Повышение эффективности эксплуатации машин технологического комплекса методом частичного резервирования (на примере культуртехнических

ФГОУ ВПО

Московский государственный университет природообустройства

На правах рукописи

Грачёв Роман Юрьевич

Повышение эффективности эксплуатации машин

технологического комплекса методом частичного резервирования (на примере культуртехнических работ)

Специальность 05.20.01 – технологии и средства

механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание

учёной степени кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» на кафедре «Технология металлов и ремонта машин»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор

Евграфов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Маммаев Загиди Маммаевич

кандидат технических наук,

профессор

Леонтьев Юрий Петрович

Ведущая организация – Тимирязевская сельскохозяйственная академия кафедра «Сельскохозяйственные машины»

Защита состоится 22 мая 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова 19, МГУП, ауд. 201/1, телефакс: 976-10-46,

e-mail: mail@msuee.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московского государственного университета природообустройства».

Автореферат разослан 19 апреля 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук Сурикова Т.И.

Актуальность темы Современные производственные мелиоративно-строительные организации оснащены производительными и эффективными агрегатами, работающими в составе технологических комплексов, позволяющими производить любые виды мелиоративно-строительных работ.

Однако степень оснащённости производственных организаций техникой характеризует только их потенциальные возможности. Фактически эти возможности, с учётом влияния ряда объективных и субъективных причин (природно-климатические условия, организация производства, техническое состояние машин и др.), реализуется далеко не в полной мере. К одной из основных причин, следует отнести низкий уровень функционирования службы технического обслуживания и ремонта машин, который влияет на своевременную сдачу в эксплуатацию объектов, ритмичность и качество строительства, а также величину затрат на эксплуатацию техники.

Задача управления сложной системой такой как комплекс машин с непрерывно меняющимися параметрами отдельных элементов достаточно сложна, решения её стандартными методами оптимизации в производственных условиях в одних случаях не дают положительных результатов в других же требуют больших затрат средств и ресурсов. Поэтому для решения данной задачи нами предложен метод эксплуатационного резервирования на идеи декомпозиции, который позволил решить задачу обеспечения высокого уровня надежности технологического комплекса машин (ТКМ) при относительно небольших затратах.

В настоящее время существующие методы обоснования резервирования механизированных процессов не учитывают в полной мере характер технологических процессов, уровень работоспособности техники и ряд других факторов, что требует совершенствования методики решения этой проблемы. В современных условиях снижающегося уровня технического оснащения и старения парка машин актуальность проблемы существенно возрастает.

В связи с этим, вопрос эффективной эксплуатации машин технологических комплексов в мелиоративном строительстве с применением резервирования является актуальной задачей, требующих отдельных исследований.

Цель и задачи исследования Цель исследования заключалась в разработке методики резервирования, позволяющая минимизировать суммарные потери и повысить эффективность работ в мелиоративном строительстве за счёт сокращения комплексных затрат и времени простоя, вызванных отказами технологических машин.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- проведён обзор и анализ существующих методов устранения отказов мелиоративных и строительных машин;

- проведён анализ состояния технологии, организации производства и применяемых механизмов и машин при культуртехнических работах;

- проведены статистические исследования экспериментальных данных о работе технологических машин с целью определения интенсивности возникновения технических отказов и устранения их, а также основных технико-эксплутационных показателей рассматриваемых машин;

- разработана технико-экономическая модель, которая позволяет повысить эффективность механизированных процессов в мелиоративном строительстве за счёт оптимизации технологического процесса методом эксплуатационного резервирования;

- разработана методика определения эффективности резервирования в мелиоративном строительстве на примере культуртехнических работ;

- произведена проверка эффективности разработанной методики, на примере агрегатов технологических комплексов.

Объекты, предмет исследований Объектами исследований явились технология и средства механизации, применяемые для культуртехнических работ при мелиоративном строительстве, где предметом исследования выступает процесс формирования оптимального комплекса мелиоративных и строительных машин на основе резервирования, его организационно-экономические закономерности и влияние надёжности машин на этот процесс при введении резервной техники.

При проведении исследований использовались материалы обследований технологических комплексов машин, научно-технические отчёты о разработке и внедрении технологических процессов и средств механизации для культуртехнических работ протоколы испытаний агрегатов технологических комплексов, а также материалы полевых журналов и справки эксплуатирующих организаций о работе машин.

Методика исследований Теоретической и методической основой исследований явились труды ведущих учёных, занимавшихся вопросами повышения эффективности использования техники в мелиоративном строительстве и сельском хозяйстве.

При работе над диссертацией были использованы методы математической статистики, системный подход, математическое моделирование реальных производственных процессов на базе теории массового обслуживания, с использованием электронно-вычислительной техники.

Научная новизна Разработана математическая модель резервирования машин технологического комплекса, позволяющая определить условия эффективности полнокомплектного ненагруженного резерва с одновременным учётом состава ремонтно-технической службы.

Разработана методика резервирования машин технологического комплекса, позволяющая повысить его технико-экономические показатели.

Практическая ценность работы и результаты реализации исследований Разработаны рекомендации для мелиоративно-строительных предприятий по формированию технологических комплексов с использованием резервных машин, что позволяет при рациональном техническом оснащении повысить темп работ, сокра­тить сроки работы и снизить потребность в ремонтно-техническом обслуживании. Установлены количественные величины таких важных показателей эксплутационной надежности технологического комплекса машин, как параметр потока отказов, характеризующий безотказность, и среднее время восстановления.

Разработанная методика была успешно внедрена в управление «Спецмелиоводхоз» Московской области.

Производственная проверка рационального резервирования технологических машин в условиях 2006 года позволила повысить производительность технологического комплекса в среднем на 10% и снизить приведенные затраты на 15%.

Апробация работы Исследования выполнялись в соответствии с индивидуальным планом выполнения НИР аспиранта МГУП. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников МГУП, МГАУ и др. за период с 2003-2007гг.

Публикации По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы. Объём работы - 154 страниц машинописного текста, содержит 15 таблиц, 30 рисунков, 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснованы актуальность темы диссертации и основное её научное направление на базе принципов системного подхода.

В главе I на основе анализа литературных источников обоснованы цель и задачи исследования.

Рассмотрены существующие факторы и причины, влияющие на безотказность работы мелиоративных и строительных машин.

Проведена сравнительная характеристика различных методов устранения отказов мелиоративных и строительных машин. Рассмотрены существующие факторы и причины, влияющие на безотказность мелиоративных и строительных машин.

Рис.1. Классификация мероприятий по поддержанию эксплутационной надежности машин.

Определено понятие резервирования, дана его классификация, проведено сравнение различных методов резервирования с целью определения наиболее приемлемого из них. Установлено, что для повышения эксплуатационной надежности комплекса технологических машин целесообразно использовать полнокомплектное ненагруженное резервирование.

Рис.2. Формы эксплутационного резервирования.

Выполненный анализ научно-иследовательских работ по повышению эксплуатационной надежности резервированием показал, что методы резервирования применительно к комплексной механизации требуют дальнейшей разработки и широкой производственной проверки. Это относиться в основном к комплексам мелиоративно-строительной техники, для которой научно обоснованные принципы полнокомплектного резервирования не применялись.

Алгоритм решения задачи определения оптимального резервирования технологического комплекса машин, имеет следующую схему:

1. Определение начального (исходного) типоразмерного ряда машин, входящих в базовый технологический комплекс;

2. Определение основных факторов и установление их влияния на необходимость резервирования машин в сложных технологических процессах;

3. Определение оптимальной обеспеченности технологического комплекса при резервировании;

4. Определение эффективности введения резервной техники в ТКМ (технологический комплекс машин).

В главе II Проведен анализ особенностей культуртехнических работ, состояния технологии, организации и применяемой механизации при культуртехнических работах.

Было рассмотрено современное состояние используемых земель в нечернозёмной зоне.

Установлено что, за последние годы отчётливо просматривается тенденция систематического выбывания мелиорируемых земель из сельскохозяйственной эксплуатации. Ещё более остро стоит проблема использования естественных кормовых угодий, лугов, сенокосов и пастбищ, за которыми нет ухода. Создавшееся положение способствует возникновению и развитию таких негативных процессов на сельскохозяйственных землях гумидной зоны, как вторичное заболачивание, закисление, зарастание кустарником, уплотнение подпочвенных слоёв.

Таким образом, анализ современного состояния сельскохозяйственных земель гумидной зоны, позволяет сделать вывод, об актуальности культуртехнических работ в настоящее и ближайшее будущее время.

В диссертации были определены требования к культуртехническим работам.

Обзор комплексов машин для производства культуртехнических работ показал, что для ввода в эксплуатацию выбывших из обращения мелиорарируемых земель, наиболее подходящим, является комплекс в следующем составе:

• Кусторез КФ-2,8 на базе ДТ-75М;
• Собиратель-погрузчик МП-15 на базе ДТ-75М;
• Мелиоративная борона БДМ-2,5 на базе ДТ-75М;
• Борона дисковая тяжёлая БДТ-3,0 на базе ДТ-75М;
• Подборщик древесных остатков ПВ-1,5 на базе ДТ-75М;
• Планировщик ВП-8 на базе ДТ-75М;
• Каток водоналивной ЗКВБ-1,5 на базе ДТ-75М;
• СеялкаАПП-2,8 на базе ДТ-75М.

В главе III изложены теоретические основы моделирования системы эксплуатационного обеспечения безотказной работы машин технологического комплекса, представлены математическая и технико-экономическая модель позволяющие оптимизировать эксплуатацию технологического комплекса машин резервированием, что позволяет увеличить ритмичность и качество строительства, а также уменьшить величину комплексных затрат на эксплуатацию техники.

В диссертации были рассмотрены показатели надёжности технологических машин.

Машины технологического комплекса (источник заявок на обслуживание), в процессе эксплуатации, создают поток случайных отказов с интенсивностью , которая определяется в общем, виде из выражения:

, /1/

где - средняя наработка между техническими отказами, ч.

Устранение последствий отказов машин в процессе эксплуатации обеспечивается постами ремонтно-технического обслуживания (прибор обслуживания). При этом каждый, из приборов может обслуживать одновременно только одну заявку с интенсивностью , определяемой из выражения:

, /2/

где – время от возникновения заявки до поступления заявки в ремонтно-обслуживающие предприятие, ч.;

– время подготовки бригады к выезду, ч.;

– расстояние переезда, км.;

- средняя скорость передвижения ремонтной бригады, км/ч.;

- среднее время восстановления работоспособного состояния машины, ч.

Анализ потоков технических отказов машин, для рассматриваемых технологических комплексов показал, что они обладают свойствами простейшего (пуассоновского) потока.

Допустим, что технологический комплекс состоит из технологических машин, из которых в начале функционирования работает, а находится в ненагруженном резерве.

Работоспособность комплекса мелиоративных машин поддерживается ремонтными постами. Рассмотрим автономную работу постов, каждый из которых состоит из N ремонтных рабочих, оснащенных соответствующим оборудованием. Производительность постов определяется количеством рабочих, участвующих в восстановлении работоспособности технологических машин.

Поток отказов, который формирует только работающие (основные) машины, будет постоянным и равным до момента исчерпания резерва. Состояние системы при этом аналогично модели массового обслуживания с неограниченным входящим потоком требований.

Случай отсутствия резерва и как следствие, уменьшения числа работающих машин при их отказах аналогично закрытой модели массового обслуживания.

Рис.3. Графа состояния системы обслуживания с резервной техникой:

- состояние, когда в системе находится технологических машин.

Основные расчётные уравнения функционирования технологического комплекса машин при наличии резерва имеет следующий вид:

Вероятность работы всех основных и наличия резервных машин (система ремонта свободна)

/3/

среднее число работающих машин:

, /4/

отсюда коэффициент эксплуатационной надежности

, /5/

Этот коэффициент характеризует готовность технологического комплекса машин при эксплуатации с резервом. Поскольку он представляет собой отношение среднего количества работающих машин к общему их числу.

Зависимости /1-5/ отражают производительность технологического комплекса машин.

В главе IV изложена программа проведения экспериментальных и статистических исследований.

Программа исследований предусматривала определение исходных данных, необходимых для реализации математической и технико-экономической модели. В программу исследований входили сбор и обработка экспериментальных данных о работе технологических комплексов машин.

В главе V приведены основные результаты статистических и экспериментальных исследований, а также определенны виды и качественные характеристики отказов у объектов исследований.

При обработке экспериментальных данных методами математической статистики были определены законы распределения и средние значения исследуемых случайных величин (наработка между отказами и время восстановления работоспособности технологических машин), графики плотности распределения вероятности которых, представлены на рис.4.

Установлено что, средняя наработка на отказ для агрегатируемых машин составляет 35 маш.ч., а среднее время восстановления отказа 1,27 чел. ч.

Рис.4. Плотность распределения вероятности наработки между отказами и времени устранения последствий технических отказов группы технологических машин.

Анализ причин возникновения характерных технических отказов агрегатов ТКМ показал, что большая часть отказов около (70%) связана с выходом из строя агрегатируемой машины, эти отказы связаны, с большими знако-перемеными нагрузками на рабочие органы, производственными дефектами, а также из-за их конструктивного несовершенства.

Исследования распределения причин отказов производственного характера показывают, что они возникают из-за дефектов сборки, регулировки, затяжки резьбовых соединений (30%), дефектов термообработки и отклонений от конструктивных размеров при механической обработке (35%), некачественной сварка (30%), и других причин.

Анализ работы агрегатов показал, что показатели надёжности базовых и агрегатируемых машин резко отличаются друг от друга, так в среднем наработка на отказ у агрегатируемых машин в четыре раза меньше чем у базовых машин.

Из проведенных нами исследований установлено, что одним из основных показателей характеризующих эксплуатацию машин технологического комплекса является эксплуатационная надежность технологических машин, которая характеризуется приведенной плотностью отказов т.е вероятностью безотказной работы и оперативностью времени устранения отказа. Из этого следует, что, чем выше показатель приведенной плотности отказов, тем больше эффект от эксплуатационного резервирования (рис.5).