий; вовлечение в оборот выбывших 330 тыс. гектаров сельскохозяйственных угодий за счет проведения культуртехнических работ.
Мелиоративные работы ведут как крупные организации, так и небольшие предприятия, имеющие различное техническое оснащение. Структура парка, технический уровень машин для мелиоративных работ и объемы их применения определяют материальную базу и технологию мелиоративного производства. При формировании парка машин и построении системы их технического сервиса необходимы новые подходы с учетом тенденций инновационного развития отраслей экономики в России и за рубежом. Необходимость, первостепенного решения поставленной задачи, связана с коренными изменениями, сложившимися на рынке машин для мелиоративных работ и в структуре их парка, резким снижением выпуска отечественных машин, появлением новых технологий и техники зарубежных фирм. Эффективность использования мелиоративных машин во многом зависит и от работы сервисной инфраструктуры, в которой за последние годы произошли резкие изменения (многие ремонтные предприятия прекратили деятельность, некоторые перепрофилировались), что привело к росту продолжительности простоев машин по техническим причинам и, как следствие, увеличение эксплуатационных затрат при выполнении мелиоративных работ.
Поэтому решение проблемы повышения эффективности эксплуатации технологических комплексов машин на мелиоративных работах в современных условиях требует новых методологических подходов при формировании состава
технологических комплексов машин и обеспеченности ремонтно-технических воздействий.
Настоящее исследование посвящено решению данной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение.
Работа проводилась в соответствии с Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы (утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2012 г. № 717) и Федеральной целевой программой «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы» (утверждена постановлением Правительства РФ от 12 октября 2013 г. № 922).
Степень разработанности темы исследования. Вопросами повышения эффективности эксплуатации сельскохозяйственных, мелиоративных и строительных машин занимались А.К. Алферов, В.И. Балабанов, Х.Г. Барам, О.А. Бардышев, Е.Ю. Бразилович, В.А. Евграфов, М.Н. Ерохин, В.В. Ивкин, А.В. Каракулев, Б.Г. Ким, И.А. Луйк, Г.И. Кириллов, В.М. Кряжков, А.Н. Зазуля, А.Г. Левшин, В.Л. Матросов, В.М. Саньков, Б.С. Свирщевский, А.Н. Скороходов, В.В. Слюсаренко, Д.А. Соловьев, Л.Н. Федорович и другие. Вопросы эффективности использования зарубежной техники нашли отражение в трудах B.C. Архипова, Д.С. Буклагина, В.И. Драгайцева, Э.В. Жалнина, Н.В. Краснощекова, В.Н. Кузьмина, В.А. Прокопенко, А.Т. Табашникова, B.C. Чупилко, Н.А. Щельцына, В.Ф. Федоренко и др. Однако анализ исследований по данной проблеме за последние годы показывает, что она является недостаточно изученной.
Основы моделирования и принятия оптимальных решений при формировании парка машин рассмотрены в работах А.И. Бурьянова, Л.И. Головашкина, О.Н. Дидманидзе, В.Д. Игнатова, В.А. Макуева, P.M. Михайлова, А.В. Пескарева и других исследователей. Однако разработанные и применяемые методики позволяют комплектовать парк машин под конкретные условия эксплуатирующих организаций, без учета показателей надежности рассматриваемых машин. В качестве критерия оптимизации многие ученые, как правило, принимают минимум приведённых затрат, без учета затрат от неплановых простоев машин. Вопросам повышения качества технического обслуживания и ремонта, в том числе путем планирования потребности машин в обслуживании, посвящены работы А.Р. Абгаряна, В.А. Аллилуева, А.К. Алферова, М.А. Бармаша, В.В. Быкова, Д.П. Волкова, Н.Г. Гаркавина, И.Г. Голубева, В.К. Дедкова, А.С. Дорохова, В.А. Зенченко, В.А. Зорина, С.А. Иофинова, А.В. Каракулева, Г.Н. Кириллова, Л.И. Кушнарева, В.П. Лялякина, В.М. Михлина, Ю.И. Молева, С.Н. Николаева, Е.А. Пучина, А.М. Ратнера, А.Н. Ременцова, Г.Д. Романюка, Н.А. Северцева, А.И. Селиванова, Н.Г. Тесленко, Л.А. Фейгина, А.Е. Чернышева, Б.В. Шелюбского и других исследователей. Ряд исследователей Н.А. Беспалов, Н.А. Билакович, В.К. Дедков, З.Т. Максудов, Г.Д. Романюк, Н.А. Северцев, В.Г. Тайц, Б.В. Шелюбский, В.И. Черноиванов, В.М. Юдин
рассматривал влияние организации технического обслуживания на надежность технической системы (машин технологического комплекса). Х.А. Ачилов, Б.Г. Ким, Г.Ф. Фастовцев в своих работах рассматривали вопросы оптимизации сроков проведения технического обслуживания. Однако рекомендации по оптимизации обеспеченности ремонтно-технических воздействий с учётом показателей надёжности базовых и агрегатируемых машин, выполняющих мелиоративные работы, требуют в современных условиях эксплуатации дополнительных уточнений.
Целью исследования является повышение эффективности эксплуатации технологических комплексов машин на мелиоративных работах путем научно-обоснованного формирования состава парка машин и обеспеченности в ремонтно-технических воздействиях.
Для реализации цели исследований в работе намечены следующие задачи:
-
Разработать методику и провести мониторинг состояния парка машин для мелиоративных работ и базы для их сервисного обслуживания.
-
Разработать математические модели формирования оптимального состава технологических комплексов машин для мелиоративных работ и обеспеченности ремонтно-технических воздействий с учётом показателей надёжности базовых и агрегатируемых машин.
-
Установить причины простоев базовых и агрегатируемых машин и дать рекомендации по организации устранения их последствий.
-
Исследовать показатели надежности машин при выполнении мелиоративных работ (наработка машины на отказ, время (продолжительность) устранения последствий отказов).
-
Установить влияние на показатели эффективности эксплуатации машин на мелиоративных работах их срока службы (возраста).
-
Выявить закономерности влияния обеспеченности ремонтно-технических воздействий на затраты, связанные с простоем машин.
-
Разработать и апробировать методику формирования оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ с учетом их надежности.
-
Разработать рекомендации по определению оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий на агрегаты технологических комплексов и организации выполнения неплановых ремонтов специализированными службами, в том числе дилерами заводов-изготовителей.
9. Внедрить разработанные методики и рекомендации и оценить их
экономическую эффективность.
Научная новизна исследования заключается в разработке математических моделей формирования оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ и оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий с учётом показателей надёжности базовых и агрегатируемых машин; в установлении закономерностей влияния показателей надежности (наработка на отказ, время
устранения отказа) на эффективность эксплуатации машин; в получении зависимостей влияния обеспеченности ремонтно-технических воздействий на затраты, связанные с простоем машин.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в создании методики выбора оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ с учетом их надежности; в разработке рекомендаций по определению оптимальной обеспеченности ремонтно-технических воздействий на агрегаты технологических комплексов; в организации выполнения неплановых ремонтов специализированными службами, в том числе дилерами заводов-изготовителей.
Методология и методы исследования. В работе применены методы исследования, включающие: анализ литературных источников, посвященных вопросам выбора и определения необходимого числа машин для проведения мелиоративных работ; анализ и систематизацию существующих и перспективных технологических процессов и систем машин как объектов исследований при формировании парка машин с учетом особенностей мелиоративных предприятий. В работе использованы методы исследования операций, математической статистики и математического моделирования на ЭВМ, натурные (лабораторно-полевые) экспериментальные исследования с хронометражными наблюдениями.
Объектом исследования являются мелиоративные предприятия, парк машин и отдельные мелиоративные машины и система их обслуживания.
Предметом исследования являются показатели назначения, надежности (технологические, производственные параметры) и экономической эффективности комплекса машин для мелиоративных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
математические модели формирования оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ и обеспеченности ремонтно-технических воздействий с учётом показателей надёжности базовых и агрегатируемых машин;
закономерности влияния показателей надежности на эффективность эксплуатации машин для выполнения мелиоративных работ;
зависимости влияния обеспеченности ремонтно-технических воздействий на затраты, связанные с простоем машин.
практические рекомендации по повышению эффективности использования технологических комплексов машин на мелиоративных работах.
- количественная оценка экономической эффективности внедрения результатов исследований.
Степень достоверности результатов исследования определяется: использованием сертифицированного оборудования и апробированных методик исследований; привлечением теории построенной на известных методах моделирования процессов обеспечения надежности технических систем; выдвинутой идеей формирования оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ и оптимальной
обеспеченности ремонтно-технических воздействий с учётом показателей надёжности базовых и агрегатируемых машин, базирующейся на анализе процесса эксплуатации машин и обобщения передового опыта в смежных отраслях; совпадением результатов расчетов с результатами проверки эффективности машин в производственных условиях; сравнением результатов, полученных автором, и данных, содержащихся в ранее проведенных исследованиях по рассматриваемой тематике; привлечением современной методики сбора и обработки исходной информации.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований используются в ФГБУ «Управление «Спецмелиоводхоз»; ФГБУ «Управление «Татмелиоводхоз»; ОАО «ВИСХОМ»; ООО «Компания корпоративного управления «Концерн «Тракторные заводы»; ФГБНУ ВИМ ФАНО России; ФГБНУ «Росинформагротех»; ОАО «Рязсельмаш», а также в учебном процессе ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Рекомендации по определению оптимального состава технологических комплексов машин для выполнения мелиоративных работ рассмотрены и одобрены Ученым Советом ФГБНУ ВНИИ «Радуга» и изданы массовым тиражом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации
докладывались на конференциях: международные научно-практические
конференции в ФГБОУ ВПО МГУП, Москва, 2000-2013 гг.; международные
научно-практические конференции в ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина,
Москва, 2003-2013 гг.; международная научно-практическая конференция
"Опыт, проблемы и перспективы развития технического сервиса
сельскохозяйственной техники", Минск, БГАТУ, 2004 г.;
13-ая международная научно-практическая конференция "Новые технологии и
техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в
сельскохозяйственном производстве», Тамбов, ВНИИТиН, 2005 г.;
15-ая и 16-ая международные научно - практические конференции
«Повышение эффективности использования ресурсов при производстве
сельскохозяйственной продукции», «Новые технологии и техника нового
поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТиН,
Тамбов, 2009 г., 2011 г.; международные научно-технические конференции
«Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и
двигателей», Санкт-Петербург, ФГОУ ВПО СПбГАУ, Санкт-Петербург,
2010 г.; 17-ая международная научно-практическая конференция «Повышение
эффективности использования ресурсов при производстве
сельскохозяйственной продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства». — Тамбов, 2013 г.; на мероприятиях в рамках агропромышленной выставки «Золотая осень-2013» во Всероссийском выставочном комплексе (ВВЦ), организаторы Минсельхоз России, Москва, 2013 г.; 9-ая международная научно-техническая конференция «Научные проблемы технического сервиса сельскохозяйственных машин», ФГБНУ ГОСНИТИ, Москва, 2013 г.; научно-техническая конференция, посвященная 95-летию Московского государственного университета леса,
Мытищи-5, 2014 г.; научно-практическая конференция «Эффективные методы восстановления деталей сельскохозяйственной техники, РГАЗУ, Балашиха, 2014 г.; научно-практическая конференция «Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК», ФГБНУ «Росинформагротех», Московская обл. п. Правдинский, 2014 г.; 10-ая международная научно-техническая конференция «Программа модернизации инженерно-технологического обслуживания АПК как основа промышленной и образовательной политики», ФГБНУ ГОСНИТИ, Москва, 2014 г.; международная научная конференция «Научное и кадровое обеспечение продовольственной безопасности России», ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2014 г.; международная научно-практическая конференция «Логистика, транспорт, природообустройство», АРМЕНПАК, Ереван, Армения, 2014 г.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 40 работах: монографиях, рекомендациях, патенте на полезную модель, статьях в научно-технических журналах, из них 21 в рекомендуемых ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, и других изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 330 страницах машинописного текста, иллюстрировано 68 рисунками и 64 таблицами. Список литературы содержит 277 наименований, в том числе 18 зарубежных.
Состояние мелиорируемых агроладшафтов и земель
Несоблюдение правил проведения мелиоративных мероприятий на агроландшафтах может привести к развитию процессов вторичного заростання, заболачивания и вывода их из состава сельскохозяйственных угодий и переход части пахотных земель в естественные луга.
В Российской Федерации более 25% земель нуждаются в осушительных мелиорациях, а в Северо-Западном районе и таежно-лесной зоне Центрального района Нечерноземной зоны - около 35%. В настоящее время по данным на 01.01.2000г. по России площади осушенных земель составляют 4,64 млн. га.[4].
При этом основной фонд осушенных земель расположен в Нечерноземной зоне - 3,6 млн. га или 8,1% от площади сельскохозяйственных угодий. Только в Центральном районе нечерноземной зоны, куда входят 12 областей, осушено 20,8% или 1,4 млн. га сельскохозяйственных угодий. Из общей площади осушенных земель российской Федерации удельный вес сельскохозяйственных угодий осушенных закрытым дренажем составляет 63% (3,0 млн. га), а центрального района нечерноземной зоны - 87% (1,2 млн. га). В настоящее время в России из общей площади осушенных земель в хорошем состоянии находится 0,93 млн. га, в удовлетворительном - 2,46 млн. га или 53%.
Основными причинами неудовлетворительного состояния этих земель являются: близкое к поверхности залегание уровня почвенно-грунтовых вод -(0,40 млн. га) и прочие причины. Следует отметить, что в целом в Нечерноземной зоне России площадь осушенных земель с уровнем грунтовых вод выше нормы осушения - 313,3 тыс. га. Следовательно, в Нечерноземной зоне осушительные системы находятся в более работоспособном состоянии, чем в целом по Российской Федерации.
Кроме того, в целом по стране требуется произвести реконструкцию и восстановление осушительных систем на площади 0,85 млн. га: в том числе ремонт коллекторно-дренажной сети - 0,67 млн. га; культуртехнические работы на площади 0,63 млн. га и химические мелиорации на площади 1,50 млн. га. [2].
Отрасль мелиорации земель и водного хозяйства, также как всё сельское хозяйство находиться в настоящее время в глубоком кризисе [4]. По данным российских учёных Б.М. Кизяева, З.М. Маммаева и др., общая площадь осушаемых сельскохозяйственных угодий составляет 4667,8 тыс. га., подавляющая часть которых свыше 80% приходится на Нечерноземье. За последнее десятилетие наблюдается сокращение площадей осушаемых земель за счёт выхода из сельскохозяйственного оборота. К настоящему времени (по сравнению с 1990 годом) используется около 65% осушаемых земель. Наблюдается так же повсеместное падение продуктивности мелиорируемых земель и сокращение на них валовых сборов сельскохозяйственных культур на 30-40%. Всё это является результатом ухудшения мелиоративного состояния земель. По данным мелиоративного кадастра фонд мелиорируемых земель в России характеризуется следующими данными. В хорошем мелиоративном состоянии находится 992,5 тыс. га или 21,3% осушаемых земель. В удовлетворительном мелиоративном состоянии находится 2521,5 тыс. га или 24,7% осушенных земель [5,6].
Ретроспективный анализ приведённых данных показывает, что если тенденция выхода из строя мелиорируемых земель сохранится такой, какой она сложилась за последние десять лет, то в ближайшие 10-15 лет в России в хорошем состоянии останется не более 20%, а может и совсем не останется осушаемых земель. Будут окончательно подорваны как основы гарантированного получения продукции сельского хозяйства, так и экономические основы функционирования сельскохозяйственных производителей на мелиорированных землях. Одной из причин неудовлетворительного мелиоративного состояния земель является снижение эффективности дренажа на осушаемых землях. В настоящее время дренаж в зоне осушения (Нечерноземье) нуждается почти в повсеместной реконструкции закрытой осушительной сети с её выборочным переустройством и загущением в местах неудовлетворительного мелиоративного состояния осушаемых земель. В последние 10-12 лет в условиях полного или частичного отсутствия эксплуатации и ухода за мелиорированными землями возникла проблема вторичного зарастания используемых угодий. В настоящее время в срочном мелиоративном улучшении нуждается 25% осушаемых земель в Нечерноземной зоне. Так, обследование и анализ состояния мелиорируемых земель в Центральном, Северо-Западном, Волго-Вятском и Уральском районах показывают, что ежегодно по причине их вторичного зарастания из использования выбывает 1,5-2,0% сельхозугодий. За последние 20 лет в этих районах выбывало 15 млн. га пастбищ и пашни. Луга и пастбища, кроме зарастания кустарником, покрываются растительными кочками. Особенно интенсивно этот процесс происходит в районах Западной Сибири, где под сельскохозяйственные угодья осваивались торфяники. По тюменской области 25% осушаемых площадей покрыто растительными кочками, преимущественно осоковыми. Общая площадь земель, покрытых растительными кочками, в Западной Сибири составляет 13 млн. га. [7].
Математическая модель определения оптимального состава технологического комплекса машин для выполнения мелиоративных работ
В основном исследования научных работ посвящены технологическому обеспечению процессов обслуживания и ремонта на предприятиях автосервиса. Это такие работы, как Зенченко В.А.[65], Чернышев А.Е. «Количественная оценка показателей, характеризующих спрос на услуги автосервисных предприятий», Молев Ю.И. «Гаражное и авторемонтное оборудование», Ременцов А.Н. «Исследование влияния эксплуатационной технологичности гаражного и диагностического оборудования на эффективность технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР) подвижного состава автомобильного транспорта» [68], Фастовцев Г.Ф. «Автотехобслуживание»[69]. Огромное предпочтение отдано анализу влияния эксплуатационной технологичности гаражного и диагностического оборудования на эффективность ТО и Р, оценке эффективности использования оборудования и определению способов ее повышения [70, 71, 72].
В работах Селиванова А.И. дается анализ изменения технического состояния машин за время их эксплуатации, разработаны методики определения износа оборудования и расчета оптимальных сроков его службы [73, 74].
Работы Аллилуева В.А., Иофинова С.А., Михлина В.М., Ульмана К.Е. рассматривают вопросы эксплуатации и надежности сельскохозяйственной техники, имеющей много общего, как в конструкциях, так и в среде использования машин [75, 76, 77, 78].
Бардышев О.А. [79] считает, что поточный способ проведения ТО целесообразен на автобазах и для автокранов. Который позволяет снизить затраты на ТО и текущий ремонт и сократить площадь рабочего поста. Он ставит на первое место централизованное техническое обслуживание (ЦТО). Для выбора наиболее рациональной формы проведения ТО в качестве критерия предлагается максимальная выработка в машино-часах на одного человека. Алферов А.К. [80] основной упор делает также на развитие и углубление ЦТО, всемерное расширение сферы его применения.
Луйк И.А. [81] в своих работах предлагал разработать комплексы машин с одинаковым межремонтным периодом, что позволило бы обеспечить их функционирование на длительном интервале эксплуатации. Вместе с тем, этот подход предполагает наличие крупных мощностей по одновременному проведению ремонтно-профилактических мероприятий.
Труды ряда авторов, таких как Бардышев О.А., Гаркави Н.Г., Тесленко Н.Г. «Техническая эксплуатация строительных машин на Севере» [82], Бардышев О.А., Гаркави Н.Г., Ратнер A.M. «Организация обслуживания техники на транспортных стройках Севера», Бардышев О.А., Ратнер A.M., Тайц В.Г. «Организация ремонта техники на транспортном строительстве» [79], Каракулев А.В., Кириллов Г.Н. «Организация технического обслуживания и ремонта техники в условиях Севера» [83], Фейгин Л.А. «Исследование периодичности регулирования механизмов одноковшового экскаватора Э - 651(3-652) в условиях эксплуатации», посвящены вопросам организации ТО в конкретных климатических условиях [84, 85]. Бардышев О.А., Гаркави Н.Г., Ратнер A.M. [79] рассматривают вопросы применения средств ТО, специальных подразделений по поддержанию работоспособности парков техники, в первую очередь, в транспортном строительстве. Специализация транспортного строительства такова, что парк машин обслуживает, как правило, протяженные объекты или объекты, разбросанные на большом удалении друг от друга.
Волков Д.П. и Николаев С.Н. в своих работах: «Надежность строительных машин и оборудования», «Повышение качества строительных машин» выделяют вопросы управления надежности машин, как на этапе создания новой техники, так и при ее эксплуатации. Рассматривая применение средств, безразборной проверки оборудования они считают, что наиболее целесообразным путем их использования является совместное проведение при плановом техническом обслуживании и диагностирования машин [79].
Другие авторы, такие как, Фейгин Л.А., Ивкин В.В., Грачев Р.Ю., Новиченко А.И., Тимофеев A.M., Романюк Г.Д., Дедков В.К., Северцев Н.А., Максудов З.Т., Тайц В.Г. рассматривают влияние технического обслуживания на надежность технической системы (машин, технологического комплекса). В этих работах в качестве критерия оптимальности технического обслуживания и диагностирования систем принимается, как правило, либо вероятность безотказной работы, либо интенсивность отказов системы [87, 88, 45, 89, 90, 91, 92,93,94].
Бардышев О.А. [82], в своей работе «Организация обслуживания техники на транспортных стройках Севера», основной упор сделал на разработку организационных основ технического обслуживания и ремонта машин. Гаркави Н.Г[82], «Техническая эксплуатация строительных машин на Севере», считал, что нужны специальные коэффициенты корректировки периодичности проведения ТО. Он указывал, что «...за показатель эффективности можно принимать среднюю производительность-мощность двигателя, расход горючего и другие показатели». Корректировка режимов в ТО, по его мнению, должна сопровождаться анализом эффективности работы машин при каждом изменении режимов ТО. Эта теория имеет два недостатка: первое - корректировка режимов проводится для функционирующего оборудования (число наблюдений должно быть не менее 7); второе - не определяется критерий оптимальности периодичности ТО.
Отбор показателей для оценки состояния и эффективности функционирования машин технологических комплексов
Основными характеристиками любой системы массового обслуживания являются: вид, вероятностного процесса, описывающего входящий поток требований, время обслуживания, наличие накопителя, число обслуживающих приборов и дисциплина обслуживания. В основе классификации вероятностного процесса, иначе, случайного процесса, лежат три характеристики: пространство состояний, индексирующий параметр (время) и статистические зависимости между случайными значениями процесса X(t), соответствующими разным значениям индексирующего параметра t. Пространством состояний называют множество возможных значений (состояний) процесса X(t). По аналогии с процессом движения частиц, процесс характеризуется дискретным множеством состояний, если множество возможных положений частиц в пространстве конечное и счётное. Если допустимое множество положений частиц представляет собой конечный или бесконечный интервал, то процесс имеет непрерывное множество состояний. Аналогично, характеризуется процесс по индексирующему параметру. Если допускаются изменения положений частиц в конечном и счётном числе моментов времени, то процесс является с дискретным временным параметром, если же допускается изменение положений частиц в любой конечной точке конечного, или бесконечного промежутка времени, то процесс обладает непрерывным временным параметром. В первом случае, для обозначения процесса используют символ Хп, а во втором - X(t). При этом величину Хп называют случайной последовательностью, a X(t) - случайным процессом.
Используя вышеперечисленные характеристики случайного процесса, процесс взаимодействия агрегатов в составе технологических комплексов и системы их эксплуатационного обеспечения, с учётом его особенностей, можно классифицировать, как вероятностный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временным параметром. Отличительной особенностью вероятностного процесса является зависимость случайных величин X(t) от других членов этого же семейства. Для полной характеристики случайного процесса X(t) необходимо определить для каждого дозволенного t функцию распределения, которая в общем, виде обозначается как Fx (х ; t) = P[X(t) х] ; (2.2.2.) Такая задача представляет существенные трудности, но на практике многие представляющие интерес случайные процессы допускают простое описание.
Ниже представлены основные типы обычных вероятностных процессов, характеризуемых различными видами зависимостей между случайными значениями этих процессов. Среди основных типов случайных процессов выделим следующие: стационарные процессы; марковские процессы; процессы размножения и гибели и полумарковские. Стационарными вероятностные процессы X(t) называются тогда, когда функция Fx (х; t) инвариантна относительно сдвигов во времени для всех значений её аргументов, т.е. Fx(x;t + x) = Fx(x;t) (2.2.3.) Процесс X(t) принято называть стационарным в широком смысле, если как первый, так и второй моменты распределения не зависят от выбора точки на временной оси, т.е. если E[X(t)] не зависит от t, a E[X(t) X(t+x)] зависит только от х и не зависит от t. Центральное место в исследованиях систем массового обслуживания с ожиданием занимают Марковские процессы. В 1907г. А.А. Марков опубликовал работу, в которой определил и исследовал процессы, известные сейчас под названием Марковских [157].
Марковский процесс с дискретным пространством состояний называется цепью Маркова. Множество случайных величин і Хп г образует цепь Маркова, если вероятность того, что следующее значение (состояние) равно Xn+i, зависит только от текущего значения Хп и не зависит от предыдущих значений процесса. Таким образом, имеется случайная последовательность, в которой зависимость распространяется назад на одну единицу времени.
Изменение состояний в цепи Маркова с непрерывным временем обслуживания может произойти в любой момент времени. При этом, время пребывания в данном состоянии должно быть распределено по показательному закону, как распределению, являющимся непрерывным распределением без последействия. Требования отсутствия последействия накладываются на все цепи Маркова и являются существенным ограничением общности исследуемого далее процесса.
Аналитически марковское свойство можно записать в следующем виде: P[X(tn+i) = xn+i X(tn) = хп, X(tn-i) = х n-i, X(tl)=xl] = = P[X(tn+i) = xn+i X(tn) = xn]; (2.2.4.) где tl t2 ... tn tn+i, a xi принадлежит некоторому дискретному пространству состояний. Одним из важнейших частных случаев цепей Маркова является процесс размножения и гибели. Данный процесс может быть либо с дискретным, либо с непрерывным временем, а определяющим его условием является наличие переходов только в соседние состояния. Таким образом, если в качестве дискретного пространства состояний выбран ряд натуральных чисел, то для данного процесса переход из состояния Хп = і возможен только в одно из состояний Х(п+і)= і-і, і или i+i и ни в какое другое.
От марковского процесса полумарковские отличаются лишь тем, что в последнем снято ограничение на показательное распределение времени нахождения в состоянии процесса с непрерывным временем. Это приводит к процессам более общего вида, которые успешно применяются при исследовании систем массового обслуживания.
Прежде чем определить вид исследуемого вероятностного процесса функционирования системы эксплуатационного обеспечения, безотказной работы агрегатов технологических комплексов, согласно, представленной выше классификации, необходимо определить природу и законы формирования потоков требований на обслуживание, дисциплину обслуживания в системе, структуры приборов обслуживания, а также интенсивности входящих потоков и обслуживания.
Показатели надежности машин технологического комплекса для обводнения торфяников
Выбор обводнения торфяников связан с тем, что в конце июля, августе и начале сентября 2010 года в России на всей территории сначала Центрального федерального округа, а затем и в других регионах России возникла сложная пожарная обстановка из-за аномальной жары и отсутствия осадков. Торфяные пожары Подмосковья сопровождались запахом гари и сильным задымлением в Москве и во многих других городах. По состоянию на начало августа 2010 года, в России пожарами было охвачено около 200 тыс. гектаров в 20 регионах (Центральная Россия и Поволжье, Дагестан). Торфяные пожары были зафиксированы в Московской, Свердловской, Кировской, Тверской, Калужской и Псковской областях. Самые сильные пожары были в Рязанской, Нижегородской областях и Республике Мордовия, где фактически произошла настоящая катастрофа.
Торфяные пожары чаще всего бывают в местах добычи торфа, возникают обычно из-за неправильного обращения с огнем, а так же от разрядов молнии или самовозгорания. Торф склонен к самовозгоранию, оно может происходить при температуре выше 50 градусов (в летнюю жару поверхность почвы в средней полосе может нагреваться до 52 - 54 градусов). Кроме того, достаточно часто почвенные торфяные пожары являются развитием низового лесного пожара. При проведении земляных работ широко используется специальная техника: канавокопатели, экскаваторы, бульдозеры, грейдеры, другие машины, пригодные для этой работы. Окапывание территории начинается со стороны объектов и населенных пунктов, которые могут загореться от горящего торфа. Сам пожар тушат путем перекапывания горящего торфа и заливки его очень большим количеством воды, поскольку торф почти не намокает. Для тушения горящих штабелей, караванов торфа, а также тушения подземных торфяных пожаров используется вода в виде мощных струй. Водой заливают места горения торфа под землей и на поверхности земли.
Обводнение заброшенных торфяников - один из самых действенных методов борьбы с лесными пожарами. 70 % обводняемых территорий представляют собой заброшенные торфяные разработки, 30 % - лесные торфяники, примыкающие к деревням, дачным посёлкам и городам.
В настоящее время тысячи гектаров, на которых когда-то велись торфоразработки, заброшены. Их инфраструктура полностью разрушена, подъездные дороги разбиты, размыты или затоплены.
Обводнение ранее осушенных торфяников способно предотвратить их дальнейшее возгорание. Требуется перенять западный опыт по двустороннему регулированию водного режима (в зависимости от наличия засухи или обилия влаги пропускать нужное количество воды, чтобы избегать высыхания или затопления земель). Анализирую зарубежный опыт, в Голландии регулируется влажность 80 % торфяных земель, а в Финляндии — 100 %.
Обводнение торфа достигается путем заполнения водой системы открытых каналов существующих и вновь построенных на объекте. Система каналов оборудуется шлюзами-регуляторами для двойного регулирования стока и предотвращения стока воды из них. Существующие каналы подлежат очистки русла от ила и заваленности ветками, поваленными и сгоревшими деревьями. Для поддержания уровней воды в обводнительной системе на объекте в засушливый период предусмотрены водозаборные площадки. На площадках размещаются передвижные насосные станции для подачи воды в каналы. Должен обеспечиваться режим влажности торфяника, не допускающий возгорания. Для подъезда к водозаборным площадкам с насосными станциями и участку обводнения в проектной и рабочей документации запроектированы эксплуатационные дороги. Обочины укрепляются щебнем. На территории участка обводнения предусмотрено устройство двух пожарных водоемов для резервного запаса воды в случае использования пожарных машин для тушения локальных мест возгорания.
В проекте предусматриваются перегораживающие дамбы вдоль канала в пониженных местах для предотвращения перелива вода через бровки канала, исключающие избыточное заболачивание. Основным элементом обводнения торфяников являются открытые каналы.
При строительстве новых и расчистке существующих каналов по их трассам выполняется сводка кустарника и мелколесье. В состав культуртехнических работ, выполняемых на осушаемых землях и землях, не нуждающихся в осушении, в современных условиях входит: - удаление древесно-кустарниковой растительности; - уборка камней; - ликвидация кочек; - первичная обработка почвы; - рыхление и кротование тяжёлых и вторично уплотнённых почв; - внесение химмелиорантов на кислых и загипсованных почвах, а также органических и минеральных удобрений; - планировка и выравнивание поверхности земель; - создание культурных лугов и пастбищ. Культуртехнические работы выполняются в полном объёме при первичном освоении осушаемых и суходольных земель, а частично - при улучшении мелиоративного состояния сельскохозяйственных угодий. В этих случаях основной упор делается на восстановление сельскохозяйственного потенциала естественных кормовых угодий, пастбищ, сенокосов и лугов, а также при перезалужении лугов с искусственным орошением.
Естественные луга и пастбища занимают в Российской Федерации около 84 млн. га. Продуктивность их за последние 10 лет колеблется в пределах 5-13 ц/га сухой массы, идущей на корм скоту [129]. Причиной такой низкой продуктивности является мелиоративная неустроенность и низкий бонитет естественных кормовых угодий, который в 3-4 раза ниже, чем на пашне. Одиннадцать с половиной млн. га. естественных кормовых угодий заросли кустарниками и мелколесьем, из них две трети засорены камнями, более 1 млн.га. - закочкарено. В связи с этим естественные кормовые угодья в России необходимо вовлекать в интенсивное сельскохозяйственное использование, проводя в них комплекс лугомелиоративных работ в сочетании с мероприятиями по окультуриванию и залуженню.
Для эффективного сельскохозяйственного использования улучшаемых естественных и кормовых угодий лугомелиоративные работы должны носить комплексный характер и включать в себя следующие неразрывно связанные группы:
культуртехнические и водные мелиорации; окультуривание почв; залужение. Интенсивность приёмов окультуривания следует устанавливать в зависимости от исходного плодородия почвы, степени его сохранения после производства мелиоративных работ и планируемой продуктивности лугов и пастбищ. Главное требование к выполнению культуртехнических работ - максимальное сохранение слоя почвы. Если для сокращения потерь плодородного слоя требуется дополнительные затраты 50-80 руб.)га., то на восстановление этих потерь затраты составят 2-3 тыс. руб.)га. в ценах 2005 г.