4 ВВЕДЕНИЕ
Машинный парк представляет существенный элемент основных фондов мелиоративно-строительного производства, его технико-производственный потенциал.
Количество техники, характеризующее наличный или так называемый физический состав парка, совершенно не определяет его эффективное число. Оценка оснащенности техникой по физическому составу часто приводит к ошибочным выводам.
Если по разным причинам в производственном процессе не участвуют 25-30% технологических агрегатов, то эффективное число соответственно составляет 70-75% наличного состава. Это значит, что объем работ, рассчитанный на весь парк машин, может быть выполнен эффективным количеством техники только при увеличении напряженности ее работ.
Для восстановления работоспособности машин, которые не используются из-за потери ее по тем или иным причинам, отвлекаются громадные средства и трудовые ресурсы.
Работоспособность, которая характеризуется техническим состоянием машин и возможностью выполнять ими заданные функции, определяется, в конечном счете, уровнем надежности техники в меняющихся условиях эксплуатации.
В силу множества разнообразных причин (наиболее существенными из них является статистическая природа прочности элементов машины и условий использования, старение, работа операторов, организация обслуживания, наличие средств информации о надежности и т.д.) невозможно достигнуть абсолютной работоспособности техники, если не искажать технико-экономическую основу создания и эксплуатации машин. Нельзя ожидать, что работоспособность какой-либо реальной современной машины или сложного оборудования будет равна единицы. Однако, пользуясь имеющимися средствами и методами, можно обеспечить
оптимальный уровень ее и тем самым повысить эффективность использования техники. В этой связи проблема обеспечения работоспособности машинного парка имеет исключительно большое значение и является предметом повседневного внимания со стороны научных организаций, машиностроительного и эксплуатационного производства.
В мелиоративно-строительное производство техника поступает с определенными показателями надежности, заложенными в процессе ее проектирования и изготовления. Чтобы обеспечить реализацию требующего уровня работоспособности в условиях эксплуатации, необходимо вкладывать значительный объем труда, средств и материалов, во много раз превышающий затраты на изготовление машин. Техническое обслуживание как комплекс мероприятий по поддержанию техники в работоспособном состоянии является неизбежной потребностью современных машин, их свойством. От того, как организовано техническое обслуживание, насколько трудовые и материальные затраты отличаются от оптимальных, объективно диктуемых конструктивными особенностями машин и условиями их эксплуатации, зависит в большой степени эффективности использования машинного парка.
Технический прогресс сопровождается повышением надежности отдельных узлов и агрегатов машин, что соответственно приводит к снижению объема работ по техническому обслуживанию. Однако общий объем технического обслуживания вследствие усложнения машин и увеличения числа агрегатов представляет значительную величину, которая не снизится в ближайшей перспективе. Он имеет тенденцию к увеличению вследствие того, что в рамках комплексной механизации мелиоративно-строительного производства каждое хозяйство должно располагать значительно большим парком машин по сравнению с имеющимся в настоящее время.
Кроме того, оснащение машин автоматическими устройствами для перенесения на них функций операторов-машинистов, автоматизации
6
контроля режимов и учета работы, создания оптимальных условий деятельности оператора (микроклимат, снижение вибрации, шума и т.д.) ведет к увеличению объемов работ, усложнению операций обслуживания и возрастанию значимости любого отказа машины, который в условиях комплексного использования техники одновременно вызывает простой смежных машин, нарушения технологического процесса и потери продукции.
Задача управления надежностью сложной системы такой как комплекс машин с непрерывно меняющимися параметрами отдельных элементов достаточно сложна и требует квалифицированного обслуживания техники, решения её стандартными методами оптимизации в производственных условиях в одних случаях не дают положительных результатов в других же требуют больших затрат средств и ресурсов.
Метод эксплуатационного резервирования на идеи декомпозиции, позволит решить данную задачу обеспечения должного (высокого) уровня надежности технологического комплекса машин при относительно небольших затратах.
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,
7 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:
8
- 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.
Объеюы, 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.
9 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%.
10 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.
11
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ВОПРОСА ПОВЫШЕНИЯ
ЭКСПЛУТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ МЕЛИОРАТИВНОЙ
ТЕХНИКЕ И ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
1.1. Анализ данных эксплуатации мелиоративных машин, виды и качественная характеристика их отказов
Мелиоративные и строительных машины при эксплуатации, из-за специфики их работы, подвергаются значительным динамическим нагрузкам. В связи с этим даже незначительные дефекты деталей приводят к преждевременному нарушению работоспособности машин.
Также следует заметить, что особенностью эксплуатации этих машин является работа вдали от ремонтных баз. Это предъявляет повышенные требования к безотказности и долговечности всех деталей и механизмов.
Поэтому, определение характеристик надёжности исследуемых машин, законов их распределения, установление физической природы отказов и выявление причин их возникновения является необходимым условием выбора именно той машины, которая обеспечит необходимые эксплутационные и экономические показатели работы всего технологического комплекса в конкретных условиях эксплуатации.
Анализ информации о работе машин из литературных источников, позволил выявить особенности эксплуатации и дать характеристику нарушений работоспособности. Система сбора, обработки и анализа информации о надёжности позволила определить: характер и причины возникновения отказов; выявить детали, сборочные единицы и комплектующие изделия, лимитирующие надёжность машин; подготовить достоверные данные для определения показателей надёжности и технического уровня изделий.
Анализ информации об эксплуатационной надёжности объектов исследований дал следующие результаты: эксплуатация мелиоративных машин, хотя и возможна круглый год, носит сезонный характер; среднее
машшшое время работы в смену составляет 5-6 часов; коэффициенты использования мелиоративных машин по рабочему времен К.кимеют яквкое знач-зний. Невысокая величина К., к, еледоштелшо... -ш^к.ая эксплутациокная :1Троизводкт^л,ь?юст^ явЛ-кютс.я оладстйвем большого ^ол^ества простоев
По виду все простои исследуемых машин можно разделтт* на яшь гру-ш: Г;лановые; по Мйгееролспгуеским гфичинйм; т-ш т&ухатя кадров; й:>-йй o?.cyrc-r.BMS rprx>ir.ra работ; &$~%в. отсутствия .^т^аскых частей; йаарййиые.
Анализ данных ¦зТ-гсгшу&тАЦНИ из отчетов позволил получать следующие результаты; которые предс-гйвл«Г?Ы' -^а рис .'1.1.
/.--¦¦
¦ ¦ ¦¦¦¦-¦¦ ^f
¦¦:¦ л :oS
V;:/-.v\..:';:-' ¦¦;¦ -::' -.:if
'v ¦ : ,f ¦< ;- : 7%
V ¦
ssn. частей
Рис. LL Прич-шьт простоев афагатов технологкчеСлЧих комплексов Плановые nooctovL свлза^шв^е с в.еобкшшмостыо ировелення
¦л ¦¦ *
ж^йского обслужийа.ния м;ш текушет ремонта и с-остав™яют ь.нук> чй.сть оощет'о ;ч>довош фонда рабочего времеш, ориентировочно 2-3 %;
Простои из~^а. отсутствия кадров дос-шгеет 10 %;
Простом по метеорологическим условиям составляют в ср^дн^м 5-8 %;
Простои ш~зй отсутствия фронта работ составляют 15-19%;
13 Простои из-за отсутствия запасных частей составляют 21-26 %.;
Аварийные простои 35-45 %.
Анализируя статистическую информацию видно, что наибольшее количество простоев связано с аварийными отказами приблизительно 35-45 % от всех простоев машин.
Простои мелиоративных и строительных машин по техническим причинам обусловлены различными отказами их элементов.
На основании исследований ряда авторов [14, 99, 110], установлено что, согласно теории надёжности в зависимости от признака классификации отказы подразделяются на зависимые и независимые, постепенные и внезапные, полные и частичные, конструкционные, производственные, эксплутационные и др. Для определения характера изменения основных параметров мелиоративных машин в эксплуатации большое значение имеет выявление природы постепенных и внезапных отказов.
Воздействие динамических нагрузок и влияние неблагоприятных климатических условий эксплуатации вызывают в элементах машин различные и необратимые изменения. Эти изменения являются причинами постепенного ухудшения установленных эксплутационных показателей: увеличение шумности и вибрации, снижение производительности, повышение расхода топлива и т.п. Процесс изменения свойств элементов происходит постепенно и неуклонно. До тех пор, пока их количественные характеристики не выходят за допустимые пределы, машина продолжает сохранять работоспособность. Когда же происходящие в элементах машины отрицательные физико-механические явления приводят к выходу параметров за определённые пределы, считается, что произошёл отказ [13, 72, 74],
Таким образом, физическая природа постепенных отказов заключается в протекании необратимых процессов, происходящих в элементах машины в результате внешних воздействий и проявляющихся в основном в виде выхода эксплутационных показателей за установленные пределы.
14 Иную картину представляют собой внезапные отказы. В большинстве
случаев эти нарушения работоспособности происходят из-за резкой концентрации нагрузки в элементах машины или же являются следствием накопления микроповреждений.
Физическая сущность внезапных отказов сводится к сравнительно быстрому (скачкообразному) изменению физико-механических свойств и параметров объекта, что приводит к резкому ухудшению эксплутационных характеристик и нарушению нормальной работы машин.
Аварийные простои связанны с тяжелыми условиями эксплуатации мелиоративной и строительной техники, всё это ведет к более быстрым проявлениям дефектов и неисправностей отдельных элементов, что приводит к возникновениям в эксплуатации как внезапных, так и постепенных отказов в виде нарушений работоспособности агрегата в целом.
Одной из особенностей эксплуатации агрегатов является работа вдали от ремонтных баз. Это предъявляет повышенные требования к безотказности и долговечности всех деталей и механизмов.
Для подробного исследования этих машин необходимо выявить конкретные причины возникновения отказов, дать характеристику свойственных им повреждений и определить законы распределения наработок на отказ.
Рядом авторов [1, 15, 47] был проделан анализ внешних проявлений повреждений и исследованы структуры изломов элементов мелиоративных и строительных машин, которые показали, что отказы агрегатов вызываются в основном следующими причинами:
- недостаточной усталостной прочностью - 30 %;
- усталостным выкрашиванием и отслоением металла на поверхности деталей - 25 %;
- износом контактирующих поверхностей - 20 %;
- коррозией и старением - 8 %;
15 - совместным действием нескольких разнородных разрушающих
факторов- 10 %.
При этом превалирующее влияние на протекание усталостных и износовых процессов оказывают технологические факторы.
Количественная оценка надёжности агрегатов даётся с помощью ряда показателей. Такие показатели являются критериями, с помощью которых можно произвести сравнение машин по степени их надёжности, определить эффективность тех или иных мероприятий по повышению работоспособности.
Нарушение работоспособного состояния в процессе эксплуатации агрегата происходит под воздействием множества факторов (конструктивных, технологических, эксплутационных, организационно-производственных и других) и носит случайный характер.
Анализ причин возникновения характерных технических отказов агрегатов показал, что большая часть отказов около 70% связана с отказами агрегатируемых машин, эти отказы связаны с производственными дефектами, отказами, вызванными установкой на агрегатируемую машину, комплектующих изделий низкого качества, из-за конструктивного несовершенства агрегатируемых машин.
Анализ аварийных технических отказов агрегатов технологических комплексов и причин их возникновения показал, что при обеспечении высокого качества заводской сборки машин, соблюдении технологии изготовления деталей, при выполнении всех требований регламентного технического обслуживания, предусмотренного заводом-изготовителем, агрегаты в значительной степени могут снизить удельный вес неплановых простоев по техническим причинам в условия эксплуатации, а также наряду с этим, повысить технико-эксплутационные показатели агрегатов возможно с помощью оптимизации средств ремонтно-технического воздействия.
16
1.2. Обеспечение надежности и ритмичности технологических процессов в мелиоративном строительстве
Культуртехнические работы - одни из самых ответственных видов работ, так как они являются связующим звеном между мелиоративным строительством и земледелием. От качества выполнения этих работ во многом зависит эффективность использования мелиорируемых земель и сроки окупаемости капитальных вложений. Прежде, чем начать цикл производства необходимо определить итоги окончательного труда. Задача заключается в том, чтобы, затратив труд и энергию в установленные сроки, без потерь и не снижая качества улучшить естественные кормовые угодия или освоить новые земли. На мелиоративно-строительный процесс негативное влияние оказывает большое количество самых разных факторов. К тому же, он требует согласованного взаимодействия различных технических средств, отличающихся по производительности, уровню работоспособности, зависимости от погодных условий и ряда других факторов. Все это предъявляет особые требования к проектированию и организации мелиоративного строительства.
Известно, что чем сложнее технические конструкции, тем труднее увязать согласованную работу отдельных частей и элементов, обеспечить их эффективное функционирование. При этом необходимо учитывать как детерминированные, так и индетерминированные факторы. Первые проявляются в развитии причинно-следственных связей, определяющих параметры функционирования отдельных машин технологического комплекса. Роль индертерминированных факторов проявляется в непредсказуемых объективных ситуациях (например, экстремальные погодные условия), так и в неопределенностях субъективного характера, обусловленных действиями людей в процессе использования техники и управления производством.
При устаЕювлении закономерностей функционирования мелиоративно-строительных процессов необходимо учитывать организационные и
17 управленческие факторы. Эффективность использования машин
существенно зависит от размеров подразделений и полей для мелиоративного строительства, уровня технического оснащения, квалификации механизаторских и управленческих кадров, организации обеспечения работоспособности машин. При этом необходимо учитывать взаимосвязь с системами более высокого уровня, т.е. с системой функционирования предприятия, зональной системой машин. "На основе зональной системы ведения сельского хозяйства устанавливаются главные взаимодействия, которым подвергаются технологические комплексы и которые влияют на их оптимизации, т.е. определяются связи с внешней средой" [102].
С другой стороны, эффективность функционирования мелиоративно-строительных комплексов зависит не только от параметров и технического состояния машин, но и от характера взаимодействия различных машин в технологическом процессе их соотношения и взаимообусловленных простоев, введения резервных элементов и др.
С учетом известных работ иерархическую структуру системы мелиоративного строительства можно представить следующим образом (рис. 1.2). Данная система состоит из трех уровней: уровня машинно-тракторного предприятия (МТП), технологического комплекса машин (ТКМ) и уровня функционирования агрегатов.
Рассмотрим более подробно факторы, влияющие на эффективность функционирования ТКМ. С позиций технологического комплекса машин заданными являются природно-производственные факторы, в том числе выход и стоимость продукции, географические и метеорологические условия, объемы работ. С другой стороны, существенное влияние на результаты работы ТКМ оказывает достигнутый уровень организации производства, использования и обслуживания техники. К объективным параметрам следует отнести потенциальные возможности машин, их техническую и технологическую работоспособность.
|
