Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ систем капельного орошения
ГЛАВА II. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭЛЕМЕНТОВ систем капельного орошения И КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ ОТКАЗОВ
ГЛАВА III. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ систем капельного орошения
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ систем капельного орошения НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОРОШАЕМОГО ПОЛЯ
ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛИВНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОРОШАЕМОГО МАССИВА
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Введение
Актуальность исследований. Проблема надежности дождевальной техники остается актуальной, так как потребность хозяйств в исправных систем капельного орошения (СКО), способных обеспечить массив орошения заданной поливной нормой, оптимальной для данных эксплуатационных условий, по-прежнему очень велика и приобретает новые особенности, характерные для сложившейся на настоящий момент ситуации.
В период перехода к рыночным отношениям снизился уровень государственного контроля и регулирования качества и надежности сельскохозяйственной техники, в том числе и систем капельного орошения, значительно уменьшилось количество систем, поставленных на испытания. Хозяйства не имеют средств для обеспечения нормальных условий для эксплуатации систем капельного орошения, не говоря уже о приобретении новых систем капельного орошения, не выполняются требования по обеспечению должного экологического уровня проведения поливов.
Надежность систем капельного орошения является одним из решающих факторов в повышении производительности труда, снижении простоев систем капельного орошения, а следовательно, потерь сельскохозяйственной продукции. Оценка надежности элементов систем капельного орошения и рекомендации по ее обслуживанию должны обеспечить необходимый уровень эксплуатации, исключающий ущерб окружающей среде.
Цели и задачи исследований.
Целью исследований является оценка надежности элементов систем капельного орошения для совершенствования методов повышения эксплуатационной надежности систем капельного орошения с учетом экологических требований при организации проведения поливов.
Достижение цели работы потребовало решение следующих задач:
1. Провести анализ статистических материалов по отказам элементов систем капельного орошения.
Методика исследований. Исследования проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова в соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИГиМим. А.Н. Костякова (программы Россельхоз академии по научному обеспечению АПК на 1996-2000 гг. в области мелиорации и водного хозяйства 03.02 - Разработать для хозяйств ресурсосберегающие оросительные системы комплексного регулирования факторов жизни растений с замкнутым циклом водооборота).
Системный анализ отказов элементов дождевальных машин, расчеты и лабораторные опыты проводились на основе методов математической статистики и теории надежности сельскохозяйственного машиностроения.
Личный вклад автора заключается в проведении анализа статистического материала государственных испытаний систем капельного орошения типа ДДА 100МА, "Волжанка" и "Фрегат", эксплуатационных данных ВИСХОМа, ВНПО "Радуга", ВНИИГиМа, Депмелиоводхоза МСХП РФ, в определении качественных и количественных показателей надежности ДМ. Автором выполнен системный анализ влияния основных элементов систем капельного орошения на надежность систем в целом и составлена классификация отказов узлов систем капельного орошения по группам сложности, разработана методика построения "дерева отказов" для систем капельного орошения и даны предложения по совершенствованию технологий проведения технического обслуживания и профилактики систем капельного орошения.
Научная новизна. Установлены закономерности возникновения отказов элементов систем капельного орошения, влияние надежности их функционирования на формирование экологических последствий на орошаемом поле.
Разработана методика построения "дерева отказов" для дождевальных машин и составлена классификация отказов элементов систем капельного орошения по группам сложности.
Усовершенствована технология поддержания систем капельного орошения в работоспособном состоянии и соблюдения экологических требований при организации проведения поливов.
Практическая значимость результатов работы.
Классификация отказов элементов систем капельного орошения и рекомендации по их устранению дадут возможность разработчикам-проектировщикам усовершенствовать конструкции систем капельного орошения, а заводам- изготовителям при производстве новых модификаций систем.
Предложенная технология обслуживания систем капельного орошения, обеспечивающая соблюдение экологических требований, может быть использована эксплуатационными организациями для поддержания в работоспособном состоянии поливной техники при проведении поливов.
Внедрение. Полученные результаты исследований использованы при проектировании новой техники и модернизации существующих систем капельного орошения Волгоградским заводом оросительной техники (ОАО "ОРТЕХ" г. Волгоград).
Основные положения, выносимые на защиту:
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены:
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 страницах текста, включая 37 рисунков, 21 таблицу, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений. Библиография включает 120 наименований, в том числе 7 иностранных авторов.
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам отдела орошения ВНИИГиМ к.т.н. Губеру К.В. и к.т.н. Лямперту Г.П. за помощь при работе над диссертацией.
ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ систем капельного орошения
1.1. Общие сведения о теории надежности оросительных систем с использованием систем капельного орошения.
Для оценки показателей надежности элементов систем капельного орошения необходимо иметь представление об общих положениях по теории надежности оросительных систем. Исследования в этой области подчиняются единственной задаче разработке действенных методов повышения и сохранения надежности при проектировании, создании и эксплуатации изделий, элементов, подсистем и системы вообще.
Применение теории надежности к гидромелиоративным объектам было начато исследованиями Ц.Е. Мирцхулавы во второй половине 50-х годов нашего столетия, труды ученого остаются наиболее многоплановыми научными работами в этом направлении до сих пор, так как в них наиболее полно изложена методика и последовательность расчета надежности объектов оросительных систем. [68, 69]
Ц.Е. Мирцхулава рассматривает оросительную систему (ОС) с использованием систем капельного орошения (СКО) как систему, функционирование которой зависит от хозяйственной деятельности людей.
Оросительная система с использованием поливной техники должна обеспечивать подачу достаточного количества воды, иметь исправные сооружения и систему капельного орошения.
Вторжение ОС с применением систем капельного орошения в природную среду осуществляется всеми ее элементами. Понятие элемента в структурной схеме надежности оросительной системы является условным.
Оросительную систему можно расчленить на конечное число подсистем (элементов), которые, в свою очередь, расчленяются на более простые элементы, (рис. 1.1)
Источник орошения- головной водозабор- насосная станция- магистральный трубопровод- систем капельного орошения- орошаемое поле
Рис. 1.1. Схема оросительной системы
Математическая модель надежности оросительной системы по структурной схеме определяется по зависимости:
гдеPc(t) - показатель безотказности подачи воды ОС;Pi(t)- вероятность безотказной работы i-гo элемента системы в течение времени t; n - количество всех элементов.
Элементы ОС функционируют во взаимодействии друг с другом и находятся под постоянным воздействием атмосферных и климатических факторов.
Систему капельного орошения целесообразно рассматривать как сложную конструктивную подсистему оросительной сети. Более подробно систем капельного орошения как систему конструктивных и функциональных элементов, с присущими им характерными особенностями, мы будем рассматривать в разделе 1.3.
Исследованиям надежности элементов гидромелиоративных систем посвящены работы Н.А.Алексеева, С.В.Бальвы, В.А. Турина, С.Ш.Зюбенко, В.В.Иванова, В.С.Казакова, П.И.Коваленко, А.В.Магомедовой, И.И.Науменко, В.Г.Новохатного, В.И.Ольгаренко, С.А.Петухова, В.Н.Померанца, С.С.Савватеева, В.А.Солнышкова, А.В.Шевченко, О.В.Яременко и другие. [2, 5, 26, 27, 41, 45, 53, 66, 77, 78, 80, 82, 83, 86, 93, 94, 98, 99, 111,113] Вопросы оценки надежности полива систем капельного орошения (СКО) разрабатывали В.М.Афанасьев, О.Н.Балун, Ю.И.Гринь, С.Л.Крживец, Ю.П.Поляков, В.А.Ступак, А.П.Сысоев, Т.Б.Тетрадзе, [3, 4, 22, 59, 85, 100, 104, 106], а также специалисты ВНПО "Радуга" В.Ф.Носенко, В.Г.Луцкий, А.В.Угрюмов, С.М.Давшан, Н.В.Данильченко, В.П.Жидовинов, Л.В.Петренко, Г.А.Ландес [29, 31, 32, 36, 37, 60, 62, 89], ВНИИГиМК.В.Губер, Г.П.Лямперт [24, 58, 65], ВИСХОМ Г.И.Грудева[ 23 ].
Основные понятия надежности, ее термины и определения установлены в ГОСТ 27.002-89 [ 20 ].
Исследования, обеспечение и оценка надежности системы и ее элементов осуществляется на всех стадиях жизненного цикла "проектирование- отработка-производство- эксплуатация", (рис. 1.2) [74]
Для обеспечения надежности техники в машиностроении разработана комплексная система обеспечения надежности объекта производства (ОКСОН), определяющая комплекс организационно-технических мероприятий, которые необходимо осуществить в процессе разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации изделий. Основные этапы этой системы приведены в таблице 1.1. [75]
Суть системы обеспечения надежности и управления качеством заключается в практической реализации программно-целевых принципов и мероприятий по обеспечению качества и надежности на всех уровнях жизненного цикла технической системы и ее изделий.
В данной работе для оценки показателей надежности элементов систем капельного орошения из структуры системы обеспечения надежности и управления качеством выбран этап эксплуатации.
На этой стадии должны обеспечиваться следующие мероприятия: своевременная комплектация и качественная поставка изделий и эксплуатационной документации в хозяйства, эксплуатирующие СКО; осуществление авторского и гарантийного надзора за поставляемой техникой; исследование и устранение причин отказов эксплуатируемой техники; проведение работ по совершенствованию порядка и правил эксплуатации изделий, упорядочению запасных частей и принадлежностей, дальнейшему повышению срока службы изделий.
В целом проблема надежности ОС охватывает широкий круг вопросов, связанных с обеспечением и поддержанием требуемого уровня надежности элементов, входящих в ее состав. В наших исследованиях мы остановились на двух последних мероприятиях стадии эксплуатации.
Таблица 1.1.
Схема комплексной системы обеспечения надежности
сельскохозяйственных машин.
|
Наименование этапа |
Мероприятия по обеспечению надежности на этапах разработки и производства |
|
1 |
2 |
|
Разработка технического задания научно-исследовательских работ: научное прогнозирование и анализ достижений отечественной и зарубежной науки по машинам- аналогам; выбор и обоснование принятого направления исследований |
Сбор, обработка и анализ отечественной и зарубежной информации по достигнутому уровню надежности машин-аналогов |
|
Выбор принципиальных конструктивных решений для обеспечения максимального уровня надежности. Расчет прогнозируемых показателей надежности |
|
|
Экспериментальные исследования (стендовые испытания) |
Разработка испытательных стендов, изготовление стендов, макетов и экспериментальных образцов. Проведение стендовых (функциональных, ресурсных) испытаний. Анализ результатов, выявление необходимости проведения дополнительных экспериментов по обеспечению надежности узлов и агрегатов |
|
Разработка технического задания: эскизная отработка отдельных узлов и наиболее ответственных деталей; разработка технического проекта, прочностной расчет основных узлов и деталей |
Оптимизация конструкции опытного образца, разработка проекта критериев предельных состояний |
|
Функциональные и прочностные расчеты |
|
|
Разработка рабочей конструкторской документации |
Разработка конструкции основных узлов и деталей с учетом требований по надежности |
|
Разработка рабочих чертежей и деталей |
Разработка конструкции основных узлов с учетом требований по надежности |
|
Разработка проекта технических условий |
Разработка и включение в документацию показателей надежности машины, составление рекомендаций по ТО, ремонту и эксплуатации |
|
Разработка паспорта по обслуживанию машины |
Разработка критериев отказов и предельных состояний, номенклатуры запасных частей |
|
Разработка опытных образцов и проведение этапа предварительных испытаний, разработка программы-методики испытаний узлов и машины в целом: заводские испытания ресурсные испытания тензометрирование проведение испытаний на ремонтопригодность |
|
|
Уточнение показателей надежности и критериев предельных состояний |
|
|
Проведение стендовых ресурсных испытаний |
|
|
Тензометрирование узлов, агрегатов и несущих систем |
|
|
Проверка ремонтопригодности конструкции и степени приспособления ее к диагностике |
|
|
Корректировка документации по результатам предварительных испытаний |
Уточнение характеристик надежности по результатам испытаний |
|
Переработка чертежей и подготовка комплекса документации |
Выборочный авторский надзор за качеством изготовления и соблюдением правил эксплуатации достоверной оценки нарушений работоспособности и надежности машины |
|
Разработка мероприятий по повышению надежности |
Сбор и обработка информации по надежности. Разработка путей совершенствования конструкции и мероприятий по повышению надежности |
Надежность как количественную характеристику элементов и систем невозможно измерить, ее рассчитывают на основе анализа статистических данных по отказам.
Для проведения исследований мы использовали результаты периодических испытаний дождевальных машин, проводимых различными машиноиспытательными станциями (МИС), данные наблюдений за системами капельного орошения в условиях эксплуатации ВНИИГиМа, ВИСХОМа , ВНПО "Радуга", Минсельхозпрода России.
Особую ценность представляла информация, содержащая следующие данные:
1.2. Современное состояние систем капельного орошения.
По данным "Обзора по качеству тракторов, сельскохозяйственных, растениеводческих и животноводческих машин" Центральной государственной машиноиспытательной станции (МИС) за 1993 год, составленному по материалам периодических испытаний машин, проведенных МИС и по результатам обследования работы машин в хозяйственных условиях видно, что за 1991 год было испытано 421 образец сельскохозяйственной техники, выпускаемой заводами Российской Федерации, из них 31 машина для орошения, а в 1992году они уже не обследовались.(81]
Преобладающими дефектами, выявленными при испытаниях сельскохозяйственных машин, являются:
Нами проанализированы данные Департамента мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения Минсельхозпрода России, из которых видно, что парк дождевальных машин сократился в 1998 году по сравнению с 1990 годом почти в 2,5 раза, а процент исправных ДМ и установок, имеющихся в наличии в Российской Федерации, катастрофически падает и на данный момент составляет менее 50 % из имеющегося парка машин. Из чего следует, что растет и число отказов, (таблицы 1.2, 1.3).
Рассмотрев наличие и состояние ДМ и установок, мы выбрали объектами исследований машины ДДА-100, "Фрегат", "Волжанка", так как они составляют основной парк поливной техники на современном этапе. В настоящее время эти марки дождевальных машин находятся в производстве.
1.3. Особенности дождевальных машин как систем с точки зрения теории надежности.
В данной работе мы будем рассматривать дождевальную машину как сложную конструктивную подсистему оросительной сети. Хотя удельный вес ДМ как подсистемы ОС невелик, степень их надежности во многом определяет безотказность оросительной системы в целом.
Дождевальная машина - последнее связующее звено в цепочке элементов оросительной системы - "источник орошения - водопотребитель". Основное требование к ней - обеспечить массив орошения заданной поливной нормой, оптимальной для данных эксплуатационных условий.
Специфическая особенность ДМ состоит в том, что это система движущихся узлов и механизмов и их комплектующих, которую можно рассматривать аналогично другим сельскохозяйственным машинам.
Таблица 1.2
Наличие и техническое состояние дождевальных машин и установок в Российской Федерации.
|
Годы |
1990 |
1991 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
1996 |
1997 |
1998 |
|
Наличие, шт. |
71303 |
66490 |
63345 |
58350 |
52697 |
53176 |
41332 |
35461 |
29880 |
|
Исправные, шт. |
66469 |
51626 |
54169 |
40397 |
40533 |
33941 |
20380 |
17425 |
14430 |
|
Процент исправных, % |
93 |
78 |
85 |
69 |
77 |
64 |
49 |
49 |
48 |
Таблица 1.3
Парк дождевальной техники по состоянию на 01.01.97.
|
Машина |
Всего |
Исправных |
С истекшим сроком службы |
Площадь орошения |
||||
|
тыс. шт. |
% |
тыс. шт. |
% |
тыс. шт. |
% |
тыс. га |
% |
|
|
Фрегат |
15,1 |
36,53 |
7,4 |
49,01 |
7,929 |
52,51 |
911 |
36,60 |
|
Волжанка |
10,7 |
25,89 |
5,8 |
54,21 |
6,364 |
59,48 |
483 |
19,41 |
|
Днепр |
1,885 |
4,56 |
0,87 |
46,15 |
0,515 |
27,32 |
141 |
5,66 |
|
Кубань |
0,701 |
1,70 |
0,32 |
45,65 |
0,1 |
14,27 |
71 |
2,85 |
|
ДДА-100 |
6,283 |
15,20 |
2,828 |
45,01 |
2,898 |
46,12 |
597 |
23,99 |
|
ДДН |
3,398 |
8,22 |
1,523 |
44,82 |
1,912 |
56,27 |
216 |
8,68 |
|
Прочие |
3,265 |
7,90 |
1,706 |
52,25 |
1,443 |
44,20 |
67 |
2,69 |
|
Всего |
41,332 |
100 |
20,38 |
49,31 |
21,561 |
52,17 |
2489 |
100 |
Процесс функционирования дождевальных машин может быть оценен показателями качества и показателями эффективности ее работы. Показатели оценок работы выбираем с учетом экологических требований. Под уровнем качества функционирования понимается отношение характеристики качества функционирования системы в некотором данном состоянии к соответствующей характеристике в исправном состоянии. В качестве показателя эффективности функционирования системы принимается "выходной эффект", т.е. полезный результат, получаемый при эксплуатации ДМ за данный интервал времени.
Конкретные показатели указанных оценок работы системы выбираются в зависимости от назначения, типа, характера работы. Для оценки качества выполнения основной функции ДМ принимаются расходы подаваемой растениям воды или отношения этих количеств для периодов нарушенного или нормального функционирования.
Дождевальные машины относятся к многофункциональным системам, так как они должны обеспечить подачу заданных количеств воды для различных сельскохозяйственных культур и обеспечить требуемое качество и давление в точках ее отбора из системы.
Под отказами ДМ понимаем события, заключающиеся в нарушении нормального выполнения ею функций водообеспечения орошаемого поля. В результате отказов в ДМ могут происходить следующие виды нарушения нормального количества и качества водообеспечения орошаемого поля: [1] (рис. 1.3) Схема функционирования дождевальных машин как систем с детерминированным и управляемым процессом водообеспечения. Верхняя горизонтальная прямая 1 представляет график подачи заданного (постоянного) расхода; пунктирная линия 2 - график фактической подачи воды системой (при ее исправном состоянии); линия 3 соответствует предельно допустимому уровню временного снижения подачи воды (по условиям технологического процесса); линия 4 - полному прекращению подачи воды.
Рис. 1.3. Схема функционирования системы с детерминированным и управляемым процессом
Рассмотрим:
а)временное снижение подачи, не достигающее предельно допустимого уровня.
Пусть длительность этих периодов будетr1, r2, r3; для каждого периода глубина снижения hi<hнорм, ,(т. е. ниже допускаемой нормами); относительные глубины снижения, т. е. отклонения наибольшего наблюдаемого снижения к допустимому нормами , будут соответственно
hi /hнорм
В числе показателей качества функционирования могут быть использованы суммарная длительность интервалов подобных снижений за поливной период ; отношение, где Т - общая длительность
периода проведенных наблюдений; средняя глубина снижения
, где n -общее число снижений подобного рода;
б) временное снижение подачи ниже допустимого уровня, т.е. частичные отказы системы.
Длительность их периодовt1, t2, …и т.д. ; глубина сниженияhi>hнорм
Для оценки качества функционирования могут быть получены показатели, аналогичные приведенным в п. "а" (и по длительности и по глубине); в этом случае величинаhi /hнорм >1;
в)перерывы подачи воды на орошаемое поле.
В качестве оценки функционирования в данном случае может использоваться критерий ∑Тio (в поливной сезон), а также критерий Ɵ1, характеризующий эффективность работы системы:
(1.2)
где отношение времени безотказной работы к календарному сроку работы.
Критерий , полученный в результате статистической обработки данных наблюдений, позволяет определить статистическую вероятность безотказной работы ДМ. Если учитывать все виды отказов (недопустимое снижение и перерыв в подаче воды), то соответствующий критерий будет определяться из выражения
(1.3)
Значительно сложнее осуществление оценки качества функционирования систем со случайным и неуправляемым процессом.
Наличие в ДМ большого числа элементов с разным уровнем надежности значительно усложняет расчет ее надежности, так как требует проведения громоздких вычислений вероятностей всевозможных состояний системы. Поэтому ДМ рассматриваем как совокупность подсистем, состоящих из элементов с одинаковой надежностью. Тогда для каждой подсистемы расчет надежности значительно упрощается. Затем возможно объединение подсистем в общую систему и рассматрение надежности ДМ в целом.
При оценке показателей надежности ДМ существует необходимость изучения причин, характера и законов распределения отказов отдельных элементов, разделение отказов по причинам и характеру возникновения при расчете надежности элементов и систем во времени. Большую роль при разработке методов расчета надежности ДМ имеют законы распределения отказов во времени. В настоящее время наиболее детально разработаны методы расчета надежности систем для стационарного пуассоновского потока отказов элементов, который должен удовлетворять трем свойствам: стационарности, отсутствию последствий и ординарности.
Стационарность предусматривает независимость вероятности отказов от времени, отсутствие последствий - независимости отказов в дальнейшем от числа отказов, которые произошли раньше.
Ординарность означает, что вероятность одновременного появления двух и более отказов в некоторый момент времени значительно меньше по сравнению с вероятностью появления одного отказа.
Если рассматривать зависимость интенсивности отказов элементов дождевальных машин от времени эксплуатации, то можно отметить, что на надежность значительно влияют отказы в период приработки и в период износа, (рис. 1.4)
Рис. 1.4. Характер распределения отказов:
1- период приработки;
2- период нормальной работы;
3- период износа
Промежуток времени от 0 до 1 является периодом приработки элементов. Значение интенсивности отказов в этом периоде достаточно велико. В этом промежутке времени наиболее часто выходят из строя дефектные элементы. Постепенно интенсивность отказов снижается, приближаясь к некоторой установившийся величине , соответствующей следующему периоду, называемому периодом нормальной эксплуатации, когда происходят лишь внезапные отказы, еще не наступил износ. Этот промежуток времени характеризуется постоянным значением интенсивности отказов. Третий интервал несет рост интенсивности отказов, вызванных старением.
В данной работе мы рассматриваем периоды нормальной эксплуатации, то есть срок службы рассматриваемых нами машин находится в пределах от трех до восьми лет.
1.4. Экологический риск при проведении полива дождевальными машинами.
Изучая труды академика Ц.Е. Мирцхулавы по надежности оросительных систем, нельзя не отметить его последние разработки, посвященные проблеме экологических нарушений (предсказаний риска нарушений, мерам по снижению опасности). [70]
Наряду с надежностью на практике используют термин "риск", подразумевая темп реализации опасностей, то есть возможность отклонения от намеченной цели.
Риском считается безразмерная величина от 0 до 1, определяемая как частота или вероятность возникновения одного события при не наступлении другого. Под "риском" часто понимают ожидаемую частоту возникновения или размер ущерба, или же некоторую комбинацию этих величин. Риск - неизбежный спутник почти любого решения, принимаемого человеком.
Предусматривают несколько видов риска. Рассматривая организацию проведения полива дождевальными машинами, остановимся на понятии "экологического риска". [70]
Экологический риск - вероятность неблагоприятных для экологических ресурсов последствий любых антропогенных изменений природных объектов и факторов.
Говоря о поливе сельскохозяйственных культур дождеванием, особого внимания заслуживает вопрос о предотвращении возможности возникновения эрозии почв. Так, еще в 60-е годы академиком Ц.Е. Мирцхулава ставился вопрос о необходимости всестороннего изучения "предельно допустимых норм одного из самых грозных экологических нарушений земельных ресурсов - эрозии, а также надежного безаварийного функционирования объектов".
Например, при поливе дождеванием поверхностный сток возникает наиболее часто на уплотненных участках (колеи сельскохозяйственных машин и агрегатов, дождевальной техники, тропы, полевые дороги). Поэтому система обработки почв на орошаемых землях должна включать мероприятия по борьбе с уплотнением почв сельскохозяйственными агрегатами , а полевые дороги спроектированы вне радиуса действия искусственного дождя. На практике этим вопросам уделяется недостаточное внимание, поэтому при поливе дождеванием имеют место большие потери поливной воды на сток, образование струйчатых размывов, а при поливе дорог даже микро оврагов.
Помимо возникающей водной эрозии при отказах ДМ, отрицательным явлением с точки зрения экологии при эксплуатации является и загрязнение почвы и растений горюче-смазочными материалами при заправке двигателей и смазке узлов машин.
Степень ненадежности ДМ во многом определяет негативные эколого-мелиоративные последствия, которые могут возникнуть при дождевании.
Рекомендации, разработанные по повышению надежности элементов дождевальных машин, мероприятий по ремонту машин, обоснование количества запасных частей помогут избежать появления негативных эколого-мелиоративных последствий , а также обеспечить необходимый уровень выполнения технологического процесса дождевания при использовании имеющегося парка дождевальной техники с привлечением наименьшего количества денежных затрат.
Для разработки мер по сохранению экологической безопасности орошаемого поля требуется: описание симптомов, причин отказов; описание самих отказов: установление состояния, при котором происходят отказы; разработка методов прогноза риска отказов; описание последствий неисправной работы; разработка мероприятий по снижению возникновения аварийных ситуаций. Упрощенный прогноз риска может быть осуществлен с помощью "дерева отказов". При анализе дерева отказов используется алгоритм построения последовательности событий (ветвей дерева), приводящих к нежелательному исходу (событию в вершине дерева). Дерево отказов может быть применено для анализа любых последовательностей событий, обуславливающих отказы. При этом наряду с оценкой риска можно качественно описать типы неисправностей, то есть пути, которые приводят к отказу. [70] Одним из недостатков этого метода является невозможность количественно оценить относительную важность рассматриваемых состояний ДМ.
Для количественной оценки выхода из строя элементов ДМ, которые являются случайными событиями, используются модели теории вероятностей. Согласно данным наблюдений можно приблизительно предсказать частоту возникновения случайного события, точность предсказания будет зависеть от длины ряда наблюдений, количества выборки и т.д. Прогноз основан на предложении, что события, имевшие место в прошлом, сохраняются и в настоящее время, и в перспективе.
Поэтому для установления возникающего экологического риска при поливе дождеванием нам необходимо не только установить взаимосвязь причин возникновения отказов ДМ, но и классифицировать эти отказы, определить группы их сложности.
ГЛАВАII. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭЛЕМЕНТОВ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН. КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ
2.1. Структурные схемы дождевальных машин.
Для установления взаимосвязей между элементами ДМ при решении задач повышения их надежности мы рассматриваем устройство машин и составляем структурные схемы.
Ассортимент элементов, используемых при создании ДМ, весьма велик. Основными из них можно считать следующие: насосы, трубы, электродвигатели и электрооборудование, гидросистемы, дождевальные аппараты и насадки, измерительная, контрольная и сигнальная аппаратура, системы автоматического управления, сигнализации и диспетчерской связи.
Известно, что чем больше составляющих элементов в машине, тем сложнее обеспечить ее требуемую надежность, тем выше предъявляются требования к качеству составных частей.
Для определения требований по надежности основных составных частей ДМ могут быть использованы различные методы. [75]
Наиболее предпочтителен оптимизационный метод, позволяющий распределить требования к заданным показателям надежности машины в целом по ее составным частям таким образом, чтобы получить максимум экономической эффективности или минимум затрат на изготовление и эксплуатацию. При этом необходима зависимость затрат от показателей надежности каждой составной части. Отсутствие, как правило, таких зависимостей для конкретных изделий затрудняет применение этого метода. Учет ограничений при распределении поэлементных требований по стоимости к надежности также затруднен ввиду отсутствия в общем случае априорных зависимостей.
Пропорциональный метод распределения надежности по составным частям основан на анализе достигнутого уровня надежности изделий-аналогов.
Наиболее прост метод равномерного распределения, когда надежность всех составных частей считается одинаковой. Тем самым не учитывается ряд факторов: сложность изделия, значимость его по времени устранения отказов, ответственность выполняемых им функций. Все эти факторы могут быть учтены введением соответствующих коэффициентов, получаемых путем расчета.
Требования к выполнению функций дождевальных машин, работающих с наименьшими простоями в короткие агротехнические сроки, ставят в разряд первоочередных задачу повышения ее безотказности и ремонтопригодности. Решение этой задачи осложняется многоэлементностью конструкций и большим многообразием применяемых комплектующих. Среднее число систем и агрегатов в ДМ "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-100МА - 7, узлов более 20, комплектующих более 100 наименований.
Разделение дождевальных машин на подсистемы и элементы зависит от их выбора и степени подробности их рассмотрения, а также цели самого разделения.
Составление структурных схем для дождевальных машин "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-ЮОМА происходило следующим образом.
Во-первых, за основу принят ток: воды от входа в машину до поступления ее непосредственно на поле.
Во-вторых, были выделены подсистемы по доли (процентному составу) отказов из общего числа (100%), то есть выявлены менее надежные конструктивные узлы для "Волжанки", "Фрегата" и ДДА- ЮОМА.
Таблица 2.1.
Основные подсистемы и элементы дождевальных машин.
|
Наименование системы, агрегата |
Наименование узла |
|
Несущая система и элементы оперения |
Рама, ферма Детали, используемые для установки агрегатов на раму Механизм изменения ширины захвата Механизм выравнивания Механизм подъема |
|
Механические передачи |
Цепи Зубчатые передачи |
|
Ходовая система |
Гидромеханизм колеса Колеса |
|
Агрегаты гидросистемы |
Гидроцилиндры, клапаны, гидрораспределители |
|
Рабочие органы |
Дождевальные аппараты, насадки |
При изучении устройства дождевальных машин мы выделили по аналогии с другими сельскохозяйственными машинами основные подсистемы и их составные элементы общие для рассматриваемых машин, (табл. 2.1)
Анализируя отказы ДДА-100МА надо отметить, что наибольшее число отказов приходится на всасывающую линию - около 35% (анализ экспериментальных данных показал, что в некоторых случаях до 45% [17]). В свою очередь из нее мы выделяем всасывающий клапан, где чаще всего происходит забивание грунтом сетки, что может повлечь за собой ее разрыв, причина - плохая очистка оросительной воды. Также выделяем гидроцилиндр подъема всасывающего клапана, где может происходить деформация консольной балки и разрыв троса. Для всасывающей линии характерны разрывы по сварке труб и манжет.
На центробежный насос приходится 20% отказов ДДА-100МА, возникновение которых объясняется плохой регулировкой его составных элементов.
Отказы фермы составляют 19% от общего числа. Как подсистему здесь мы рассматриваем дождевальные насадки, в отличие от ДМ "Волжанка", где есть необходимость выделять их как самостоятельное звено, так как на их долю приходится 16% от общего числа неисправностей.
Отказы гидросистемы у ДДА-100МА составляют 18%, основные подсистемы здесь - гидроцилиндр подъема фермы, где можно наблюдать деформацию штока гидроцилиндра, а также масляный насос.
Оставшиеся 8% отказов мы относим к прочим элементам ДДА- 100МА.
Распределение отказов по узлам дождевальной машины ДДА- 1ООМА представлено на рис. 2.1.
Распределение отказов по узлам и агрегатам дождевальных машин "Фрегат" и "Волжанка" выглядит следующим образом.
Основная неисправность ДМ "Фрегат" - остановка тележек по различным причинам - более 50 % отказов. Чаще всего выходит из строя гидропривод тележек - 45% из-за деформации штока гидроцилиндра или засора распределительного клапана.
На отказы самоходных тележек приходится 7% всех неисправностей, где причиной служит заедание колес из-за плохой смазки.
Как подсистему мы рассматриваем трубопровод, отказы которого составляют около 13%, включая засорение и отказ в работе средне- струйных дождевальных аппаратов - 5%, а также сливных клапанов.
Бездействие механической защиты составляет 8% , а системы автоматической синхронизации тележек -14%.
Как подсистему у "Фрегата" целесообразно выделить узел присоединения, элементами которого являются неподвижная опора и шарнирное крепление, а также систему электрической защиты, в данном случае мы относим их к прочим 6%. (рис. 2.2)
Рис. 2.1. Распределение отказов по узлам ДМ ДДА-100МА.
Рис. 2.2. Распределение отказов по узлам ДМ "Фрегат".
Следует отметить, что из-за гидравлического удара происходит разрыв закрытого трубопровода, что приводит к крупной аварии на оросительной системе, на устранение которой требуется большое количество времени (от нескольких часов до нескольких суток), так как необходимо произвести раскопку, замену отрезка трубопровода, засыпку траншеи, планировку поверхности и т.д.
У "Волжанки" наиболее ненадежен водопроводящий трубопровод - 38%, где наблюдаются отказы сливного клапана и нарушения герметичности соединения труб.
Дождевальные аппараты, на долю которых приходится 16% неисправностей по машине, могут засоряться по причине плохой работы фильтров и недостаточной очистки подаваемой в ДМ воды.
Как подсистему ДМ "Волжанка" мы рассматриваем приводную тележку, неисправности которой составляют - 13%. Элементами приводной тележки являются ведущее колесо, тормозная опора, цепная передача и рама.
На отказы редуктора ведущей тележки и двигателя приходится соответственно 7% и 8% от общего числа неисправностей.
Опорные колеса дождевального трубопровода "Волжанка" могут испытывать деформацию , их отказы составляют 10%.
Узел присоединения, включающий в себя колонку, телескопическую трубу, гибкий шланг и узлы соединений, выделяем как подсистему и относим к прочим 8% отказов, (рис. 2.3)
Изучив строение и принцип работы дождевальных машин ДДА- 100МА, "Фрегат" и "Волжанка", а также проделав анализ по распределению отказов по узлам этих машин, нами составлены структурные схемы для каждой из них. (рис. 2.4, 2.5, 2.6)
Структурные схемы служат наглядной основой для перехода к составлению классификации отказов, а также качественного описания характера отказов и их взаимосвязи, то есть для построения "дерева отказов", которое приведено в разделе 2.3.
2.2. Классификация отказов дождевальных машин.
Поскольку дождевальные машины скомплектованы из большого числа разнообразных деталей, распределение отказов по агрегатам и системам при обработке статистических данных мы выполняем по группам аналогичных элементов. В процессе эксплуатации ДМ ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат" возникают различного вида отказы. Сочетание этого обстоятельства с многообразием деталей приводит к огромной номенклатуре отказов.
По причинам возникновения отказы делятся на конструкционные, производственные и эксплуатационные, последние вызваны нарушениями правил использования и обслуживания машин.
По частоте возникновения отказов одного наименования различают случайные и систематические. Случайные возникают в результате случайных нарушений технологии изготовления каких-либо деталей, а также из-за ошибок при использовании и обслуживании ДМ. Систематические отказы являются следствием неудачных конструкторских решений, неправильно выбранной технологии изготовления, часто повторяющихся технологических отступлений, а также нарушений использования и обслуживания машин.
Наблюдается рассеивание значений показателей надежности одинаковых деталей, например наработки, до возникновения отказов. Это вызвано конструкционными (допуски на изготовление деталей) и технологическими (режим работы) факторами. В результате стойкость одноименных деталей неодинакова. Например, полоса рассеивания кривых усталости прочности кованых деталей составляет около 15-20% от средних значений, литых - 30-40%, в отдельных случаях этот показатель может изменяться в 1,5-3 раза. [23]
Элементы машин взаимосвязаны между собой. Например, поломки коленчатых валов двигателей происходят из-за переменных напряжений, возникающих вследствие неравномерного изнашивания вкладышей и
деформации опор в блоках цилиндров, неуравновешенности комплектов деталей цилиндропоршневой группы различных цилиндров и т.п. Условия работы деталей даже при неизменном влиянии внешних факторов зависят от качества функционирования вспомогательных систем машин - смазки и охлаждения, очистки воздуха и других. Суммарное воздействие перечисленных факторов велико.
При оценке показателей надежности элементов дождевальных машин в данной работе мы оговариваем следующие:
При классификации отказов дождевальных машин мы рассматриваем ресурсные, характеризующие долговечность, и не ресурсные, определяющие безотказность.
Для оценки надежности дождевальных машин необходима разработка критериев отказов и предельных состояний, основные понятия которых даны в ГОСТ 27.002-89. [ 20]
Признаками отказов и предельных состояний являются:
Для большинства деталей и сборочных единиц, являющихся невосстанавливаемыми изделиями, критериями предельного состояния являются критерии их отказа.
При установлении критериев следует учитывать назначение, структуру и принципы функционирования ДМ и ее составных частей, условия эксплуатации, последствия отказов и предельных состояний, виды технического обслуживания (ТО) и ремонта.
В решении этой задачи главное - правильно выбрать основные параметры сборочных единиц, деталей и узлов, руководствуясь влиянием их на параметры функционирования машины, однозначностью определения и возможностью диагностирования в условиях эксплуатации. Предельные значения основных параметров можно оценивать с учетом отклонений параметров деталей и узлов от начальных значений при постановке изделий-аналогов на текущий или капитальный ремонт или их списании методом установления зависимостей, либо методом экспертных оценок.
По первому методу находят зависимости между показателями функционирования машины и параметрами узлов и деталей с помощью специальных исследований или путем сбора статистической информации, и критерии оценивают на их основе с учетом агротехнических требований.
Если такие зависимости установить невозможно, используют метод экспертных оценок. В дальнейшем эти признаки уточняют с учетом результатов испытаний серийных машин и данных об их отказах в эксплуатации.
При изучении опыта эксплуатации ДМ мы обращаем внимание не только на те неисправности, вследствие внезапного появления которых машины теряли свою работоспособность, но и на те, которые приводили к постепенным отказам. Так, например, у всех ДМ "Фрегат" наблюдается сильный износ втулок-пальцев толкателей колес (особенно на последних тележках), коррозия отдельных деталей (особенно наконечников тросов), растрескивание и расслоение резиновых гибких шлангов (особенно сливных). У дождевальных машин "Волжанка" постепенные разрушения особенно заметны у присоединительного шланга (растрескивание, расслоение) и у дождевальных аппаратов (значительный износ втулки-оси и других деталей аппарата).
В большинстве случаев подобные разрушения деталей не приводили к явным отказам в течение одного-двух сезонов эксплуатации машин. Однако они неизбежно окажут свое влияние на общий срок службы машины, увеличить который можно, своевременно использовав более правильное конструктивное решение, удачно выбранные материалы, устранив погрешности и неточности в расчетах и т.д.
Отказы классифицируются на группы по их последствиям. В международных документах ИСО, МЭК, ЕОКК различают критические и некритические отказы. Последние подразделяют на существенные и несущественные, но границы между ними достаточно условны. [33]
Отказы, характеризующие безотказность работы, принято классифицировать в зависимости от сложности их устранения. [23]
Взяв за основу общепринятые в сельскохозяйственном машиностроении положения и опираясь на существующие разработки специалистов по дождевальной техники ВНПО "Радуга", нами была составлена общая классификация отказов для элементов дождевальных машин по группам в зависимости от сложности их устранения, (табл. 2.2)
Таблица 1.2.
Классификация отказов по группам сложности.
|
Группа сложности |
Отказы |
|
I группа Неисправности, устраняемые регулировкой, ремонтом или заменой деталей в легкодоступных местах без разборки узлов и агрегатов в полевых условиях. |
Износ дефлектора насадки. Обрыв, ослабление натяжения тросов. Ослабление натяжения цепей. Ослабление креплений, деформация мелких деталей (болтов, шплинтов, штырей, гаек, пружин, хомутов, кронштейнов, стоек, планок). Ослабление крепления рабочего колеса насоса. Деформация кронштейна гидроцилиндра. Заклинивание, заедание втулок, роликов, кожухов, подшипников, звездочек, шкивов. Нарушение регулировок муфт сцепления. Перегрев двигателя, подшипников муфт, редукторов. Подтекание воды, масла, горючего. Подгорание контактов, замыкание или пробой электрозащиты. Засорение клапанов, фильтров, манжет. Разрыв сетки всасывающего клапана. |
|
II группа Неисправности, устраняемые ремонтом или заменой узлов и агрегатов или деталей, доставленных со склада хозяйства, требующими их разборки, раскрытия внутренних полостей агрегатов. |
Неисправности в легкодоступных местах, устраняемые с помощью сварки - протирание труб. Замена деталей из комплекта запасных частей: деформированных валов, осей, звездочек. Износ шестерен насоса, износ манжеты уплотнения вала насоса. Неисправности машин в легкодоступных местах, устраняемые заменой новой или отремонтированной деталью. Излом, деформация опорных стоек фермы. |
|
III группа Неисправности в труднодоступных местах, устраняемые разборкой основных агрегатов, демонтажом узлов и агрегатов с рамы машины, то есть крупные поломки с заменой базисных деталей. |
Деформации и поломки рам , валов, труб, ферм, тележек, редукторов, насосов со сложными условиями ремонта. Неисправности, требующие демонтажа или замены основных сборочных единиц машины, трубопроводов оросительной сети с помощью автокрана, сварки, экскаватора. |
2.3. Построение "дерева отказов" для дождевальных машин "Волжанка", "Фрегат" и ДЦА-100МА.
Из составленных нами структурных схем ДМ и классификации их отказов видно, что взаимосвязь отказов элементов и подсистем весьма сложна из-за многообразия их причин, характера проявления и последствий, причем отказы обусловливаются сложной взаимосвязью объективных и субъективных факторов.
К объективным относятся климатические, гидрогеологические, биологические и др. субъективными факторами, способствующими возникновению отказов, являются неудачный выбор конструкции элементов или материалов, нарушение технологических режимов эксплуатации, недостаточное резервирование элементов, низкая квалификация обслуживающего персонала, недостаточный контроль, несоблюдение правил техники безопасности, охраны окружающей среды.
Повреждение любого элемента ДМ оказывает то или иное влияние на качество функционирования всей машины в целом. Масштабы этого влияния определяются ролью и значением отказавшего элемента.
Отказы одних подсистем , элементов могут приводить или не приводить к отказам других подсистем или элементов. Так, например, выход из строя резинового уплотнения и кольца или износ манжеты уплотнения вала насоса требует их замены и прекращения на какое-то время работы насоса , что ведет к остановке подачи воды к ДМ, т.е. к полному ее отказу (зависимый отказ). В то же время выход из строя одной дождевальной насадки ДМ или, например, вакуумметра не приводит к отказу других элементов ДМ (независимый отказ).
Тщательному анализу причин отказов и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения, способствует построение дерева отказов и неработоспособных состояний. При его анализе используется алгоритм построения последовательности событий, приводящих к нежелательному исходу.
Общий вид "дерева отказов" представлен на рис. 2.7. [ 74]
Рис. 2.7. Дерево отказов
При составлении дерева отказов за систему принимаем дождевальную машину целиком, что соответствует определению системы с точки зрения теории надежности.
Система - упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое целое, предназначенное для решения определенных задач (достижения определенных целей).
Дождевальную машину следует считать сложной системой.
Сложная система - многоуровневая конструкция из взаимодействующих элементов, объединяемых в подсистемы различных уровней.
Как подсистемы ДМ рассматриваем блоки, представленные на структурных схемах, это составные части изделия, представляющее собой совокупность сборочных единиц, деталей, объединенных общим конструкторским решением, соединенных на предприятии-изготовителе или на месте монтажа сборочными операциями, специально разработанные и предназначенные для выполнения определенных функций в составе системы.
Третий уровень "дерева отказов" представлен отказами изделий. Под изделием понимается единица промышленной продукции, количество которой исчисляется в штуках или экземплярах, то есть любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению на предприятии.
Элемент системы - часть системы, предназначенная для выполнения определенных функций и неделимая на составные части при данном уровне рассмотрения.
Виды воздействий, приводящие к ошибкам и дефектам, порождающие отказы элементов подразделяются соответственно с классификацией отказов так же, как и сами ошибки и дефекты.
В таблице 2.3 мы показали наиболее характерные для ДМ "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-100МА виды отказов, а также детали или их элементы, выходящие из строя вследствие этих отказов.
Таблица 2.3
Характерные виды отказов элементов дождевальных машин.
|
Вид отказа |
Выход из строя деталей или их элементов |
|
Не развивает полной мощности |
Насос, гидроцилиндр |
|
Разрыв |
Шланг, трос, болт |
|
Деформация |
Вал, стойка, шток |
|
Загрязнение, окисление |
Контакты |
|
Засорение |
Узел гидросистемы, фильтры, |
|
маслопровод, шланги, седла |
|
|
Обрыв |
Электропроводка |
|
Самоотвинчивание наружных |
Болт, гайка, шпилька |
|
креплений |
|
|
Ослабление просадки, увеличен |
Подшипники, втулка |
|
ный люфт |
|
|
Излом по сварке |
Сварочное соединение |
|
Потеря упругости |
Пружина |
|
Потеря эластичности, старение |
Сальник, шланг, уплотнение |
|
Потеря детали |
Болт, шпонка, гайка, шплинт |
|
Пробой |
Изоляция проводов |
|
Отсутствие показаний |
Приборы |
Построение дерева отказов для ДМ "Волжанка", "Фрегат" и ДДА- 100МА послужит для анализа последовательностей событий, обусловливающих отказы, а также для качественного описания неисправностей и их влияния на экологическую обстановку, что поможет перейти к определению количественной оценки показателей надежности элементов машин и установлению взаимосвязи надежности ДМ с экологией орошаемого поля. Далее в работе мы рассмотрим последовательности построения дерева отказов для каждой рассматриваемой нами ДМ. Проследим взаимосвязь между отказами элементов ДМ и установим влияние этих неисправностей на работу машины в целом, а также на возможное возникновение нежелательных экологических последствий в виде размыва почв, протечек горюче-смазочных материалов, оценим влияние качества оросительной воды на работу рассматриваемых узлов.
Агрегат ДДА-100МА осуществляет полив в движении, забирая воду из открытых оросителей. Источником энергии для передвижения агрегата и работы водяного насоса служит двигатель внутреннего сгорания трактора ДТ-75МХ-С4 (при построении дерева отказов трактор не рассматриваем). На нем смонтированы рама для крепления двух консольной (симметричной) пространственной фермы с открылками и короткоструйными аппаратами (насадками), насос с приводом и всасывающей линией, гидросистема.
Вода из оросителя через всасывающий клапан и трубу поступает в центробежный насос. Всасывающая система агрегата - одна из составных частей дерева отказов ДДА-100МА. Она имеет плавучий клапан, гидроцилиндр подъема всасывающего клапана, трубопровод с двумя шарнирными муфтами, противовес. Большая часть неисправностей всасывающего клапана, а следовательно, и всей подсистемы, связано с забиванием сетки грунтом и возможным ее разрывом, что объясняется плохим качеством забираемой воды. Отказы гидроцилиндра могут произойти из-за деформации консольной балки или разрыва троса. Плохо сваренные швы труб, перекосы при сборке вызывают разрывы труб по сварке и разрывы манжет.
Центробежный насос, который мы рассматриваем как составную часть ДДА-100МА, подает воду под напором по колену в нижние трубы фермы. Отказы насоса в основном устраняются заменой узлов, деталей или его регулировкой.
При рассмотрении гидросистемы выделяем следующие изделия: масляный шестеренчатый насос, гидроцилиндры подъема фермы и напорную линию. Попадания посторонних абразивных частиц вызывает износ шестерен насоса. Избыточное давление влечет за собой разрыв рукава высокого давления напорной линии.
Особое внимание уделяем эжектору, сопло которого может закоксовываться выхлопными газами.
Как составную часть ДДА-100МА мы рассматриваем двух консольную симметричную ферму. Поворотное кольцо в середине фермы предназначено для соединения двух консолей фермы и поворота ее относительно вертикальной оси трактора. Из-за перекоса или недостатка смазки может быть нарушено крепление ролика поворотного кольца, а из-за плохой сварки могут произойти изломы патрубка и фланца. Для консолей опасны обрывы резьбовых соединений штуцера, а для нижнего пояса фермы нарушение крепления опорной дуги. Дождевальные аппараты устанавливают на водопроводящих трубах фермы (всего 52 короткоструйных и 2 среднеструйных (на концах) дождевальных аппарата). Для крепления открылков с насадками к трубам равномерно приварены муфты, где случается износ (или вообще отсутствие) резьбы. Наличие твердых частиц в воде вызывает износ конуса дефлектора дождевального аппарата.
Рассмотрев отказы ДДА-100МА, можно сказать, что для этой машины характерны отказы 1-й и 2-ой группы сложности, большинство из них устраняются сварочными работами, при проведении которых необходимо опорожнение ДМ.
"Дерево отказов", построенное нами для ДМ ДДА-100МА, приведено на рис. 2.8.
Дождевальная машина "Волжанка" представляет собой самоходный колесный трубопровод, снабженный среднеструйными аппаратами. Полив проводится позиционно с забором воды от гидрантов закрытой оросительной сети.
"Волжанка" состоит из двух дождевальных крыльев, работающих независимо друг от друга и присоединяющихся к разным гидрантам, поэтому при построении дерева отказов за систему мы берем одно крыло ДМ.
Мы рассматриваем как ее составную часть присоединительное устройство входной части дождевального крыла, которое состоит из колонки, телескопической трубы и опоры и служит для присоединения к гидрантам оросительного трубопровода.
Выделяем как элементы колонки гибкий шланг, подверженный разрыву из-за избыточного давления или гидроудара, и патрубок, где возможно нарушение уплотнения, так как не обеспечено должное усилие крепления.
Элементом телескопической трубы считаем манжету, разрыв которой происходит при избыточном давлении и гидроударе.
Рассматриваем у опоры стойку, подверженную деформации и излому, и подвижной хомут, где возможен излом пружины. Все это происходит из-за заложения недостаточного запаса прочности в конструкции.
Присоединительное устройство ДМ "Волжанки" является в целом достаточно надежным, как слабое звено в нем выделяем гибкий шланг и узлы соединений, при отказах которых возможны протечки воды. Для устранения этих неисправностей необходимо заменить гибкий шланг или затянуть хомут с помощью зажимного болта.
Переезд с позиции на позицию осуществляется фронтально с приводом от двигателя внутреннего сгорания "Дружба 4" мощностью 4 л.с., расположенным на центральной тележке. Двигатель мы рассматриваем как составную часть ДМ "Волжанки", где из-за попадания твердых частиц может произойти заедание троса дросселя, а из-за истирания - его разрыв. Попадание абразивных частиц приводит к износу зубьев конической шестерни двигателя.
Передача крутящего момента от двигателя осуществляется через редуктор и два шкива на вал реверсивного механизма, а затем цепными передачами на ведущие колеса тележки и крыло машины.
Трехступенчатый реверс-редуктор имеет смонтированную на шлицевом валу муфту переключения, которая вводится в зацепление с одной из сидящих свободно на валу конических шестерен, обеспечивая прямой и обратный ход машины, или занимая нейтральное положение. Здесь мы рассматриваем отказы муфты переключения по причине старения и из-за воздействий усилий при переключении.
При отказах двигателя и реверс-редуктора возможно протекание ГСМ на орошаемое поле.
Такую составную часть как приводная тележка мы подразделяем на ведущее колесо, цепную передачу и тормозную опору. Из-за недостаточной регулировки и смазки происходит провисание цепей. Проскальзывание цепей привода колес может повлечь за собой значительное искривление трубопровода у ведущей тележки и интенсивный боковой уход машины при переездах, устранить эти неисправности можно изменением натяжения цепей. Штанга тормозной опоры может деформироваться, если заложен недостаточный запас прочности. Отказы элементов ведущего колеса аналогичны отказам элементов опорных колес.
Опорные колеса - составная часть дерева отказов ДМ "Волжанка". Если колеса проворачиваются по трубе, то происходит быстрое искривление трубопровода свыше допустимого предела (1,5 м). Недостаточное усилие затяжки болтов вызывает нарушение крепления полухомутов ступиц колес, а изгибы и отрывы при сварке - деформацию спиц. Для устранения этих отказов требуется отрихтовка ободья колес, изменением натяжения спиц, затяжка болтов креплений ступиц колеса и если есть необходимость - сварочные работы.
Дождевальное крыло "Волжанки" состоит из однотипных звеньев алюминиевых труб с фланцевыми соединениями, имеющими резиновые уплотнительные кольца. Отказы трубопровода занимают самую большую часть от общего числа отказов. Ослабление затяжки болтов соединения фланцев, а также повреждение резинового уплотнительного кольца вызывают течь во фланцах. Здесь же мы рассматриваем неисправности сливного клапана, которые случаются по причине засорения твердыми частицами или плохой регулировки давления на гидранте.
Из-за недостаточно высокой надежности как составную часть крыла "Волжанки" мы рассматриваем дождевальные аппараты. За изделия считаем коромысло с противовесом и сопло, отказами - засоры и нарушение вертикального положения относительно трубопровода.
Рассмотрев неисправности ДМ "Волжанка", можно сделать вывод, что из-за достаточно простой конструкции машины, ей наиболее характерны эксплуатационные отказы 1-ой группы сложности, устраняемые правильным техническим обслуживанием и мелким ремонтом. Ко Н-й группе сложности относим поломки алюминиевого трубопровода, устраняемые газо-дуговой сваркой или заменой труб. К наиболее необходимым запасным частям следует отнести элементы соединений звеньев трубопровода и узла присоединения, сливной клапан и дождевальные аппараты.
Построенное "дерево отказов" для ДМ "Волжанка" представлено на рис. 2.9.
Дождевальная машина ДМ "Фрегат" многоопорная, самодвижущаяся, работающая в движении от закрытой оросительной сети (ЗОС). На поле она вращается по кругу в направлении движения часовой стрелки.
Общие конструктивные элементы для всех модификаций машины "Фрегат": узел присоединения, водопроводящий трубопровод, самодвижущаяся тележка с механизмом гидропривода, система автоматического регулирования скорости движения тележек, системы механической и электрической защиты и др. Перечисленные выше элементы мы рассматриваем как составные части дерева отказов ДМ "Фрегат".
Узел присоединения служит для подключения машины к гидранту ОС, состоит из неподвижной опоры, где возможна течь воды из-за нарушения герметичности стояка или перемещение по основанию полозьев опоры из-за плохого качества бетона. Как изделие здесь мы рассматриваем поворотное колено с элементами: манжета и опорное кольцо, которые подвержены износу и разрыву из-за старения материала или гидроудара.
Основной водопроводящий трубопровод машины опирается на тележки, а также подвешен на тросах. Рассматриваем как отказы тросов их недостаточное или избыточное натяжение из-за плохой регулировки. В начальной части трубопровод шарнирно прикреплен к неподвижной опоре. Как изделия мы рассматриваем трубы, где случаются разрывы уплотнений при перекосах (изгибах) трубопровода или из-за износа прокладок. Возникает течь воды через прокладки соединения секций трубопровода. Среднеструйные дождевальные аппараты со сливными клапанами под ними установлены вдоль всего трубопровода, в конце его помещен дальнеструйный аппарат. Сопла дождевальных аппаратов засоряются при подаче воды недостаточной очистки.
Как составную часть ДМ "Фрегат" рассматриваем самодвижущуюся тележку, она может остановиться, отставать или выбегает вперед все это происходит из-за отказов в гидроприводе. Рассматривая колеса и рычажный механизм тележки отмечаем, что из-за плохой смазки происходит заедание ступиц колес или износ втулки толкателя рычажного механизма.
На механизм гидропривода приводной тележки приходится почти половина от общего количества отказов по всей машине. Как две основных составляющих здесь мы выделяем гидроцилиндр и распределительный клапан, неисправности которых оказывают непосредственное влияние на работу самоходной тележки. Основными отказами мы считаем деформацию штока гидроцилиндра и заедание поршня гидроцилиндра, а также излом рычага-переключателя клапана или его засоры из-за плохой работы фильтров. Надо отметить, что при некоторых неисправностях возможны утечки воды как из клапана-распределителя, так и из гидроцилиндра.
Система электрической защиты может не срабатывать, например, из-за неисправностей реле или из-за разрыва электроцепи, вызванной коррозией контактов.
Система механической защиты выходит из строя из-за плохого закрепления проволоки на кронштейне в механизме тяги или искривления стержня регулирующего клапана.
Рассматривая механизм автоматической синхронизации тележек приходим к выводу, что из-за коррозии может произойти отсутствие контакта подсоединения ртутного переключателя.
Построенное "дерево отказов" для ДМ "Фрегат" представлено на рис.2.10.
Проведя качественный анализ отказов для дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат", можно сделать следующие выводы. Для этих машин в процессе эксплуатации наиболее характерны отказы 1-ой и 2-ой группы сложности, для устранение которых требуется проведение сварочных, наладочных, регулировочных работ или замена деталей как на новые , так и на отремонтированные, в легко доступных местах.
Для всех машин в большей или меньшей степени требуется проверка качества подаваемой воды для избежания отказов в виде засоров и истирания элементов.
Построенные нами "деревья отказов" для ДМ позволяют рассматривать отдельные элементы, их конструкции с точки зрения оказываемого ими влияния на работу машины, и классифицировать эти элементы как "существенные" и "несущественные". Выход из строя существенных деталей, узлов или агрегатов оказывает большое влияние на функционирование машины, срок ее службы и на стоимостные показатели. Отказ таких элементов рассматривается как "опасный" отказ, приводящий к остановке машины. Несущественные элементы машины не оказывают большого влияния на работу машины, их отказы расцениваются как "безопасные".
Например, у ДМ "Фрегат" обрыв крепления неподвижной опоры к фундаменту; разрушение фланцев и трубопровода, обрыв поддерживающих тросов; поломка оси или почвозацепа колеса тележки; выход из строя деталей гидроцилиндра, клапана-распределителя и силовых рычагов в гидроприводе тележки; пробой или вырыв заделки напорных шлангов; выход из строя или разрегулировка деталей системы автоматической синхронизации движения тележек приводят к остановке машины и простою производства.
При рассмотрении дождевальной машины "Волжанка" "опасными" отказами представляются: обрыв крепления колонки к гидранту; пробой или соскакивание гибкого шланга; разрушение деталей замков узла присоединения; поломка фланцев и труб водопроводящего трубопровода; обрыв или соскакивание приводных цепей, поломка деталей реверс-редуктора, двигателя и вала-трубы на приводной тележке. Возникновение этих отказов приводит к остановке в работе машины.
Такие отказы, как негерметичность манжеты в поворотном колене, деформация рамы и труб, поломка спиц колеса, повреждения механического тормоза, подтекание воды в гидроцилиндре и напорной магистрали, постепенный износ трущихся деталей, сбои в работе дождевальных аппаратов и сливных клапанов, разрегулировка систем механической и электрической аварийной защиты, разрушение отдельных крепежных деталей не останавливают работы, хотя и приводят к частичному нарушению технологического процесса полива или ухудшению общего технического состояния машины.
Необходимо отметить, что такое деление элементов конструкции дождевальных машин на существенные и несущественные - условно. Забивание, например, единичного дождевального аппарата или сливного клапана хотя и приводит лишь к некоторому нарушению технологического процесса (ухудшается качество полива под машиной), но, если его не устранить, возникает необходимость остановки машины, так как накопившееся число дефектов не позволит производить дальнейшую работу. Аналогично, увеличение количества деформированных колес дождевальной машины "Волжанка" может привести к невозможности ее переездов на следующую позицию из-за чрезмерного искривления трубопровода.
Проследив взаимосвязь между отказами элементов дождевальных машин, выделив наиболее "опасные", то есть интересующие нас узлы и свойственные им отказы, мы переходим к определению количественных характеристик надежности этих узлов и разработке мероприятий для предотвращения этих отказов, что поможет избежать возникновение эрозии почвы, уплотнение почвы, повреждение сельскохозяйственных культур и загрязнение горюче-смазочными материалами при проведении полива.
ГЛАВА III. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН
3.1. Выбор показателей надежности для дождевальных машин.
Для оценки надежности дождевальных машин необходимо использовать количественные показатели столь же объективными, как напор, подаваемый расход воды и др. Многофакторный характер отказов, наличие полных и частичных отказов, с восстановлением и без восстановления, зависимых и независимых определяет специфику выбора системы показателей надежности и методов их расчета для ДМ.
Определение показателей надежности производим по результатам обработки статистических данных, полученных по наблюдениям за отказами ДМ и восстановлениями в периоды их эксплуатации.
Надежность как свойство машин проявляется в полной мере в процессе их эксплуатации, для которой характерна цикличность. В общем случае нормальный цикл эксплуатации дождевальной техники включает подготовку к работе, безотказную работу, простои и профилактические мероприятия. Длительность нормального цикла определяется режимом эксплуатации и надежностью ДМ.
Нормальный цикл работы дождевальной машины нарушается случайными событиями в виде отказов и восстановлений их работоспособности, которые в условиях реальной эксплуатации могут произойти , а могут и не произойти.
Прежде всего отказы и их устранение необходимо связывать с непрерывной случайной величиной t, т.е. временем, прошедшим с начала эксплуатации ДМ до отказа или начала ремонта до ее восстановления. Имея ряд наблюдений, мы имеем набор величин и t1,t2,…tn, которые являются возможными значениями непрерывной случайной величины t, т.е. времени наработки до отказа.
Поскольку время возникновения отказов и продолжительность ремонтов дождевальных машин являются случайными величинами, то показатели надежности имеют вероятностный характер.
Рассматриваемые нами дождевальные машины мы относим к классу восстанавливаемых (ремонтируемых) изделий. Эксплуатируются все эти машины до достижения ими предельного состояния, причем в процессе эксплуатации предусматриваются ремонты и другие виды технического обслуживания (ТО). Работа их, как правило, протекает в прерывистом режиме. Доминирующим фактором при оценке последствий отказа является факт вынужденного простоя машины в рабочее время. В этом случае показателями надежности являются коэффициент готовности Кг и ресурс машины.
Коэффициент готовности - вероятность того, что машина окажется в работоспособном состоянии в произвольный период времени, когда потребуется ее применить по назначению:
(3.1)
где ti - наработка до i-го отказа; tbi| - время восстановления работоспособного состояния после i-го отказа; n - число отказов за время наблюдения.
Коэффициент готовности Кг можно выразить также через среднюю наработку на отказ Тср и среднее время восстановления работоспособного состояния Тв:
(3.2)
В том случае, когда простой вызван незначительным, быстро устранимым отказом и не является доминирующим, тогда к вышеназванным показателям надежности добавляется еще один показатель - среднее значение параметра потока отказов w(t).
В промежутках между различными видами ремонтов мы рекомендуем дождевальные машины рассматривать как неремонтируемые изделия и использовать более простой аппарат расчета для определения основных показателей надежности.
Показатели надежности классифицируем на:
В международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК сочетание свойств безотказности с учетом системы ТО называют готовностью объекта [75].
Для дождевальных машин, основное назначение которых с наименьшими простоями отработать в течение заданного периода, выдавая необходимую поливную норму, наиболее важными показателями являются безотказность , ремонтопригодность и долговечность.
Далее в работе будем рассматривать именно эти показатели надежности для дождевальных машин, так как исследуем период эксплуатации.
3.2. Показатели, характеризующие свойство безотказности.
За показатели безотказности дождевальных машин мы принимаем наработку на отказ (средняя наработка на отказ), вероятность безотказной работы и параметр потока отказов (интенсивность отказов). Средняя наработка на отказ определяется в зависимости от группы сложности (первой, второй, третьей или на сложный отказ - второй и третьей групп сложности отказов одновременно):
(3.3)
где Т1 , Т2, Т3 - наработка на отказ соответственно первой, второй и третьей групп сложности, ч; Тс - наработка на сложный отказ, ч; n1n2, n3 - число отказов соответственно первой, второй и третьей групп сложности;
t-наработка за период наблюдений или испытаний, ч.
Средняя наработка на отказ:
(3.4)
В качестве параметра потока отказов используем осредненный параметр w(t) (в 1/ч) за отрезок времени от t1 до t2:
(3.5)
где n(t1)и n(t2)- число отказов на интервале от 0 до наработки соответственно и t1и t2; М - математическое ожидание числа отказов за время отt1 до t2.
Для стационарного потока отказов при установившихся условиях эксплуатации параметр потока отказов определяем при статистической обработке результатов эксплуатации и испытаний как среднее число отказов в единицу времени (аналогично определению интенсивности отказов):
(3.6)
В таблице 3.1 приведены данные по наработке на отказ элементов дождевальных машин "Фрегат" и "Волжанка". [60]
Таблица 3.1
Показатели надежности элементов дождевальных машин "Фрегат" и "Волжанка"
|
Наименование элементов машин и операций |
Наработка на отказ, час |
||
|
min |
среднее значение |
mах |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
"ФРЕГАТ" |
|||
|
Неподвижная опора |
|||
|
Крепление к фундаменту |
1120 |
- |
- |
|
Уплотнения (манжеты) |
162 |
492 |
2200 |
|
Трубопровод |
|||
|
Детали крепления (фланцы, тросы) |
242 |
516 |
1250 |
|
Прокладки |
162 |
492 |
2200 |
|
Трубы (деформация) |
362 |
770 |
1360 |
|
Регулировка (натяжение тросов, |
136 |
226 |
394 |
|
очистка сливных клапанов) |
|||
|
Тележка |
|||
|
Детали крепления |
202 |
298 |
440 |
|
Механический тормоз |
98 |
208 |
504 |
|
Уплотнение осей колес |
1550 |
- |
- |
|
Рама |
1550 |
- |
- |
|
Гидропривод тележки |
|||
|
Детали уплотнения гидроцилиндра |
185 |
294 |
475 |
|
(поршень, крышки) |
|||
|
Шток гидроцилиндра (заедание) |
166 |
302 |
590 |
|
Детали крепления штока гидроци |
98 |
208 |
504 |
|
линдра |
|||
|
Силовые рычаги |
76 |
139 |
270 |
|
Регулировка клапана- |
80 |
103 |
133 |
|
распределителя |
|||
|
Детали клапана-распределителя и |
137 |
178 |
230 |
|
рычагов включения |
|||
|
Детали уплотнения клапанов |
98 |
208 |
504 |
|
Шланги |
|||
|
Узел заделки |
189 |
344 |
670 |
|
Шланги сливные (растрескивание, |
129 |
184 |
262 |
|
расслоение) |
|||
|
Дождевальные аппараты |
|||
|
Уплотнительные шайбы |
137 |
415 |
1860 |
|
Оси коромысел, планки рассекате |
62 |
104 |
181 |
|
лей, пружины |
|||
|
Системы автоматической синхрони |
|||
|
зации движения тележек |
|||
|
Регулировки |
122 |
156 |
200 |
|
Система механической аварийной |
|||
|
защиты |
|||
|
Регулировки |
1500 |
- |
- |
|
Система электрической аварийной |
|||
|
защиты |
|||
|
Ртутные выключатели |
52 |
83 |
135 |
|
Электропроводка |
98 |
208 |
504 |
|
Реле |
98 |
208 |
504 |
|
"ВОЛЖАНКА" |
|||
|
Узел присоединения |
|||
|
Детали уплотнения (манжеты) |
119 |
199 |
346 |
|
Детали крепления (замки, заделка |
72 |
99 |
136 |
|
шлангов) |
|||
|
Шланги |
47 |
100 |
484 |
|
Хомуты |
117 |
250 |
604 |
|
Трубопровод |
|||
|
Труба телескопа |
70 |
148 |
258 |
|
Детали уплотнения (манжеты, коль |
87 |
124 |
178 |
|
ца) |
|||
|
Сливные клапаны |
146 |
265 |
517 |
|
Фланцы, трубы |
95 |
203 |
490 |
|
Колеса |
|||
|
Регулировки |
117 |
250 |
604 |
|
Спицы, почвозацепы и другие дета- тттт |
68 |
206 |
925 |
|
ЛУ1 Приводная тележка |
|||
|
Рама |
620 |
- |
- |
|
Детали крепления |
47 |
100 |
484 |
|
Цепная передача (цепи) |
150 |
203 |
274 |
|
Реверс-редуктор |
117 |
250 |
604 |
|
Двигатель |
68 |
100 |
148 |
|
Вал-труба |
620 |
- |
- |
|
Дождевальные аппараты |
|||
|
Оси, втулки, уплотнительные шайбы |
52 |
83 |
135 |
|
и кольца (выработка) |
|||
|
Коромысла, детали крепления |
117 |
250 |
604 |
|
Очистка (устранение забоев) |
32 |
38 |
46 |
|
Механизм самоустановки |
|||
|
Детали уплотнения |
38 |
69 |
134 |
|
Детали крепления |
95 |
203 |
490 |
Из приведенных данных видно, что даже по верхнему пределу наработки на отказ некоторые узлы и детали дождевальных машин могут выходить из строя в течение поливного сезона. Это относится к тем деталям и узлам машины "Фрегат", которые сосредоточены главным образом в гидроприводе тележек. Кроме того, приходится слишком часто производить регулировки скорости движения тележек и очистку водо- проводящего пояса машины. Слабым местом у машины "Волжанка" являются алюминиевый трубопровод, опорные колеса, дождевальные аппараты и некоторые детали узла присоединения, очень часты отказы двигателя.
Из приведенных данных видно, что не все элементы этих машин и сами машины равнонадежны.
Так, например, из-за быстрого износа втулок рычагов машины "Фрегат" интенсивность отказов их относительно выше, чем у большинства других элементов машины. Особенно высока интенсивность отказов у дождевальных аппаратов с механизмом самоустановки и у деталей узла присоединения машины "Волжанка". Кроме того, зоны значений интенсивностей отказов отдельных узлов и деталей у машины "Волжанка" значительно сдвинуты в большую сторону относительно этих же показателей у машины "Фрегат", что говорит о меньшей надежности дождевальной машины "Волжанка", хотя в конструктивном отношении дождевальные машины "Фрегат" сложнее.
Данные по наработке на отказ, параметра потока отказов служат основой для расчета показателей ремонтопригодности. Подробное описание этого свойства надежности и его параметров представлены далее в разделе 3.3.
3.3. Ремонтопригодность дождевальных машин.
В начале раздела о ремонтопригодности дождевальных машин мы считаем необходимым раскрыть следующие понятия.
Ремонтопригодность определяется как свойство машины, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания (ТО) и ремонтов. Ремонтопригодность не является временной (функцией) категорией , но оказывает влияние на фактическое время ремонта - чем она лучше , тем короче время выполнения ремонта. Время ремонта - интервал времени, в течение которого выполняются действия, связанные с фактическим ремонтом: разборкой, обнаружением неисправностей, выполнением ремонта, испытанием и проверкой оборудования. [51, 55]
При построении "дерева отказов" дождевальных машин (раздел 2.3) были выделены следующие уровни: система, составные части, изделия и элементы машины. Говоря о ремонтопригодности, будем рассматривать узел конструкции ДМ как систему, если он восстанавливается, и как элемент, если он не может быть восстановлен.
Анализ ремонтопригодности необходим для обнаружения и устранения неисправностей, получения сведений о доступности к элементам с ограниченным сроком службы, составления требований к периодичности и объему профилактических осмотров и ухода, а также инструкций по обслуживанию и рекомендаций по материально-техническому обеспечению запасными частями и материалами.
Обслуживание может проводиться в двух основных направлениях:
1. Профилактическое обслуживание выполняется с целью поддержания поливной техники в удовлетворительном состоянии путем проведения систематического осмотра обнаружения и устранения зарождающихся отказов до их полного развития или до превращения в неустранимые отказы.2. Ремонтное (текущее) обслуживание выполняется во внеплановом порядке с целью восстановления узлов, элементов до рабочего состояния путем проведения ремонтных работ по устранению отказа, вызвавшего сбои в работе дождевальной машины.
Профилактическое (планируемое) и ремонтное (не планированное) обслуживание для ДМ производится как:
Конструктивные особенности ДМ диктуют необходимость в:
Наличие выше перечисленных условий определяют допустимые продолжительности обслуживания дождевальных машин.
Для оценки обслуживания ДМ необходимо ответить на следующие вопросы:
Виды ремонта - текущий и капитальный, производятся по машине
в целом, а также по отдельным узлам.
Капитальный ремонт машины, агрегатов и узлов производится на специализированных ремонтных предприятиях.
Текущий ремонт предусматривает устранение возникших неисправностей путем замены или ремонта отдельных износившихся или поврежденных деталей. Потребности в текущем ремонте выявляются в процессе технического обслуживания со снятием или без снятия узла или агрегата машины.
Очень важную роль для поддержания дождевальных машин в работоспособном состоянии играет техническое обслуживание (ТО). Выполнение в процессе технического обслуживания ряда нетрудоемких ремонтных работ позволяет увеличить сроки между ремонтами. ТО для дождевальных машин должно проводится в твердо установленные сроки. Все же ремонтные работы, необходимые для восстановления работоспособности ДМ, нужно выполнять в соответствии с потребностью, возникающей в процессе эксплуатации. Необходимо учитывать не только стоимость ремонта, но и фактор времени, т.е. сокращение общего простоя машины в ремонте: от момента выхода до момента возвращения в эксплуатацию.
Для агрегатов и узлов, имеющих быстроизнашивающиеся детали, на первое место выходит ремонтопригодность, а для ряда неремонтируемых деталей (подшипники, ремни и др.)-долговечность.
Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния, а ресурс - наработка изделия до предельного состояния. В работе рассматриваем показатели ремонтопригодности и долговечности.
3.4. Показатели ремонтопригодности и долговечности.
Показатели ремонтопригодности дождевальных машин устанавливаются для оценки приспособленности к техническому обслуживанию, текущему и капитальному ремонту и отражают затраты времени, труда и стоимость выполнения этих операций.
Различают оперативное, вспомогательное и основное время ремонта и соответственно рассматриваемому времени оценивают показатели ремонтопригодности (ГОСТ 21623-76, ГОСТ 18322-78). Для ДМ в большинстве случаев оценивают среднюю оперативную трудоемкость восстановления (чел.-ч):
(3.7)
где N, К - количество соответственно исполнителей и операций ремонта; М{tij} - математическое ожидание оперативного времени, затрачиваемогоi-м исполнителем на выполнение i-й операции ремонта за время наблюдений.
Приразличного рода испытаниях и наблюдениях одним из важных показателей ремонтопригодности является среднее время восстановления, характеризующее затраты времени на отыскание и устранение отказов.
Для показателей долговечности ДМ применяются: средний и гамма-процентный ресурс, средний срок службы. В качестве гамма- процентного ресурса, как правило, применяется 80-процентный ресурс (ɤ- 80 %). Это означает, что данное или большее значение ресурса будут иметь 80% машин, а 20% могут иметь меньшее значение ресурса [10].
Показатели долговечности могут устанавливаться как на машину в целом, так и на отдельные ее системы и агрегаты и относиться к тому или иному виду предельных состояний (для машины в целом - это капитальный ремонт или списание).
Оценка показателей долговечности в отличие от безотказности и ремонтопригодности осложняется тем, что большая часть данных о надежности поступает за ограниченный интервал времени, как правило, задолго до достижения предельного состояния машин. Взаимосвязь среднего Rср и Rɤгамма-процентного ресурса осуществляется через некоторый коэффициентКɤ, значение которого зависит от коэффициента вариации ν при фиксированном значении γ:
Rγ=KγRср (3.8)
Коэффициент вариации ресурса , характеризующий степень его рассеяния , зависит от качества изготовления машины и условий эксплуатации.
На рисунке 3.1. приведены зависимости отношения гамма- процентных и средних показателей надежности от значенийγи коэффициента ν при нормальном распределении (а) и распределении Вейбулла(б).
При наблюдении в эксплуатации методы оценки показателей долговечности могут быть различными в зависимости от выборки и законов распределения ресурсов.
При неизвестном законе распределения ресурса составной части машины наиболее применимыми являются указанные ниже методы расчета ресурса.
1.Когда известна информация о наработках до предельного состояния N идентичных изделий (агрегатов, узлов, деталей), определяют средний и гамма- процентный ресурсы данного изделия. Средний ресурс:
(3.9)
где Ri- наработка до предельного состояния i-го изделия.
Рис. 3.1 (а) Зависимости отношения гамма-процентных показателей надежности от значений ɤи коэффициента ν при нормальном распределении
Для оценки гамма-процентного ресурса Rγ значения Ri располагают и нумеруют в порядке возрастания ресурса. Гамма-процентный ресурс вычисляют по интерполяции между значениями ресурсов Rkи Rk+1 порядковый номер k равен целой части выражения
L=N(100-γ)/100+0,5, (3.10)
Rγ=Rk+(K-L)(Rk+1- Rk) (3.11)
Гамма-процентный ресурс можно получить, когда объем выборки
N≥Nmin=100/(100-γ) (3.12)
2. Когда известна информация о наработках до предельного состояния М изделий, а (N-М) изделий не достигли предельного состояния за время наблюдений, гамма-процентный ресурс Rγ оценивается по схеме предыдущего метода, основываясь на построении возрастающего ряда изделий, достигших предельного состояния. При этом оценку следует проводить, если число отказавших изделий М>Nmin.
Можно вычислить Rγ по той же исходной информации и другим
методам, используя вероятностные сетки предполагаемых законов распределения. Для этого, построив возрастающий ряд значений ресурсов , вычисляют значения i/(N+1) и соответствующие им ресурсыRi наносят на вероятностные сетки нормального распределения и распределения Вей- булла, по нанесенным точкам строят аппроксимирующую прямую на каждой сетке и вычисляют дисперсию. Сравнивают дисперсии и по меньшей из них выбирают вид закона распределения. Гамма- процентный ресурс определяется по точке пересечения аппроксимирующей прямой с горизонтальной прямой, соответствующей F( R)= 0,2 при γ = 80%,F( R)=0,15 приγ = 85% , F(R )=0,1 приγ= 90% на вероятностной сетке выбранного вида закона распределения ресурса.
Средний ресурс в общем виде (для случая) может быть определен по вычислительной оценке Rγ по формуле
(3.13)
где Кγ - коэффициент , определяемый в зависимости от заданного значения γ, предполагаемого закона распределения ресурса и его коэффициента вариации, (рис. 3.1)
Для дождевальных машин и их составных частей нами рекомендуется использовать при коэффициенте вариации ресурса меньше 0,3 нормальный закон распределения, а при больших значениях - закон распределения Вейбулла. Коэффициент вариации ресурса оценивается по данным машин-аналогов с учетом различных факторов (вида разрушения, условий работы и уровня технологии изготовления).
Таблица 3.2.
Ориентировочные значения коэффициента вариации ресурса.
|
Факторы |
Закон распределения |
Пределы изменения коэффициента вариации |
||||||
|
Процесс разрушения |
Условия работы |
Уровень технологии изготовления |
||||||
|
износ |
усталость |
стабильные |
изменяющиеся |
высокий |
средний |
Н - нормальный; В - Вейбулла |
от |
до |
|
+ |
+ |
Н |
0,10 |
0,20 |
||||
|
+ |
+ |
Н |
0,20 |
0,30 |
||||
|
+ |
+ |
+ |
В |
0,30 |
0,40 |
|||
|
+ |
+ |
+ |
в |
0,35 |
0,50 |
|||
|
+ |
+ |
+ |
в |
0,40 |
0,60 |
|||
|
+ |
+ |
+ |
в |
0,60 |
0,70 |
Исключение составляет небольшое число составных частей дождевальных машин , у которых наблюдаются, как правило , только внезапные отказы (элементы автоматической системы контроля и сигнализации, элементы освещения и т.д.). Для них рекомендуется принимать экспоненциальный закон распределения ресурса.
Для ДМ и их составных частей, предельное состояние которых наступает вследствие усталостного разрушения от воздействия различных факторов, мы рекомендуем при оценке ресурса принимать закон распределения Вейбулла. Для составных частей машин, у которых преобладает влияние износа , наиболее предпочтительным является нормальный закон.
Все представленные выше оценки показателей на основе обработки статистических данных представляют собой точечные оценки. Для определения доверительных границ полученных оценок необходимо задаться доверительной вероятностьюβ (уровнем достоверности). Для ресурса определяется нижняя доверительная граница Rср:
- для распределения Вейбулла.
Rср=Rср(К)id (3.14)
- для нормального закона распределения ресурса
Rср=Rср-tβ,N-1
где Rср - точечная оценка среднего ресурса; k - коэффициент, зависящий от принятой доверительной вероятности β и числа отказов m;b - параметр распределения Вейбулла, соответствующий принятому коэффициенту вариации ресурса; σR=RсрυR- оценка среднего квадратичного отклонения; tβ,n-1 - коэффициент, зависящий от принятой доверительной вероятности и числа наблюдаемых объектов (коэффициент распределения Стьюдента); N - число наблюдаемых машин.
Доверительную вероятность рекомендуется приниматьβ =0,8-0,9. Значения коэффициентовkи tβ,N-1для этих величин доверительной вероятности определяются по таблицам в зависимости от числа опытов (числа отказов). Зависимость коэффициента вариации νR от параметра b распределения Вейбулла показана на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Зависимость коэффициентаνR вариации от параметра b распределения Вейбулла
Аналогично могут быть оценены средняя наработка до отказа и среднее время восстановления. Определение нижней доверительной границы показателей надежности позволяет получить то минимальное значение, которое обеспечивается с принятым уровнем достоверности. Если ни один объект не достиг предельного состояния за время наблюдения, то оценку нижней доверительной границы среднего и гамма- процентного ресурса при допущении о распределении их по закону Вейбулла (как самому универсальному для ДМ и их составных частей) рекомендуется проводить на основании номограмм, (рис. 3.3)
По принятому значениюγи установленным коэффициентам вариацииγR и параметра b распределения Вейбулла оценивают коэффициент ε. Нижняя доверительная граница Rγ при доверительной вероятностиβ=0,8 определяется как
(3.16)
где Тcр- средняя наработка на отказ.
Нижняя доверительная граница среднего ресурса может быть оценена по нижней доверительной границе Rγ
Rср=RγKγ, (3.17)
гдеКγ - коэффициент, определяемый в зависимости отνR . (рис.3.2) Номограмма для определения нижней доверительной границы гамма-процентного ресурса (на рис. 3.3) дана для γ=80%. [23]
Для примера приведем некоторые полученные численные данные по ремонтопригодности ДДА-ЮОМА. Наработка на отказ ДДА-ЮОМА в доремонтном периоде составляет 150-230 часов. После проведения ремонта она снижается на 40-45%, а затраты на устранение последствий отказов возрастают примерно в 2 раза. [17]
На насос-редуктор приходится 23-28% всех отказов и 40-60% общих затрат на устранение их последствий и это несмотря на то, что ежегодно 50-70% насос-редукторов ремонтируются на специальных предприятиях и в хозяйствах.
Исследованием установлено, что в связи с неравной прочностью насоса и редуктора целесообразно, наряду с полнокомплексным ремонтом насоса-редуктора, производить ремонт отдельных деталей и узлов.
Выявлена необходимость повышения долговечности рабочего колеса и защитных колец насоса.
Исследования долговечности дождевальных машин показывают, что часть узлов и деталей имеет разный ресурс, например, у "Фрегата", в зависимости от конструктивной длины машины, т.к. тележки проделывают неодинаковый путь за одно и то же время и износ узлов различен. Деталей, подверженных механическому износу, в машине относительно немного: около 3880 шт. или приблизительно 40% общего числа, не считая крепежных изделий (230 наименований). Из них 2084 шт. (130 наименований) имеют ресурс менее 20 тыс.ч., то есть большая часть машины (приблизительно 80% по числу деталей) имеет ресурс более 20 сезонов при интенсивном использовании (средняя ежегодная нагрузка 1000 ч). В свою очередь, среди выше названного числа наименований (130) имеется лишь 20 наименований относительно быстроизнашиваемых деталей (1216 шт.) с переменным по длине машины ресурсом.
На основании исследований износов деталей можно определить скорости изнашивания и ресурс основных быстроизнашивающихся деталей.
Скорость изнашивания V определяем по зависимости - отношение величины износа детали 8 к наработке машины X к моменту проведения замеров
V = δ/t.(3.18)
Износ втулок, пальцев и других деталей, как правило, неравномерный, поэтому в расчетах принимаются значения средних максимальных односторонних износов. Выравнивание значений замеров износов производится по способу наименьшей средней ошибки в предположении, что скорость изнашивания изменяется по длине машины по закону, близкому к прямой линии вида у=Ьх. Отклонения фактических значений от средней колеблется в пределах 1,5-40%.
Ресурс τ детали определяется по формуле:
t=[δ]/V(3.19)
где[δ]- допустимая величина износа.
Допустимая величина износа отдельных деталей берется с учетом технических требований или исходя из расчета потери прочности детали в результате ее износа.
По данным зависимостям (3.18, 3.19) можно определить либо число ежегодно заменяемых деталей (в соответствии с конкретной годовой выработкой машины), либо общее число деталей, которое необходимо заменить до выработки нормативного срока службы машины.
При проведении исследований сотрудниками ВНПО "Радуга" по определению рациональной номенклатуры ЗИП для капитального ремонта все узлы и детали "Фрегат" были сгруппированы по наиболее характерным признакам потери работоспособности, (табл. 3.3) [31]
Как видно из таблицы, узлы и детали имеют ресурсы, зависящие от различных причин и условий. Так, узлов и деталей, подверженных различного вида износам (механическому, гидроабразивному) насчитывается 1298 шт. 72 наименований. Имеется относительно много узлов и деталей, подверженных воздействию коррозии - 1492 шт. 71 наименования. Значительную часть составляют узлы и детали, ресурс которых в основном зависит от воздействия различных климатических условий эксплуатации машин - 524 шт. 56 наименований.
Таблица 3.3.
Группирование узлов и деталей дождевальной машины «Фрегат» по наиболее характерным признакам потери работоспособности.
|
Количество |
Число узлов и |
Ориентиро |
|
|
Наименование группы |
Наименований |
деталей, шт |
вочная масса, |
|
узлов и дета |
кг |
||
|
лей, шт |
|||
|
1. Узлы и детали с ресурсом, |
56 |
524 |
5020 |
|
не зависящим от наработки и |
|||
|
длины машины (стойка не |
|||
|
подвижной опоры, попере |
|||
|
чина, проволока и т.д.) |
|||
|
2. Узлы и детали с ресурсом, |
26 |
227 |
4300 |
|
зависящим от наработки |
|||
|
машины (колено поворот |
|||
|
ное, трубы, дождевальные |
|||
|
аппараты) |
|||
|
3. Узлы и детали с ресурсом, |
46 |
1071 |
2900 |
|
переменным по длине и зави |
|||
|
сящим от наработки (колеса, |
|||
|
детали гидропривода, стопо |
|||
|
ры и т.д.) |
|||
|
4. Резино-технические и |
23 |
473 |
170 |
|
пластмассовые узлы и дета |
|||
|
ли, подверженные старению |
|||
|
(напорные шланги, манжеты, |
|||
|
сливные трубы и т.д.) |
|||
|
5. Узлы и детали, подвер |
71 |
1492 |
1030 |
|
женныезначительному воз |
|||
|
действию коррозии |
|||
|
(переходники, тросы, муфты) |
|||
|
6. Крепежные изделия |
62 |
7335 |
170 |
|
(болты, винты, гайки, |
|||
|
шайбы) |
Исходя из вышеизложенного, в номенклатуру ЗИП для капитального ремонта нами включены узлы и детали, ресурс которых не превышает полного ресурса машины до списания при продленном сроке службы (около 18 тыс. ч); подверженные старению и коррозии; имеющие в практике эксплуатации случайные или аварийные поломки и деформации, а также выходящие из строя во время разборочно-сборочных работ и устанавливаемые при модернизации машины.
На основании ресурсных испытаний и исследований [31] были определены ресурсы узлов и деталей дождевальной машины "Фрегат" (различных шайб, узлов и деталей с ресурсом до 10 и от 10 до 20 тыс. ч), характеристики рассеивания которых достаточно удовлетворительно описываются законом нормального распределения, характеристики рассеивания остальных узлов и деталей описываются законом распределения Вейбулла. (рис. 3.4)
Кроме того, довольно много узлов и деталей по длине машины имеют переменный ресурс, (рис. 3.5) Практически все узлы и детали последней тележки имеют ресурс до 10 тыс. ч. Увеличение ресурса происходит по мере приближения к неподвижной опоре. На первой тележке ресурс большинства узлов и деталей превышает 20 тыс. ч.
Таблица 3.4.
Группирование узлов и деталей "Фрегата" по ресурсу
|
Наименование группы |
Ресурс |
Количество |
Число |
Ориенти |
|
(в границах с доверительной вероятностью а =0,8), |
наименован |
узлов и |
ровочная |
|
|
ий узлов и |
деталей, |
масса,кг |
||
|
ТЫС. ч. |
деталей |
шт. |
||
|
1. Узлы и детали с ре |
4,49<8,75<13,0 |
39 |
704 |
241 |
|
сурсом до 10 тыс. ч |
||||
|
2. Узлы и детали с ре |
11,23<14,83< |
27 |
476 |
300 |
|
сурсом от 10 до 20 |
18,43 |
|||
|
тыс. ч |
||||
|
3. Узлы и детали с ре |
23,68<101,92< |
110 |
1536 |
9980 |
|
сурсом свыше 20тыс.ч |
199,62 |
|||
|
4. Крепежные изделия |
5,02<14,35< |
31 |
4802 |
150 |
|
(болты, винты, гайки) |
25,09 |
|||
|
5. Шайбы |
32,74<69,16< 105,57 |
17 |
2112 |
10 |
|
6. Другие стандартные |
2,91<13,87< |
15 |
412 |
10 |
|
изделия |
24,69 |
|||
|
7. Узлы и детали с пе |
мин. |
46 |
1071 |
2900 |
|
ременным по длине |
3,5<6,65<9,83 |
|||
|
машины ресурсом |
средний |
|||
|
4,67<12,52< 21,49 макс. 1,45<64,8< 136,78 |
Значительная часть узлов и деталей имеет ресурс 20 лет. Тем не менее часть таких узлов и деталей, имеющая повреждения после аварийных поломок машины и по другим причинам, также требует замены при капитальном ремонте. Так, например, при аварийных поломках за 10 лет эксплуатации имеют повреждения: трубы - около 14%, тросы - 10%, рамы тележек - 10%, тросовые опоры - 15 % и др. У машин, работающих на двух позициях, при транспортировке с одной позиции на другую повреждается около 40 % деталей неподвижной опоры (полозья, цепи, стойки).
Анализ статистических данных показывает, что средняя наработка на отказ на 6-й год эксплуатации снижается до 50 ч против 74 ч у машин третьего года эксплуатации, или на 48%. Установлено, что доля износовых отказов на 7-й год эксплуатации увеличивается до 60% общего числа отказов. Кроме того, с увеличением срока эксплуатации ДМ "Фрегат" возрастает число аварийных поломок машины. Трудоемкость устранения таких поломок колеблется от5 до 52 чел.-ч и в среднем составляет 15 чел.-ч.
Для повышения срока службы дождевальных машин необходимо своевременное и качественное проведение технических обслуживаний в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации и рекомендаций по техническому обслуживанию и хранению.
Нами построен график наработки машин ДДА-100МА с указанием группы сложности отказов, (рис. 3.6) Из этого графика видно, что большее число отказов приходится на период до проведения ТО-2 и на период после проведения ТО-3, также видно, что это отказы 1 и 2-й группы сложности. Из чего можно сделать вывод о недостаточно высоком уровне технического обслуживания ДМ.
3.5. Расчет эксплуатационной надежности дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат".
На практике для определения вероятности безотказной работы P(t) или вероятности отказа Q(t) по результатам статистических данных об отказах элементов ДМ при их эксплуатации используют обычно метод непосредственного подсчета вероятностей.
(3.20)
(3.21)
где N0 - количество однотипных видов элементов, за которыми велось наблюдение в течение времени t; n(t) - число отказавших образцов за время t.
С использованием алгоритма, предложенного Ильиным Ю.А. [47,48], в соответствии с полученными значениями была определена функция распределения наработки элементов дождевальных машин до отказа:
(3.22)
Алгоритм позволил также вычислить статистические значения интенсивностей отказов λi(t) по формуле
(3.23)
Вероятность безотказной работы, а также среднее время наработки на отказ определены в виде
Pi=1-Fi(t) (3.24)
(3.25)
где ti-i-ое значение случайной величины наработки элемента ДМ на отказ.
При расчете вероятности безотказной работы дождевальных машин мы использовали построенное "дерево отказов и классификацию отказов элементов ДМ и рассматривали отказы, приводящие к полному прекращению работы машин. Предполагая, что в условиях установившейся эксплуатации поток отказов подчиняется нормальному закону распределения были получены следующие результаты.
Для ДДА-100МА вероятность безотказной работы была рассчитана по формуле:
Рдда—Рвсас.линииРгидросистемы Р насосаРфермы(3.26)
ГдеРвсас.линииРгидросистемы Р насосаРфермы- соответственно вероятность безотказной работы элементов всасывающей линии, гидросистемы, насоса и фермы.
Для рассматриваемой выборки из 22 машин вероятность отказа всасывающей линии 0,35. При этом наблюдалось 4 критических отказа этой подсистемы, соответственно вероятность безотказной работы составилаГвсас.линии= 0,92. Вероятность безотказной работы гидросистемы Ргидросистемы=0,85 при вероятности отказа 0,18 и двух отказах, приведших к прекращению подачи воды. Вероятность безотказной работы насоса и фермы соответственно
Рнасоса =0,87 и Рфермы—0,97 , так как вероятности их отказов 0,2 и 0,18, а имели место 2 отказа насоса и 1 отказ фермы. Вероятность безотказной работы дождевальной машины ДДА-100МА составилаРдда= 0,92-0,85-0,87-0,97=0,66.
Аналогичным образом были рассчитаны показатели безотказной подачи воды дождевальными машинами "Волжанка" и "Фрегат" при выборке наблюдений 20 и 25 машин по формулам:
Р«Волжанка»=Рприс.устр. Рприв.тележкаР трубопровод =0,9-0,93-0,86=0,72 (3.27)
Р"Фрегат"=Рприс.устр.РгидроприводРсистемаавтом.Ртрубопр=0,96-0,7?0,87-0,98=0,63(3.28)
Полученные результаты подтверждают необходимость повышения уровня эксплуатационной надежности ДМ, так как реальные значения показателей ниже установленных нормативами значений (0,9) из-за дефектов узлов и деталей по вине завода-изготовителя, неудовлетворительного технического обслуживания и неправильной организации работы операторов-дождевальщиков, некачественной наладки и регулировки систем обеспечения безостановочной работы ДМ, исчерпания ресурса работы элементов ДМ, из-за истекшего срока эксплуатации, не соблюдения требований, предъявляемых к качеству воды, поступающей в дождевальную машину.
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОРОШАЕМОГО ПОЛЯ
4.1. Связь надежности дождевальной техники с экологией орошаемого поля.
Рассматривая технологический процесс дождевания и непосредственно работу дождевальных машин, в данной работе более подробно остановимся на следующих негативных с экологической точки зрения процессах при возникновении различной сложности отказов:
Сохранность структуры верхнего плодородного слоя почвы под
воздействием дождя является одним из условий экологичности любой ДМ.
Рис. 4.1. Возможные негативные экологические последствия при возникновении отказов в ДМ.
Основными факторами, обуславливающими эрозию почв при поливе дождеванием, являются размеры и скорость падения капель дождя, его интенсивность, уклон орошаемого поля, водопрочность структуры, впитывающая способность почвы, ее исходная влажность, характер и состав сельскохозяйственных культур, возделываемых на данном поле и др.
Мы не рассматриваем факторы природного происхождения, определяемые уклоном поверхности, водопрочностью структуры, скоростью впитывания, покрытием почвы сельскохозяйственными растениями и др.
Остановимся на факторах антропогенного характера, связанные с видом дождевальных машин и технологией поливов, а именно интенсивность дождя и диаметр капель.
Существует понятие средняя и мгновенная интенсивность дождя для каждой дождевальной машины. Средняя интенсивность дождя с точки зрения механизма взаимодействия капель дождя и поверхностного слоя воды на почву не в полной мере является правильной и исчерпывающей характеристикой. Более точной характеристикой в данном случае является мгновенная интенсивность дождя и ее изменения по длине облака или крыла.
Структура дождя, создаваемая машинами, характеризуется интенсивностью, размером капель, слоем осадков за один цикл и равномерностью распределения по орошаемому полю.
Мгновенная интенсивность ρ выражается отношением приращения слоя осадков dhк приращению времени dt:
мм/мин. (4,1)
Средняя интенсивностьрср не зависит от скорости движения машины и определяется как отношение среднего слоя осадков hcp, поступающих на определенную площадь F, ко времени их выпадения t:
мм/мин (4.2)
где Q - расход воды машиной, л/сек;
F - площадь захвата дождем, м2.
Правильное распределение общего расхода воды дождевальной машины между дождевальными аппаратами позволяет значительно повысить коэффициент равномерности распределения дождя, снизить до минимума поверхностный сток.
Капли более крупных размеров при падении сильнее разрушают верхний слой почвы. При этом заполняются поры, уменьшается водопроницаемость почвы и , соответственно, увеличивается сток. Чем больше размер капель при прочих равных условиях, тем выше и кинетическая энергия ударного воздействия капель дождя и вполне естественно потенциальная опасность к эрозии возрастает и, наоборот.
Рассматривая возможность возникновения водной эрозии из-за ненадежной работы ДМ, мы будем подразделять отказы, вызывающие изменения качества дождя, и отказы, сопровождающиеся непроизводственными потерями воды.
Под требованиями соблюдения экологии также подразумевается комплекс положительных качеств машины, исключающих загрязнение почвы и растений горюче-смазочными материалами не только при заправке двигателей и смазке узлов машины, но и при отказах, вызывающих протечки ГСМ, а также сокращение вреда при работе двигателей в виде выхлопных газов. Для предотвращения протекания ГСМ надо не допускать неисправностей двигателей и других узлов, содержащих детали, требующие смазки.
Неблагоприятными экологическими последствиями считаем излишнее уплотнение почвы (уменьшение коэффициента земельного использования (КЗИ) и повреждение растений при осуществлении полива.
Неисправности и поломки дождевальных машин возникают из-за:
Пример неисправностей и поломок ДМ "Фрегат" по перечисленным выше группам представлен в таблице 4.1.
Одним из основных показателей, обеспечивающих бесперебойную работу ДМ, является качество оросительной воды. Например, анализ литературных источников показал, что одной из главных причин неисправностей и поломок ДМ "Фрегат" является плохая очистка воды. Попадание вместе с водой в машину мельчайших частиц в клапаны- распределители нарушает нормальную работу гидропривода самоходных тележек, а также приводит к плохой работе дождевальных аппаратов из-за их засорения. По этим же причинам может изменяться скорость движения тележек, происходит искривление трубопровода. Из- за несовершенной очистки воды часто забиваются сопла дождевальных аппаратов и сливных клапанов, особенно на последней тележке ДМ "Фрегат". [100] Главной причиной неисправностей и поломок "Фрегатов", на устранение которых приходилась больше всего (87,3%) затрат рабочего времени, явились - плохая очистка оросительной воды и отсутствие промывок трубопроводов в процессе испытаний, из-за чего фильтры-песколовки машин приходили в негодность еще при пуско- регулировочных работах.
Таблица 4.1.
Пример неисправностей и поломок ДМ «Фрегат»: [100]
|
№ |
Характер отказа |
Число |
Среднее время |
|
|
п/п |
отказов |
Устране |
Трудоемк |
|
|
ниенеис |
ость |
|||
|
правности |
чел. час |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
По вине завода-изготовителя |
||||
|
1. |
Излом трубопровода |
5 |
6ч. 11мин. |
18,55 |
|
Неудовлетворительное |
||||
|
техническое обслуживание |
||||
|
1. |
Опрокидывание тележки, |
|||
|
деформация тросовой опоры, |
2 |
14ч.00мин. |
45,42 |
|
|
излом консоли |
||||
|
2. |
Остановка промежуточной |
|||
|
тележки |
||||
|
- отсутствие подъема штока |
||||
|
клапана-распределителя |
40 |
0ч. 15мин. |
0,25 |
|
|
- отсутствие захвата клапана- |
||||
|
распределителя |
8 |
0ч. 18мин. |
0,30 |
|
|
- засорение фильтра |
2 |
0ч.27мин. |
0,30 |
|
|
гидропривода |
||||
|
3. |
Нарушение движения |
|||
|
концевого аппарата, |
15 |
0ч.38мин. |
0,63 |
|
|
попадание песка |
||||
|
4. |
Нарушение вращения насадки, |
|||
|
попадание песка |
39 |
- |
- |
|
|
5. |
Срыв шланга высокого |
|||
|
давления питания клапана- |
6 |
0ч.35мин. |
0,58 |
|
|
распределителя |
||||
|
6. |
Сдвиг полозьев неподвижной |
|||
|
опоры на фундаменте с |
2 |
- |
- |
|
|
обрывом цепей |
||||
|
7. |
Течь в водосливном клапане, |
|||
|
засорение мембраны песком |
38 |
0ч.07мин. |
0,12 |
|
|
8. |
Прорыв сетки фильтра |
|||
|
дополнительной очистки воды |
7 |
- |
- |
|
|
Некачественная наладка |
||||
|
1. |
Остановка промежуточной |
|||
|
тележки из-за: |
||||
|
- откручивания сливного |
6 |
0ч.26мин. |
0,43 |
|
|
клапана |
||||
|
- потери гаек и болтов |
5 |
2ч. 18мин. |
2,30 |
|
|
- пробуксовки тележки |
11 |
0ч.35мин. |
0,58 |
|
|
2. |
Не срабатывает электрозащита |
|||
|
- обрыв проводов |
5 |
0ч.35мин. |
0,55 |
|
|
- разрядился аккумулятор |
5 |
- |
- |
|
|
3. |
Самоотвинчивание |
|||
|
дождевальных аппаратов |
4 |
0ч. 15мин. |
0,25 |
|
|
4. |
Отказ работы дождевальных |
|||
|
аппаратов, разрыв, засорение |
||||
|
импульсной трубки |
10 |
0ч.25мин. |
0,42 |
|
|
5. |
Течь из-под крышки фильтра |
|||
|
дополнительной очистки воды |
||||
|
из-за повышения давления до |
4 |
0ч.04мин. |
0,07 |
|
|
12 атм. |
||||
|
6. |
Провисание трубы сливной |
|||
|
магистрали - обрыв хомутов |
1 |
- |
- |
|
|
крепления |
||||
|
7. |
Нарушение дистанционного |
|||
|
управления за работой |
||||
|
дождевальных аппаратов |
3 |
0ч. 10мин. |
0,17 |
|
|
Исчерпание ресурсов |
||||
|
элементов |
||||
|
1. |
Остановка промежуточной |
|||
|
тележки из-за: |
||||
|
- деформации пружины рычага |
||||
|
гидропривода |
1 |
1ч.00мин. |
1,00 |
|
|
- искривления скобы привода |
||||
|
рычага |
4 |
0ч. 20мин. |
0,33 |
|
|
- излома пружинного штифта |
||||
|
тяги привода рычага |
1 |
1ч.30мин. |
1,5 |
|
|
- излома клапана |
1 |
1ч.20мин. |
1,33 |
|
|
распределителя |
||||
|
- срыва штока клапана |
||||
|
распределителя |
2 |
0ч.45мин. |
0,75 |
|
|
2. |
Срыв поперечной тяги привода |
|||
|
автомата синхронизации |
||||
|
движения тележки в узле |
1 |
Зч.ООмин. |
5,24 |
|
|
крепления |
||||
|
3. |
Прекращение вращения |
|||
|
дождевальных аппаратов из-за |
||||
|
- деформации пружины |
2 |
- |
- |
|
|
- выпресования из гнезда |
||||
|
корпуса оси реактивной |
8 |
- |
- |
|
|
лопатки |
Впоследствии, после промывки и рехтовки , они снова становились на прежнее место , при наличии резервных заменялись новыми, а при повторном прорыве выбрасывались вообще.
Отсутствие очистки воды приводило к постоянному засорению и деформации фильтров гидроприводов тележек, нарушению режима их работы и к плохой работе дождевальных аппаратов, особенно дальнеструйных, из-за засорения песком или мусором.
Применительно к высоконапорным дождевальным машинам нормирующими показателями являются крупность и плотность минеральных частиц, оказывающих вредное влияние на работу дождевальных аппаратов и приводящих к изнашиванию насадок (сопел), к нарушению равномерности искусственного дождя.
Более подробно описанные последствия мы рассмотрим далее в работе, а также для каждой конкретной дождевальной машины рассмотрим конструктивные особенности ее строения и технологический процесс дождевания, чтобы выявить те отказы, которые оказывают значительной влияние на экологическое состояние поля.
4.2. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины ДДА-100МА.
Дождевальный агрегат ДДА-100МА производит полив в движении, поэтому, говоря об экологии орошаемого поля, особое внимание надо уделить работе трактора. Рассмотрим экологическое нарушение от выхлопных газов при работе трактора. Здесь необходим подбор нужного качества дизельного топлива для уменьшения вредных веществ в выхлопных газах во время его работы. Трактор при дождевании расходует 4,06кг горючего на каждые 100м3 воды, прошедшей через агрегат ДДА-ЮОМА. Всего на каждые 100м3 воды расходуется 6,99кг, в том числе на водоподъем 2,86кг, на оросительную сеть 0,07кг. [90]
Таблица 4.2
Расход горючего на каждые 100 м3, политые ДМ ДДА-ЮОМА.
|
Наименование операции |
Расход горючего, кг |
|
На водоподъем |
2,86 |
|
На оросительную сеть |
0,07 |
|
На дождевание |
4,06 |
|
Всего: |
6,99 |
В процессе работы дизельного двигателя трактора ДТ-75М применяется дизельное топливо марки Л-02-40 с долей серы 0,2%, выбрасываются: твердые частицы, сажа, аэрозоли масла, несгоревшее топливо и компоненты серы. Если за сезон полива на площади 100га использовано воды в среднем 108870м3, то расход топлива составляет 7610кг.
Установлено, что при обработке одного гектара пашни тракторный двигатель, работающий на дизельном топливе, выбрасывает в атмосферу до 300м3 газа. В составе выбрасываемого газа основную долю занимает углекислый газ СО2. Для уменьшения вредного влияния выхлопы газов необходимо производить не в атмосферу, а во всасывающую насосом воду. Полученная в результате химической реакции H2O+CO2=H2CO3 угольная кислота, не повреждая растений, попадает в почву и переводит находящийся в почве фосфор в доступное для растений состояние.
Так как дождевальная машина ДДА-ЮОМА передвигается по специально отведенным дорогам, об уплотнении почвы здесь мы не говорим. Но надо отметить, что эксплуатационные дороги требуют ежесуточного профилирования автогрейдером. Необходимо отметить вредное воздействие выхлопных газов на среду от ежесуточной работы автогрейдера.
Протечки масла на почву и сельскохозяйственные культуры могут иметь место, например, при разрыве рукава высокого давления гидросистемы.
На рис. 4.2 показана схема экологического воздействия на орошаемое поле при работе ДДА-100МА.
При возникновении некоторых отказов и при их устранении происходит вытаптывание почвы и повреждение сельскохозяйственных растений. На каждые 100га орошаемого поля прокладывается 10 открытых оросительных каналов nк на расстоянии друг от друга 120м и от каждого края поля на расстоянии 60м. Следовательно, ширина поливаемого поля будет 1200м, а длина оросительных каналов 1к=835м.
Количество смен в поливной период максимальное 78, минимальное 40. В среднем за 8 лет наблюдений определялось как 64 смены. [90]
Тогда площадь тропы, протоптанной оператором при приеме ДМ, составит Sr=Bn*ln*n= 0,3*2*100 64 =3840 м2 = 0,384 га. Повреждение поверхности поливаемого поля от следов уравнительных цепей Sц=Bц*lк*nк= 0,2*835*10 =1670 м2 = 0,167га.
Повреждение сельскохозяйственных культур может происходить при поломках фермы, ее перекосах и наклонах, что происходит из-за отказов в гидросистеме подъема фермы, а также при отказах в поясах самой фермы.
Рассмотрим влияние отказов элементов ДМ ДДА-100МА на возможность возникновения эрозии и размыва почвы. Качество дождя во многом определяется работой центробежного насоса, то есть его характеристиками: расходом, напором, допустимой высотой всасывания. Такие отказы, как износ рабочего колеса или износ колец уплотнения, приводят к изменениям рабочих характеристик насоса, снижению КПД насоса, соответственно к изменениям качества дождя. Для устранения этих отказов требуется замена, вышедших из строя деталей.
Дождевальные насадки являются наиболее значимым элементом, влияющим на качество создаваемого дождя. Износ дефлектора или износ отверстий насадок, требующий их замены, вызывает увеличение объема воды, подаваемой на поле данной насадкой. Одной из причин выхода из строя дождевальных аппаратов является плохая очистка воды, вызывающая абразивный износ.
Необходимо также рассмотреть влияние износа элементов дождевальных аппаратов на качество создаваемого дождя.
В таблице 4.3 [112] приведены данные по характеру распада струи
при дождевании на капли.
Таблица 4.3 Характер распада струи на капли
|
Характер струи |
Отношение напора к |
|
диаметру сопла Н/с1 |
|
|
Сплошная струя, не распадающаяся на капли |
до 900 |
|
Слабоераспадание струи на капли, непригодные |
900-1500 |
|
для орошения |
|
|
Распадание струи на капли средней крупности, |
1500-1600 |
|
пригодные для орошения трав на лугах и |
|
|
пастбищах |
|
|
Распадание струи на более мелкие капли, |
1700-1800 |
|
пригодные для орошения сельскохозяйственных |
|
|
культур |
|
|
Распадание струи на мелкие капли, пригодные |
2000-2200 |
|
для орошения всех культур |
Для примера возьмем концевую насадку аппарата ДДА-100МА, сопло имеет диаметр d=22 мм, расход воды через насадку q=5 л/с, число часов работы tр=240 часов, тогда объем Qбудет равен
Q=q*60*90*tp= 5*60*60*240 = 432 м3
Число взвешенных частиц возьмем m=1г/л, тогда масса взвешенных частиц, прошедшая через сопло, будет:
M=mQ=1*432000=432 кг.
Сопло, пропустив через себя такую массу взвешенных частиц понесет потери материала за счет изнашивания. Диаметр проходного отверстия сопла увеличивается. Рассмотрим теперь, как обеспечивается
качество дождя при номинальных и предельных значениях параметра.
Таблица 4.4. [95]
Изменения регулировочных характеристик агрегата ДДА-100МА.
|
Параметр |
Значение параметра |
|
|
Номинальный |
Предельный |
|
|
Диаметр сменных сопел, мм |
||
|
концевой панели |
22 |
22+1,2 |
|
1-Й панелей |
14 |
14+0,7 |
|
Ш-У1 панелей |
13 |
13+0,7 |
|
УП-ХН панелей |
12 |
12+0,7 |
|
Номинальная частота вращения |
1687 |
- |
|
насоса, об/мин |
||
|
Разряжение при заполнении |
0,2-0,35 |
0,2-0,35 |
|
всасывающей линии, кг/см2 |
||
|
Производительность насоса, л/с |
130 |
123 |
|
Давление, развиваемое насосом при |
3,7 |
3,1 |
|
работе, кгс/см2 |
||
|
Скорость подъема штока |
3,7 |
76 |
|
гидроцилиндра фермы, мм/с |
Расчет будем проводить по соплу концевой панели. Для номинального значения параметра Н=37 м,d=22 мм, следовательно, отношение Н/d=1681, то есть струя близко подходит к тому, что распадаясь на капли более мелкие, чем средней крупности, можно производить полив сельскохозяйственных культур.
Взяв предельные параметры Н=31 м, d=23,2 мм, получим значение отношения Н/d=1336, то есть с таким качеством дождя - при слабом распадении на капли, производить орошение нельзя.
Делаем вывод, что необходимо производить анализ проб воды, предназначавшейся для полива, на содержание взвешенных частиц, замеры проб регулировочных характеристик производить не через 240 часов работы, а значительно раньше - через 120 часов. Отказы всасывающей линии могут изменять или нарушать работу центробежного насоса и дождевальных насадок, то есть влиять на качество создаваемого дождя.
Опасным с эрозионной точки зрения для ДДА-ЮОМА считаем отказы фермы, например, разрыв труб нижнего пояса. Для его устранения необходима замена или сварка труб. Производить данные операции можно только после полного опорожнения трубопровода. В данном случае большое количество воды оказывается вылито на поле, что недопустимо с точки зрения размыва почвы.
При каждой остановке насоса через сливные клапана сбрасывается Vф=2,8м3 воды. Следовательно, при приеме смен будет сброшено воды за поливной периодVc=Vфn= 2,8-64 =179м3.
Сброс воды также происходит при перемещении ДМ от одного оросительного канала к другому. При длине оросительного канала 1к=835м и скорости передвижения ДМ, например V=l,35 км/час, на три перехода пп=3 вдоль этого канала будет затрачено время t=Vnп 1К= 3,3 часа.
За смену будет сделан один переезд к другому каналу и один раз произойдет слив воды объемом 2,8 м3. Если длина канала 1к=300м, то при той же скорости ДМ и том же числе проходов вдоль канала t=l,2 часа, за 8 часовую смену ДМ переменит до 5 каналов, следовательно, произойдет пять сливов воды объемом 14м3.
При промывке трубопровода ДМ промывают консоли, после чего устанавливают насадки (2-Змин); при засорении насадок также промывают консоли фермы; из-за накопления ила отвертывают концевую насадку и осуществляют промывку водой при форсированной частоте вращения насоса. Расход воды ДМ 130л/с, время промывки от 120 до 180 с, объем сбрасываемой воды соответственно от 15600 до 23400 л, то есть при каждой промывке сбрасывается от 15,6м3 до 23,4м3 воды.
Наиболее опасными являются отказы, требующие для своей ликвидации опорожнения трубопровода, то есть сопровождающиеся сливом воды на поле. В основном это касается отказов второй группы сложности. Обеспечение нормальной работы ДДА-100МА требует наличия запасных рабочих колес для насоса, насадок, шлангов для гидросистемы.
4.3. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины "Волжанка".
Для анализа воздействия на экологию орошаемого поля работы ДМ "Волжанка" составлена схема экологического воздействия на орошаемое поле при работе ДМ "Волжанка", (рис. 4.3)
В отличии от ДДА-100МА для "Волжанки" большие неприятности с экологической точки зрения могут проявляться ввиде нежелательного уплотнения почвы. Нарушение прямолинейности хода из-за отказов и пробуксовывания колес уменьшают КЗИ и вызывают повреждения растений.
При перекатывании с позиции на позицию трубопровода каждое опорное колесо образует колею. Ширина колеи 150-200мм, глубина колеи 20-100мм, удельное давление на почву - 0,015-0,055Мпа. [112]
Таблица 4.5. [60]
Параметры, характеризующие проходимость ДМ "Волжанка".
|
Средняя колея, мм |
Средняя заминаемая площадь на позиции |
||||
|
Опорные колеса |
Ведущие колеса |
||||
|
глубина |
ширина |
глубина |
ширина |
га |
% |
|
5-53 |
138-211 |
23-110 |
167-315 |
0,017-0,025 |
1,2-1,7 |
Испытаниями, проведенными для крыла ДМ длиной 215м, установлены оптимальные расстояния передвижения машины без выравнивания трубопровода. [28] На восьмой или девятой позиции
Рис. 4.3. Схема экологического воздействия на орошаемое поле при работе ДМ "Волжанка".
изгиб трубопровода достигает 1,5-2м, что может привести к его поломке. Испытания показали, что выравнивание трубопровода необходимо производить через семь позиций. Трасса колес при изгибе трубопровода имеет волнообразный характер. Необходимо отметить, что при перемещении с одного конца поля на другой колеи колес никогда не совпадут, а это, в свою очередь, приведет к еще большей площади уплотнения земли и большему повреждению сельскохозяйственных культур.
При большом искривлении поливного трубопровода выравнивание проводят в несколько проходов. Перестановку колес выполняют в ручную. Начинают работу от ближайшего к приводной тележке колеса. При выравнивании неизбежно вытаптывание почвы вокруг трубопровода и повреждение культурных сельскохозяйственных растений. Одноразовое выравнивание трубопровода при изгибе 1,5-2 выполняется за 20-25 мин.
Искривление трубопровода в процессе его перекатывания вызывает: упругое скручивание, буксование колес и низкую ветроустойчивость; буксование колес ведет к разрушению почвенного слоя и к повреждению сельскохозяйственных культур; буксование особо вредно отражается на свежевспаханной и засеянной земле; крайние колеса трубопровода при большом его изгибе вступают в режим скольжения, что также разрушает почвенный покров и уничтожает растения.
Величина площади отчуждаемой земли зависит от конструктивных особенностей машины, от агрофона и от технических требований по эксплуатации ДМ.
Уплотненная площадь земли от колес S=n 1 в (n - число колес).
Определим площадь уплотнения земли от прохода ведущих и опорных колес ДМ, образуется две колеиSB=BBnBlB=0,167 • 2 •810=270,54=0,027 га или
SB=0,315*2*810=510,3=0,05 га.
В среднем колея от ведущих колес занимает площадь 0,04 га. От опорных колес площадь колеи будет
S0=B0 n01 So=0,138,32,810=3576,9=0,357 га и So=0,210-32-810=5443,2=0,544га. В среднем колея от опорных колес занимает площадь 0,45га. В пересчете на 100га потери посевной площади и повреждение сельскохозяйственных растений на ней составит 1,53га.
Проходы оператора вокруг крыла ДМ при приемке смены и при устранении отказов, а также при подготовке ДМ к переезду с позиции на позицию могут быть определены как Sn=Bn* 1пс* 45, где 45 число гидрантов, Sn=0,3*800*45= 10800=1 га.
Площадь тропы при сопровождении ДМ от позиции к позиции ST=BnFy=0,3*810=243=0,024га.
Затаптывается на закрепленном для полива участке 1,024га, соответственно на 100га - 3 га.
Радиальное и торцевое биение обода колеса должно быть не более 20 мм. (рис. 4.4), длина выхода спицы за поверхность обода колеса не должна превышать 10 мм. [112]
Регулируя длину, а следовательно, натяжение спиц, можно придавать ободу колеса равномерное вращение с допусками на торцевое и диаметральное биение. При проведении ТО-2 проверяется состояние колес и при необходимости производится регулирование натяжения спиц.
При соблюдении данных требований ширина колеи за счет допусков на торцевое биение составит 2д в, а общая уплотненная площадь при работе крыла на закрепленной площади только за счет этих допусков составит:
Ƒдоп=n2ΔBl= 34*2*0,02*810 =1101 м2 = 0,11 га,
где l - длина закрепленного за крылом участка;
n - число колес крыла.
В пересчете на 100 гаƒдоп=0,34 га на одно крыло "Волжанки".
воб=во+ 2Δв=140'2*20 =180 мм,
где боб - ширина вновь образованной колеи;
во - ширина обода;
Δ в - допуск на торцевое биение.
Отчуждаемая площадь
fотч= воб I =0,180-810= 145,8 м2=0,014га.
Искривление трубопровода вызывает угловое смещение приводной тележки по отношению направления движения. На рис.4.5 графически показано, как это влияет на образование уширенной колеи от колес приводной тележки. Рассмотрим движение тележки в положении 1: трубопровод перемещается строго перпендикулярно линии гидрантов а=0°, обозначим ширину колеи В=8 единицам.
При искривлении трубопровода положение 2: а= 3°, В=13 единицам, то есть ширина колеи увеличилась на 16,2%.
Можно сделать вывод - торцевое биение колес не должно превышать установленного допуска 20мм, для сокращения последствий приискривлений трубопровода на образование уширенной колеи, выпрямление трубопровода производить не через 10-15 перемещений, а чаще в пределах 5-6.
Влияние надежности элементов ДМ "Волжанки" на возникновение водной эрозии имеет свои особенности. Так, например, качество дождя во многом определяется давлением воды на входе в саму машину. Устраняется данный отказ созданием расчетного давления на входе в ДМ.
На качество дождя также влияют отказы дождевальных аппаратов, износ сопел которых вызывает увеличение отверстия, соответственно увеличение объема воды. Такой отказ устраняется заменой дождевального аппарата.
Рис 4.5. Влияние искривления трубопровода уширенной колеи.
Внимание уделяем поломкам трубопровода, устранение производится заменой звеньев или аргоно-дуговой сваркой, для которой необходимо создание защитной среды, требуют слив воды из трубопровода, то есть вода вытекает на поле.
Неблагоприятное воздействие на размыв почвы оказывает остановка дождевального аппарата, то есть аппарат перестает вращаться и вода подается в одном направлении - необходима его замена.
Избежание недополива дождевальной машиной "Волжанка" можно обеспечить имея необходимое количество таких запасных частей как: двигатель, фланцы, прокладки, дождевальные аппараты.
Сбрасываемая вода размывает почву. Чтобы несколько уменьшить этот размыв, струю воды направляют на металлическую пластину, установленную под клапаном, что несколько способствует разбрызгиванию струи воды. Для лучшего разбрызгивания вытекающей из отверстий клапана воды предпочтительно установить вращающиеся под действием струи воды диски с направляющими вместо неподвижной пластины. Весь объем воды из трубопровода вытекает за несколько минут (10 - 15 минут). Перемещение трубопровода нельзя осуществлять по направлению . его продольной оси. Это вынуждает на весь сезон полива закреплять крыло за одним участком.
Размеры водной эрозии от работы ДМ "Волжанка" рассмотрим, анализируя графики работы при m=400м3/га и m=900м3/га (рис. 4.6).
Обозначения: t1 - время подготовки и переезд ДМ с позиции на позицию; t2 - время стоянки для выдачи заданной поливной нормы.
Графики составлены при условии, что в воздух испаряется 15%
воды.
сп - слив воды из трубопровода при перемене позиции; сс - слив воды при смене операторов; с0 - слив воды при отказе какого-либо элемента машины.
Объем воды составляет V=5,3 м3.
Объем сливаемой воды находим как
При m=400м /га V=53м на площадь 4,8 га за одни сутки.
При m=900м3/га V=30м3 на площадь 2,47га за одни сутки.
На одной позиции ДМ поливает 0,72 га.
При m=400 м3/га время стоянки ДМ t2= 180 мин, за сутки необходимо произвести семь перемен позицийСп=7. Если обнаружен один отказ С0=1 и произведено две смены операторовСс=2, тогда объем слитой воды: V=5,3(7+1+2)=53 м3.
Приm=900 м3/га время стоянки ДМ t2=400 мин, то за сутки необходимо произвести семь перемен позицийСп=4, обнаружен один отказ С0=1 и произведено две смены операторовСс=2, тогда объем слитой воды:V=5,3(4+1+2)=37 м3.
4.4. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины "Фрегат".
Особенности дождевальной машины "Фрегат" с точки зрения повреждения растений, уплотнения почвы и загрязнения смазочными веществами определяются сложностью ее конструкции.
Неисправности системы автоматической синхронизации тележек вызывают нарушение прямолинейного хода, образование уширенной колеи и повреждения сельскохозяйственных культур. При высоких нормах полива колея может образоваться очень глубокая, что препятствует нормальной работе других сельскохозяйственных машин, например, уборочных комбайнов. Как меры борьбы, мы можем рекомендовать: увеличение ширины колес, применение сдвоенных колес, что позволит снизить удельное давление на грунт.
Поломки и отказы на данной машине устраняются в основном заменой узлов и элементов. Из-за сложности конструкции машины, из-за
наличия систем автоматики, из-за взаимосвязи многих узлов часто при отказах отдельных элементов требуется остановка всей машины, то есть имеет место недополив сельскохозяйственных культур.
Например, поломка гидроцилиндра приводит к поломке всей машины, так как при остановке одной тележки возникает необходимость остановки всей машины, требуется замена цилиндра.
На рис. 4.7 показана схема экологического воздействия на орошаемое поле при работе ДМ "Фрегат".
Сложность конструкции ДМ определяет особенности влияния машины на возможность возникновения почвенного размыва.
Аналогично ДМ "Волжанка" качество создаваемого дождя во многом зависит от давления в сети, то есть давления на входе в машину, а также на качество дождя влияет работа дождевальных аппаратов.
Слив воды на поле во время полива ДМ "Фрегат" может происходить при проведении ежесменного технического обслуживания, а также при отказах системы автоматики или при поломках трубопровода, когда для проведения сварочных работ требуется его опорожнение - объем воды в трубопроводе 10м3.
Определение количества воды, выливаемой на поле при работе гидроцилиндров самоходной тележки "Фрегат".
При каждом цикле тележка передвигается на 150мм. Цилиндр диаметром 100мм и рабочим ходом 670мм дойдя до верхнего положения с помощью вилки рычага-переключателя и клапана-распределителя перекрывает доступ воды под давлением, открывая одновременно отверстия для слива отработанной воды. На поле сбрасывается через сливную трубу 5,3 литра при каждом цикле работы.
Зная размер радиуса расположения тележки, определяем длину пути при завершении одного круга работы: L=2πRтел. Последняя 16 тележка установлена на расстоянии R16=438 м, при m=220 м3/га..
Цикл работы цилиндра n=5,5 ходов в минуту.
Диаметр рабочего цилиндра - 100 мм, то есть r=50 мм;
Рабочее перемещение - 670 мм;
Объем поступающей в цилиндр воды V=πr2l: V=3,14• 502* 670=5259=5,Зл.
За минуту работы гидроцилиндр 16 тележки сбросит 5,5-5,3=29 л/мин.
Число циклов 15 тележки будет зависеть от пути, который ей надо будет пройти, то есть L15= 2πR15=2<*3,14*408=2565 м; число циклов n= L16n/l16n=2565*5,5/2751=5,1; сброс воды 5,1*5,3=27 л/мин.
|
L14 |
=2 π379=2380 м |
n=2380*5,5/2751=4,7 |
4,7 5,3=25 л/мин |
|
L13 |
=2 π349=2192 м |
n=2192*5,5/2751=4,4 |
4,4 5,3=23 л/мин |
|
L12 |
=2 π320=2009 м |
n=2009*5т5/2751=4,0 |
4,0 5,3=21 л/мин |
|
L11 |
=2 π290=1821 м |
n=1821*5,5/2751=3,6 |
3,6 5,3=19 л/мин |
|
L10 |
=2 π260=1633 м |
n=1633*5,5/2751=3,2 |
3,2 5,3=17 л/мин |
|
L9 |
=2 π231=1450 м |
n=1450*5,5/2751=2,9 |
2,9 5,3=15 л/мин |
|
L8 |
=2 π201=1262 м |
n=1262*5,5/2751=2,5 |
2,5 5,3=13 л/мин |
|
L7 |
=2 π172=1080 м |
n=1080*5,5/2751=2,1 |
2,1 5,3=11 л/мин |
|
L6 |
=2 π147=923 м |
n=923*5,5/2751=1,8 |
1,8 5,3=9 л/мин |
|
L5 |
=2 π122=766 м |
n=766*5,5/2751=1,5 |
1,5 5,3=8 л/мин |
|
L4 |
=2 π98=615м |
n=615*5,5/2751=1,2 |
1,2 5,3=6,5 л/мин |
|
L3 |
=2 π73=458 м |
n=458*5,572751=0,9 |
0,9 5,3=5 л/мин |
|
L2 |
=2 π50=314 м |
n=314*5,5/2751=0,6 |
0,6 5,3=3 л/мин |
|
L1 |
=2 π24=151 м |
n=151*5,5/2751=0,3 |
0,3 5,3=1,6 л/мин |
Суммировав значения сброса, получили 233л/мин, то есть на перемещение машины каждую минуту требуется 233 литров воды. За час количество отработанной и сбрасываемой на почву воды 233 60=13986 л/час, то есть 13,9 м3/час, а за один оборот (51 час) сброс воды составит 13986-51 =713286 л, то есть 713,3 м3 и повышается до 750 м3 в зависимости от нормы полива.
На примерах при m=1000м3 /га и m=600м3 /га рассмотрим, сколько будет сброшено на поле воды при работе гидроцилиндров и при приеме смен из сливных клапанов. По рис. 4.8 определим, что при m=1000м3/га число циклов гидроцилиндра nц 16 тележки будет равно 1,5. ДМ на полный круг затратит время 200 часов или 25 смен по 8 часов каждая.
Сброс воды при 5,5 циклах составит 233л/мин, соответственно при
1,5 - 63,5 л/мин. За полный круг при m=1000м /га объем воды составит 762м3.
При m=600м /га число циклов будет 2,5 , время 120 часов или 15, смен объемы соответственно -106 л/мин и 763м3.
Промывка трубопровода также наносит ущерб окружающей среде. Время промывки находится в пределах 3-10 минут. При расходе ДМ 100л/сек через открытую концевую заглушку и дождевальные аппараты пройдет объем воды соответственно от 18 до 60 м3.
Гидропривод последней тележки машины имеет 5,5 циклов в минуту. Скорость передвижения трубопровода по кругу задается механизмом регулировки последней тележки в зависимости от поливной нормы. Остальные 15 самоходных тележек регулируются так, чтобы обеспечить равномерное движение по всей длине трубопровода.
Водная эрозия почвы возникает от сброса отработанной воды гидропривода тележек, что составляет 233л/мин, то есть 13980 л/час, при полном обороте ДМ, а за 51 час - 713 м3 . С учетом двух смен и двух возможных неисправностей ДМ останавливается не менее 4 раз, сбрасываемая вода через сливные клапана за один раз - 10 м3 и за один оборот - 40 м3. Если пересчитать на 100га, получим 66,6 м3 воды.
С увеличением нормы полива растет число смен, например, при m=600м3/га ДМ на полный круг затратит 120 часов - 15 смен, а при m=1000м3/га 200 часов - 25 смен, что соответственно увеличит сброс воды с 150 м3 до 250 м3.
Продолжительность одного оборота ДМ
Сброс воды через сливные клапана
Сброс воды при работе гидропривода
Суммарный сброс воды
Число циклов 16 тележек в минуту - т, м3/га — . — - t полного оборота
Рис. 4.8. Зависимость нормы полива от числа полных ходов цилиндра гидропривода
На рис. 4.8 показана зависимость нормы полива (ш м3/ч) от числа ходов цилиндра гидропривода ДМ "Фрегат" и продолжительность в часах для обхода одного круга. На рис. 4.9 отражена зависимость расхода воды ДМ от поливной нормы (m м3/га), числа смен и объема сливаемой воды при работе гидропривода.
Образование колеи при работе ДМ "Фрегат".
При нормальной работе водопроводящий трубопровод представляет собой плавную линию со стрелой прогиба от 1,5 до 2 м в сторону движения. Задние колеса самоходных опорных тележек должны идти по колее передних колес. Водопроводящий трубопровод как гибкая система подвержен периодическим колебаниям как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. На эти колебания влияет состояние поверхности поля.
Колеса приводных самоходных тележек вынуждены реагировать на изгибы водопроводящего трубопровода, траектория колеи принимает волнообразный характер (с различным периодом и амплитудой). Все это вызывает уширение колеи в пределах от 240 до 400 мм, также повреждение культурных растений.
Для выяснения влияния разворота тележки (угла α) по отношению радиуса вращения было принято графическое построение процесса. При построении принималось во внимание то, что оси колес приводной тележки разнесены на 3,5 м (обозначим через l) Каждая из тележек имеет свой радиус вращения R. На рис. 4.10 приведены примеры изменения ширины колеи от угла а.
Положение I. Трубопровод не имеет изгиба, движение происходит по радиусу R, угол а-0. Ширина колеи переднего и заднего колес соответствует ширине обода (обозначим как В). В этом положении В=22единицам.
Рис. 4.10. Графическое построение зависимости изгиба трубопровода ДМ "Фрегат".
Положение И. При значении а-3°, трубопровод развернул тележку и точка b линии соприкосновения обода колеса с почвой стала перемещаться по увеличенному радиусу. Ширина колеи принимает значение В=26единицам, то есть на 11,8% больше, чем в положении I.
Положение III. Величина а =8°, ширина колеи В=32единицы или на 14,5% больше, чем при а-0. (рис. 4. 10)
Для проверки правильности графического решения процесса образования уширенной колеи от колес приводной тележки ДМ "Фрегат" нами был изготовлен макет трубопровода с тележкой.
Колеса макета тележки имели диаметр 41,5 мм, ширина обода 9,5 мм, оси колес разнесены на l =60 мм, радиусы вращения Rl=740мм и R2=78мм. Угол, а изменялся в пределах от 0 до 10°.
На рис. 4.11 зафиксированы результаты замеров ширины колеи при отношениях R2/l=78/6=13 и R1/l=740/6=123 и различных углах а.
На реальной машине R2/l=50/3,5= 14,3, что соответствует
расположению 2-ой тележки, и Rl/l=438/3,5= 125, что соответствует расположению 16-ой тележки.
На макете "агрофоном" служила поваренная соль.
На рис. 4.11 показаны примеры при различных изменениях угла а. При а =0° ширина колеи составила 9,5 мм, переднее и заднее колеса следовали по одной и той же колее. Изменение угла а до 3° повлекло за собой уширение колеи в районе второй тележки до 13 мм на 14,4%, а в районе 16 тележки несколько меньше - до 12 мм на 13,3%.
Увеличение угла а до 10° резко изменило образование колеи. В районе второй тележки образовались две самостоятельные колеи - одна от переднего колеса, другая от заднего, между колеями образовался валок шириной 4 мм. Колеи колес разошлись на расстояние 22 мм. В районе 16-ой тележки наблюдалась аналогичная картина, но валок имел ширину 3 мм, колеи колес разошлись на 21 мм.
Рис. 4.11. Образование колеи на макете ДМ "Фрегат"
Рассмотрим потерю посевной площади от образования колеи колесами дождевальной машины. Ширина колеи тележки в пределах 0,24 -0,4 м. При рассмотрении принимаем, что первые 7 тележек имеют ширину (b1-7) до 0,2 м (ширина обода колес 0,16 м ), а от 8 тележки до 16- ой (b8-16) принимаем ширину колеи 0,4 м. Площадь кольца: S=π(R2-r2)=π(R+r)(R-r)=2πRср
От прохода по кольцу площадь 16-ой тележки составит:
S16= я-(438,2+437,8)(438,2-43Т,8)0,4=440 м2, то есть 0,044 га;
S15= яг(408,2+407,8)(408,2-407,8)0,4=409,9 м2, то есть 0,041 га;
S14= к (379,2+378,8)(379,2-378,8)0,4=381 м2, то есть 0,038 га;
S13= п (349,2+348,8)(349,2-348,8)0,4=351 м2, то есть 0,035 га;
S12= тс (320,2+319,8)(320,2-319,8)0,4=321 м2, то есть 0,032 га;
S11= к(290,2+289,8)(290,2-289,8)0,4=291 м2, то есть 0,029 га;
S10= я-(260,2+259,8)(260,2-259,8)0,4=261 м2, то есть 0,026 га;
S9= п (231,2+230,8)(231,2-230,8)0,4=232 м2, то есть 0,023 га;
S8= /г (201,2+200,8)(201,2-200,8)0,4=202 м2, то есть 0,020 га;
S7= яг(172,1+171,9)(172,1-171,9)0,2=43 м2, то есть 0,004 га;
S6= ^(147,1+146,9)(147,1-146,9)0,2=37 м2, то есть 0,0037 га;
S5= я-(122,1+121,9)(122,1-121,9)0,2=31 м2,то есть 0,0031 га;
S4= яг(98,1+97,9)(98,1-97,9)0,2=25 м2, то есть 0,0025 га;
S3= лг(73,1+72,9)(73,1-72,9)0,2=18 м2, то есть 0,0018 га;
S2= я(50,1+49,9)(50,1-49,9)0,2=12 м2, то есть 0,0012 га;
S1= тс (24,1+23,9)(24,1 -23,9)0,2=6 м2, то есть 0,0006 га;
Суммировав значения площадей, получили 1,1 га.
Sкр=πR2Sкр=π4382 =602390 м2 или Rкр=60,2 га
Если 60,2га -100%, то 1,1га -? Получаем 1,83%, в пересчете на 100га, то есть если 60,2га -1,83%, то 100га -? Получаем 3,3% отчуждается на образование колеи на каждые 100га посевов. Поврежденность растений составляет 0,8-1,3%. КЗИ в пределах обхода последней тележки составляет 0,98%.
Таблица 4.6
Расход и сбрасывание воды при работе гидропривода
|
№ тележки |
Расстояние от гидранта, м |
Число циклов в минуту |
Расход воды, л/мин |
Площадь колеи полного круга, га |
|
16 |
438 |
5,5 |
29 |
0,044 |
|
15 |
408 |
5,1 |
27 |
0,041 |
|
14 |
379 |
4,7 |
25 |
0,038 |
|
13 |
349 |
4,4 |
23 |
0,035 |
|
12 |
320 |
4,0 |
21 |
0,032 |
|
11 |
290 |
3,6 |
19 |
0,029 |
|
10 |
260 |
3,2 |
17 |
0,026 |
|
9 |
231 |
2,9 |
15 |
0,023 |
|
8 |
201 |
2,5 |
13 |
0,020 |
|
7 |
172 |
2,1 |
11 |
0,004 |
|
6 |
147 |
1,8 |
9 |
0,0037 |
|
5 |
122 |
1,5 |
8 |
0,0031 |
|
4 |
98 |
1,2 |
6,5 |
0,0025 |
|
3 |
73 |
0,9 |
5 |
0,0018 |
|
2 |
50 |
0,6 |
3 |
0,0012 |
|
1 |
24 |
0,3 |
1,6 |
0,0006 |
|
∑ |
233 л/мин |
1,1 га |
Определим протяженность пути прохода операторами при ЕТО.
При m=400м3/га - время полного оборота машины составит 76 часов или 9 смен операторов. При нормеm=750м3/га - 136 часов или 17 смен операторов. Протяженность прохода оператора при 9 сменах составляет 3,9 км, при 17 - 7,4 км. Обходя каждую из 16 тележек, оператор протаптывает тропы, заминает, а то и ломает часть сельскохозяйственных растений. При работе на одной позиции ДМ "Фрегат" потеря посевной площади от колеи колес тележек составляет 1,1га или 1,83%. На двух позициях соответственно - 2,2 га.
При перемене позиции повреждаются сельскохозяйственные растения на площади 0,29+0,13=0,42га. Степень повреждения растений составляет от 2,4 до 2,5%. Зерновые культуры заминаются на площади не более 0,5%
ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛИВНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОРОШАЕМОГО МАССИВА
5.1. Совершенствование существующих технологий обслуживания дождевальных машин.
Современное экологическое состояние территорий, находящихся под воздействием оросительных систем с ДМ и состояние дождевальной техники, заставляют обратиться к задачам совершенствования существующих оросительных систем за счет повышения эффективности системы управления процессом. Предлагаемый нами аппарат необходим для контроля соответствия состояния ДМ и последствий проведения полива существующим нормативным требованиям и ограничениям, в том числе экологическим.
Своевременные и целесообразные по глубине и объему профилактические работы позволяют повышать технические характеристики ДМ, улучшать их показатели надежности.
Чтобы добиться максимально возможных значений выбранных показателей качества функционирования рассматриваемой ДМ, необходимо определить оптимальную наработку на профилактику и соответствующий ей коэффициент готовности агрегатов. Такие задачи в теории надежности уже рассматривались [77, 78]. Для коэффициента готовности :
Кг=М[х]/М[у],(5.1)
где М[х] - математическое ожидание времени работы ДМ за период между двумя моментами профилактического обслуживания; М[у]- математическое ожидание длительности интервала между двумя последовательными моментами профилактики.
Обозначим через Тп среднюю длительность профилактики; Та - длительность аварийного ремонта; Т - период оптимальной профилактики; Р(t)- вероятность безотказной работы; Q(t) - вероятность отказа.
С учетом этих определений выражение для коэффициента готовности (5.1) запишем:
(5.2)
Взяв производную КОД по г и приравняв ее к нулю, после соответствующих преобразований получим
(5.3)
При 1=Т коэффициент готовности ДМ [76]
(5.4)
где λ (t)=f(t)/Р(t); f(t) и f(T) - плотности распределения при времени t и Т соответственно.
Благодаря приведенным формулам определяем оптимальную периодичность профилактики при известных значениях Та и Тn.
Для повышения надежности ДМ мы предлагаем рассмотреть три модели профилактики.
Первая модель профилактики предусматривает аварийные ремонты, проводимые при появлении отказов и обеспечивающие полное восстановление элемента. Предполагается, что появление отказа элемента происходит в среднем через время после возникновения. Начинается аварийный ремонт элемента, длящийся в течение Та. В результате элемент обновляется и процесс его функционирования и обслуживания повторяется.
Вторая модель - плановые профилактики и аварийные ремонты, полностью восстанавливающие элементы, причем последние начинаются сразу же после возникновения отказа. Предполагается, что появление отказа происходит мгновенно. Восстановительные работы производятся в следующей последовательности.
Если элемент не отказал к назначенному моменту, то производится плановая профилактика со средней продолжительностью Тn. Если отказ элемента произошел ранее, то с момента отказа начинается аварийный ремонт со средней продолжительностьюtc. После проведения восстановительных работ последующая профилактика перепланируется, и далее весь процесс обслуживания повторяется.
При использовании третьей модели в период проведения профилактики производится и аварийный ремонт элементов ДМ, если элементы к этому времени отказали.
Проведение восстановительных работ планируется через определенный период времени. От момента появления отказа до начала планового аварийно-профилактического ремонта машина простаивает в неработоспособном состоянии. После окончания восстановительных работ на следующий период эксплуатации весь процесс обслуживания повторяется.
Зная P(t), можно вычислить оптимальную периодичность профилактики ДМ. Обычно при определении периодичности профилактики предполагают, что после отказа работоспособность элементов в результате ремонта восстанавливается полностью, что первое включение в работу машин происходит в момент t=∞и что в течение всего времени работы интенсивности отказа и восстановления элементов постоянны. При этих условиях в исследуемом интервале времени имеет место в вероятностном смысле "уравновешивание" процессов отказа и восстановления и, следовательно, характеристики надежности систем на каждом интервале между профилактиками идентичны. В качестве критерия эффективности профилактики при таком подходе, как правило, используют либо вероятность безотказной работы в момент времени системы в течение определенного времени t:, либо среднюю наработку элемента между профилактиками.
Показателем эффективности периодичности профилактик может служить коэффициент использования, определенный с учетом конечного (календарного) срока службы машины.
Обозначим через Тк календарный срок службы дождевальной машины. Если tр -длительность рабочего цикла и tпр - средняя длительность профилактики, то в течение календарного срока службы дождевальной машины планируется проведение рабочих циклов, определяемых как
(5.5)
и, следовательно, из срока службы машины на профилактику предполагается в среднем использовать время Ntпр. Поскольку предполагается, что вышедший из строя элемент не восстанавливается, то при условии, что во время профилактики ДМ не выполняет своей основной производственной функции, на работу ее в течение календарного срока службы отводится время Ntр. Однако не все это время используется продуктивно. Уменьшение среднего времени работы ДМ связано с определенной вероятностью выхода из строя во время рабочих циклов. Если т - время производительной работы машины и Р*(τ) - ее надежность при периодическом выполнении профилактики, то среднее за календарный срок службы время работы
(5.6)
Время ТСри зависящий от него коэффициент использования ДМ
η =Тср/Тк(5.7)
служит показателем ее эффективности. Характеристика ηбезразмерная, ее особенностью является справедливость предельного равенства
при любом режиме эксплуатации машины.
Вычислим показатели Тср иηпри заданном периоде профилактики и известном времени ее выполнения. Для этого сначала найдем надежность машины Р*(t) при периодическом проведении профилактики. Очевидно, что в течение первого рабочего цикла, когда 0≤t≤tp(рис. 5.1) τ=tиР*(τ)=Р(t).
Положим q=Р(t), тогда во время первой профилактики, то есть при τ=t=constи Р*(τ)=q.
Для определения надежности ДМ в течение второго рабочего цикла (tр+tпр≤t≤2tр+tпр), следовательно, t≤τ≤2tpвоспользуемся теоремой об умножении вероятностей. Так как в результате проведения профилактических работ машина приводится к первоначальному состоянию, то в этом интервале изменения аргумента
Р*(τ)=qР*(τ-tp).(5.8)
Аналогично получим, что в течение третьего рабочего цикла(2tp≤τ≤3tp) P*(τ)=q2P*(τ-2tp)
в течение четвертого рабочего циклаP*(τ)=q3P*(τ-3tp) и т.д.
Характер функций Р*(τ) и Р(t) изображен на рис.5.1. Вычислим Тср:
(5.9)
(5.10)
Формула (5.10) справедлива как при малом, так и при большом количестве циклов работы машины во время календарного срока службы.
Методологической основой работы является применение системного и экспертно-аналитического подходов для анализа результатов исследований по надежности дождевальных машин, что способно обеспечить своевременное принятие и реализацию решений при организации проведения полива, осуществлению эффективных мероприятий по обеспечению экологической безопасности на орошаемых землях за счет разработки рекомендаций по совершенствованию технологии организации как профилактики, так и технического обслуживания поливной техники.
При этом возникают следующие задачи:
Для выполнения перечисленных задач необходим анализ данных об экологическом состоянии орошаемых земель, проверка соответствия состояния ДМ и требований к режимам орошения существующим нормативам.
В качестве оценки эффективности работы дождевальных машин предлагаем использовать:
Применяемый нами расчетный аппарат базируется прежде всего на имеющихся информационно-статистических данных и не требует проведения значительных дополнительных натурных исследований, что существенно снижает трудоемкость работ по обслуживанию ДМ и повышает оперативность принятия решения. Проводится по решению руководства хозяйства, эксплуатирующего ДМ, то есть лиц, заинтересованных в сохранении экологической обстановки на орошаемом массиве.
Нормативная база в форме двух основных групп документов:
документы, регулирующие техническое состояние и обслуживание дождевальной техники;
Надежность ДМ, их воздействие на экологию окружающей среды зависит от условий эксплуатации, в первую очередь, от своевременности и качества технического обслуживания.
Точное соблюдение периодичности и выполнение в полном объеме операций технического обслуживания сокращает число внезапных отказов машин в процессе их использования.
Отсутствие смазки, неправильная регулировка, несоответствие нормам качества воды могут вызывать преждевременный выход из строя элементов, узлов и отказ всей системы. Важное значение для надежной эксплуатации ДМ имеет наличие запасных частей, обеспеченность контрольно-измерительными приборами и материалами.
Слабая экономическая база сельского хозяйства не дает возможности хозяйствам обновлять парк дождевальных машин, то есть возникает необходимость меньшими затратами поддерживать в работоспособном состоянии имеющиеся ДМ. Это можно обеспечить двумя путями:
Уменьшить количество отказов и сократить время на их устранение можно путем улучшения организации работы дождевальных машин, усовершенствования отдельных узлов и деталей, а также путем проведения качественных ремонтов, для чего нужно хорошо оснащенные ремонтные базы и достаточное количество запасных частей.
|
Вид технического обслуживания |
Обозначение |
|
Техническое обслуживание при подготовке, проведении и окончании эксплуатационной обкатки |
ТО-Э |
|
Ежесменное техническое обслуживание |
ЕТО |
|
Первое техническое обслуживание |
ТО-1 |
|
Второе техническое обслуживание |
ТО-2 |
|
Периодическое техническое обслуживание |
ПТО |
|
Техническое обслуживание при постановке на длительное хранение (консервация) |
ТО-О |
|
Техническое обслуживание при длительном хранении |
ТОхр |
|
Техническое обслуживание при снятии с длительного хранения (расконсервация) |
ТО-В |
Техническое обслуживание (ТО) дождевальных машин включает в себя следующее: снятие машины с хранения, доукомплектовку недостающими запасными частями, смазку, регулировку и пуск машины - это сезонное техническое обслуживание С1; постановка машины на хранение, доукомплектовка недостающими запасными частями, замена изношенных и вышедших из строя деталей и узлов - сезонное обслуживание
С2.
Требования на обслуживание ДМ можно разделить на несколько потоков:
первый - устранение отказов и неисправностей; второй - проведение технического обслуживания в соответствии с установленной периодичностью.
В директивных документах, инструкциях, пособиях для операторов по обслуживанию ДМ подробно отражены все операции по каждому из видов технического обслуживания. [89, 112]
Далее в работе рассмотрим подробно техническое обслуживание для каждой рассматриваемой нами дождевальной машины и рекомендации по совершенствованию этого процесса. Более подробно остановимся на ежесменном техническом обслуживании (ЕТО), периодичность которого для поливной техники составляет 8... 10 часов, а также ТО-1, проводимое через 60 часов и ТО-2 - 240 часов.
Для всех рассматриваемых нами ДМ мы рекомендуем начинать работу с проверки качества воды, подаваемой в машину, прежде всего на наличие взвешенных частиц, то есть нормирующими показателями являются крупность и плотность минеральных частиц. Соблюдение следующих нормативных значений: [24]
ДДА-ЮОМА "Волжанка"
Фрегат
размер взвешенных частиц не более 3 мм
не более 0,5 мм
не более 0,5 мм
минерализация не более 6 г/л
не более 5 г/л
не более 5 г/л
Это позволит избежать отказов в виде засорения дождевальных аппаратов, износа сопел, которые приводят к ухудшению качества создаваемого дождя; сократить число промывок трубопровода, которые вызывают эрозионные процессы на поле; у ДМ "Фрегат" избежать отказы гидропривода самоходных тележек, которые вызывают искривления трубопровода, что влечет за собой уплотнение почвы и образование колеи, а при выполнении работ по выпрямлению трубопровода вытаптывание почвы и повреждение растений.
Учитывая рекомендации заводов-изготовителей, сезонную загрузку дождевальных машин нами была уточнена методика планирования ремонтного обслуживания, используя полученные качественные и количественные значения показателей надежности элементов дождевальных машин и обоснование наиболее опасных отказов с экологической точки зрения, нами внесены предложения в организацию технического обслуживания, направленные на повышение надежности ДМ.
5.2. Техническое обслуживание ДМ ДДА-100МА.
Ежесменное техническое обслуживание (ЕТО) для ДДА-100МА необходимо начинать внешним осмотром проверки состояния сборочных единиц агрегата. Он должен быть полностью укомплектован, базовые детали не должны иметь явно выраженных деформаций.
Затем надо проверить крепление кронштейна насоса, при необходимости затянуть болты крепления, используя ключи 24, 27мм. Проверка крепления кронштейна насоса, раскосов и растяжек фермы, предотвращает повреждение сельскохозяйственных культур при поломках фермы, ее перекосах и наклонах, а проверку работы газоструйного вакуум- аппарата, при необходимости провести подтяжку крепежа, используя ключи 14, 24мм, что обеспечит длительность заполнения водой всасывающей линии насоса не более 3 минут при разреженном давлении в линии 0,04 МПа.
Уровень воды в заполненном, но не работающем насосе должен оставаться постоянным в течение 5... 10 минут, для чего всасывающий клапан должен быть опущен в воду на 0,12...0,15м. Для выполнения этого требования необходимо проверить герметичность всасывающей линии агрегата, если надо произвести подтяжку болтов ключами 19, 24мм, что обеспечит необходимые рабочие характеристики насоса, изменение которых приводит к снижению КПД насоса, и соответственно к изменениям качества дождя.
Проверку положения и состояния насадок (прочистку засорившихся насадок) мы считаем самым важным пунктом выполнения ежесменного технического обслуживания, так как дождевальные насадки являются наиболее значимым элементом, влияющим на качество создаваемого дождя. Засорившиеся насадки надо прочистить: отвернуть корпус насадки, используя ключ 46мм, снять его, удалить грязь и мусор, применяя проволоку диаметром 3 мм, установить на место. Резьбовые части посадочных мест перед установкой смазать солидолом.
Также если необходимо смазать: ось ролика гидроцилиндра всасывающего клапана, ось опорного ролика опоры фермы, задний подшипник вала насоса. Смазку нагнетают через пресс-масленки до появления ее в зазорах сопряженных деталей. Нагнетание смазки в задний подшипник вала насоса позволит сократить выходы из строя центробежного насоса, отказы которого неблагоприятно сказываются на качество создаваемого дождя.
После окончания работы очистить агрегат от грязи, растительных и других остатков.
Первое техническое обслуживание (ТО-1) подразумевает выполнение операции ежесменного технического обслуживания и должно включать проверку крепления рамы и фермы агрегата, механизма подъема всасывающей линии. С помощью ключей 17, 22, 27, 32 мм надо затянуть все болтовые крепления. Если наблюдается обрыв более 8 тонких проволок на длине одного шага свивки каната или уменьшение его диаметра до 40% первоначального размера, то необходима замена каната, так как отказы перечисленных выше узлов могут повлечь за собой повреждение сельскохозяйственных растений и аварийные сбросы воды.
Проводя первое техническое обслуживание необходимо проверить работу гидросистемы, отрегулировать скорость подъема консолей регулировочным винтом распределителя. При выполнении этих операций используются ключи 14, 17 мм, отвертка, плоскогубцы, торцовый ключ 32 мм. Не допускаются подсос и наличие воздуха в гидросистеме. Разрыв рукава высокого давления гидросистемы может сопровождаться протечками масла на почву и сельскохозяйственные растения.
Необходимо проверить работу механизма поворота заслонки газоструйного вакуум -аппарата, заслонка которого должна перемещаться плавно без заеданий и плотно перекрывать входное отверстие в крышке аппарата. Применяются ключи 12, 14, 19, 32 мм, плоскозубцы и отвертка.
Особое внимание уделяем операции по очистке сетки всасывающего клапана, а также плоскости прилегания створок обратного клапана и шарнирных муфт. Очистка производится металлической щеткой, для разборки узлов потребуется молоток и ключи 19, 22 мм. Сетка не должна иметь повреждений. Не допускается утечка воды из всасывающей линии при неработающем насосе в течение 3 минут.
Второе техническое обслуживание (ТО-2) включает проведение операций ТО-1,
Затем переходят к очистке насоса, смене сальниковой набивки, при правильной замене и подтяжке которой вода должна просачиваться через сальниковое уплотнение отдельными каплями. Необходимо проверить работу насоса в оптимальном режиме при частоте вращения вала насоса 1500 мин. При постепенном падении напора проверить зазор между защитными кольцами и пояском рабочего колеса. Не допускается
перегрев насоса, рабочее колесо должно плотно сидеть на валу, радиальный зазор должен быть не менее 0,2 мм, а кольца надо заменять при износе более 2 мм по внутреннему диаметру. Для проведения обслуживания насоса оператору надо иметь сальниковую набивку, щуп, штангенциркуль, отвертку, плоскогубцы, металлическую щетку, обтирочный материал, ключи 14, 27,65 мм и молоток.
После очистки насоса переходят к проверке правильности присоединения кронштейна насоса к задней стенке моста трактора и регулированию расстояния (21,5+0,5мм) между торцом защитной втулки и спиральным корпусом насоса с помощью прокладок толщиной 0,5...0,7мм, для чего понадобится ключ 27мм, молоток и плоскогубцы.
Также необходимо отрегулировать зазор (0,5.. 1мм) между торцом подвижной кулачковой муфты и впадинами неподвижной кулачковой муфты с помощью прокладок, толщиной 0,2...0,5мм. Включение и выключение насоса должно быть плавным без заеданий.
Мы рекомендуем проделывать операции по обслуживанию насоса при проведении первого технического обслуживания, объясняя это частыми его отказами и важностью влияния на качество создаваемого дождя.
Выполняя второе техническое обслуживание, надо отвернуть с помощью ключа 46мм концевые насадки и прочистить их, промыть в течение 2...3 минут консоли фермы чистой водой, поставить концевые насадки и проверить работу всех насадок, прочистить засорившиеся.
Диаметр (мм) сменных сопл панелей: концевой 22; I-II - 14; III - VI - 13; VII - XIII -12. [36, 37]
Необходимо смазать сборочные единицы агрегата согласно схеме рис.5.2.
В таблице 5.1 расшифрованы места смазки, число точек смазки и какое смазочное вещество применять.
Рис. 5.2. Схема мест смазки дождевального агрегата ДДА-100МА.
Таблица 5.1
Схема смазки двухконсольного дождевального агрегата ДДА-100МА
|
Место смазки |
Число точек |
ЕТО |
ТО-1 |
ТО-2 |
ТО-О |
то-в |
|
Газоструйный вакуум- |
1 |
- |
- |
солидол |
||
|
аппарат |
||||||
|
Упор |
4 |
- |
солидол |
|||
|
Опоры |
4 |
- |
солидол |
|||
|
Растяжка |
106 |
- |
- |
солидол |
- |
|
|
Раскос |
106 |
- |
- |
солидол |
- |
|
|
Открылок |
52 |
- |
- |
солидол |
||
|
Гидроцилиндр |
3 |
- |
- |
солидол |
||
|
Шарнирные муфты |
2 |
- |
солидол |
|||
|
Коробка передач трактора |
1 |
масло трансмиссионное автотракторное ТАП-15В |
||||
|
Приспособление для учета |
1 |
солидол |
||||
|
воды |
||||||
|
Привод насоса |
1 |
моторное масло |
||||
|
Пружины амортизатора |
8 |
1 |
солидол |
Последний этап ТО-2 заключается в установке агрегата на горизонтальной площадке и проверке, при необходимости подтяжке раскосов и растяжек фермы с помощью растяжных гаек, используя вороток, ключ 41мм. Отклонение поясов фермы от прямой линии на двух смежных панелях не должно превышать 20мм. Разница в положении концов панелей в вертикальной плоскости должна быть не более 100мм. Нижние пояса должны равномерно подниматься к концам фермы. Верхний пояс должен располагаться горизонтально.
5.3. Техническое обслуживание ДМ "Волжанка".
Ежесменное техническое обслуживание (ЕТО) для ДМ "Волжанка" должно начинаться с проверки комплектности машины.
Затем надо проверить уровень масла в картере реверс-редуктора и наличие топлива в баке, при необходимости долить масло до контрольной отметки на масломерной линейке и бензин в бак. При выполнении
этих операций надо пользоваться воронкой и избегать пролива масла и бензина на землю.
Во время работы двигатель не должен проворачиваться на фланце реверс-редуктора, следовательно, надо проверить надежность крепления двигателя к реверс-редуктору, если надо закрепить с помощью отвертки.
Также следует проверить надежность крепления болтовых соединений двух коротких труб, расположенных по обе стороны от ведущей тележки, то есть ключами 17, 19мм затянуть крепления.
Следующим операциям мы придаем особое значение.
Так как нельзя допускать отказ при рабочем давлении в телескопическом узле присоединения, то необходимо проверить состояние гибкого шланга и герметичность соединения с трубой телескопа, что поможет избежать отказов этих элементов, а следовательно, и возникновение эрозии почвы.
Затем надо провести проверку работы дождевальных аппаратов после пуска машины, частота вращения аппарата должны быть 1 об/мин. Наладку следует производить, используя ключи 12, 14, 27, 32мм и плоскогубцы. Засорившиеся дождевальные аппараты надо прочистить. От надежной работы дождевальных аппаратов зависит качество дождя, разбрызгиваемое на поле.
Необходимо выровнять рычагом трубопровод машины так, чтобы его искривление между тремя опорными колесами находилось в пределах +0,5м, а допустимое отклонение в пределах опорных колес не более + 10 см. В дальнейшем при работе это поможет избежать еще большего искривления трубопровода, а следовательно, уплотнения почвы и образования колеи.
Первое техническое обслуживание (ТО-1) включает проведение операций ежесменного технического обслуживания.
Кроме этого, надо отрегулировать натяжение цепей привода ведущей тележки: ослабить болты крепления редуктора к раме тележки и сдвинуть редуктор в направлении натяжения цепи, обеспечив соосность ведущей и ведомой звездочек; затянуть болты крепления редуктора; ослабить контргайку, сдвинуть опору с валом в направлении (натяжения) цепи при помощи регулировочного болта, законтрив его гайкой (допускается провисание цепей 10...20мм при Р=50...100Н). Для выполнения этих операций технического обслуживания понадобятся рожковые ключи 14, 17,19мм, торцовые ключи 14,17мм.
Далее необходимо очистить обтирочным материалом от грязи масленки подшипников скольжения на ведущей тележке - на местах смазки не должно быть грязи.
Произвести смазку согласно схемы на рис.5.3, описание схемы
представлено в таблице 5.2.
Таблица 5.2
Смазка основных узлов ДМ "Волжанка".
|
Операция |
Число точек |
Используемый материал |
Применяемый инструмент |
Периодичность |
|
Смазка подшипников скольжения ведущей тележки: валов ведущих колес |
8 |
солидол |
шприц |
после полива4-5 позиций |
|
валов цепей трансмиссии |
8 |
солидол |
шприц |
то же |
|
вала выходного |
4 |
солидол |
шприц |
то же |
|
Смазка роликовых цепей |
10 |
солидол |
ручная смазка |
то же |
Второе техническое обслуживание (ТО-2) подразумевает выполнение операций первого технического обслуживания.
Далее надо промыть в бензине и установить сетчатые фильтры бензобака и карбюратора (инструменты: отвертка, ключи 10, 12 мм; ведро), что обеспечит равномерную подачу топлива в цилиндр, после чего слить из карбюратора отстой бензина.
Рис. 5.3. Схема мест смазки дождевальной машины "Волжанка".
Второе техническое обслуживание ДМ «Волжанка» включает обслуживание двигателя при выполнении следующих этапов:
Необходимо также сменить масло в редукторе, масло доливать до
появления его в отверстии под контрольную пробку, использовав ключи 24,27, ведро, воронку.
Выполнение выше перечисленных операций поможет избежать негативные последствия в виде протечек горюче-смазочных материалов и выброса вредных веществ при работе двигателя.
Так как неисправности трубопровода составляют большую часть всех отказов ДМ "Волжанка" и сопровождаются нежелательными последствиями в виде уплотнения почвы (образование колеи), мы рекомендуем следующие мероприятия проводить также при первом техническом обслуживании.
Ключами 17, 19мм подтянуть болтовые соединения фланцевых секций трубопровода, не допускается ослабление крепления и болтовые соединения опорных колес трубопровода - не допускается проворачивание опорных колес на трубопроводе при помощи рожковых ключей 14, 17 мм, торцовых ключей 14,17мм.
Нами было обосновано в четвертой главе, что радиальное и торцевое биение обода колеса должно быть не более 20мм.Выступание спиц на ободе должно быть равномерным, допускается разновысокость не более 10мм. Следовательно, существует необходимость проверки и регулировки натяжения спиц ключами 14, 17,19мм.
Необходимо проверить положение трубопровода машины и при отклонении от прямого угла более 5°, выровнять его и установить перпендикулярно линии гидрантов.
Надо проверить легкость вращения механизмов самоустановки дождевальных аппаратов, при необходимости заменить штуцер и уплот-нительное кольцо (ключи 27, 32, 36 мм, разводной ключ 46 мм, отвертка). Нельзя допускать возникновение утечки воды.
Проверить работу сливных клапанов: установить зазор между стенкой трубопровода и концом резиновой пластины клапана 7... 10мм.; при рабочем напоре все клапана должны быть закрыты.
5.4. Техническое обслуживание ДМ "Фрегат".
Ежесменное техническое обслуживание (ЕТО) для ДМ "Фрегат" следует начинать с проверки положения общей линии трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскости. Прогиб должен соответствовать рельефу поля в вертикальной плоскости и допустимому прогибу (1,2 м) в горизонтальной плоскости.
Основываясь на проведенных нами исследованиях, мы подчеркиваем необходимость проверки с помощью линейки совпадения колеи передних и задних колес, что поможет избегать уплотнения почвы при работе ДМ "Фрегат".Аналогично дождевальным машинам ДДА-100МА и "Волжанка" нельзя допускать засорения сопл дождевальных аппаратов, то есть необходимо произвести их очистку проволокой (диаметром 2мм и длиной 500мм), а также проверить их работу и равномерность вращения. Это позволит избежать отказы в работе и обеспечит необходимое качество дождя.
Нельзя допускать протечки воды при поливе, для чего необходимо проверить работу сливных клапанов, которые должны обеспечивать полный слив воды при остановке машины. Эту операцию нужно проводить с помощью специального ключа (ДМ 10.150), отвертки и проволоки (диаметром 2мм и длиной 500мм).
Нельзя также допускать протечки воды в соединениях фланцев труб. Используя ключи 19, 22, 24 и 27мм, надо проверить надежность и герметичность этих соединений.
Ежесменное техническое обслуживание должно включать проверку исправности гидроцилиндра в сборе с клапаном-распределителем и плавность подъема и опускания гидроцилиндра. Нельзя допускать рывки и заедания гидроцилиндра, а также колебания штоков клапанов распределителей вдоль их осей при ходе гидроцилиндра вниз и произвольное их опускание из верхнего положения в нижнее (ключи 24, 27, 30мм). Особое значение уделяем проверке комплектации шлангов для рассеивания воды, сбрасываемой при работе из гидроцилиндров и на обязательное их использование как средства против размыва почвы.
Необходимо проверить надежность закрепления неподвижной опоры на фундаменте для недопущения обрыва крепящих деталей, используя ключи 22,24, 27мм.
Проверить работу системы электрогидравлической защиты - машина должна останавливаться в течение 40 секунд. Проверить работу манометра - давление должно быть не менее 0,5Мпа.
Первое техническое обслуживание (ТО-1) включает операции ежесменного технического обслуживания. Выполняя первое техническое обслуживание, оператор должен на каждой тележке в пяти точках заполнить солидолом трущиеся части ДМ. При проведении второго технического обслуживания (ТО-2) оператор должен повернуть каждое из 32 ко лес пробкой вверх, чтобы долить масло в ступицы. Все эти операции вызывают некоторые потери смазочных материалов.
На рис. 5.4 показаны узлы смазки ДМ "Фрегат", а в таблицах 5.3 5.4 расшифровано место смазки и их количество.
Таблица 5.3
Схема смазки основных узлов ДМ "Фрегат"
|
Наименование узла, детали |
Смазывающее вещество |
Периодичность |
|
Втулка переднего и заднего колес тележки |
Масло ТУ ПП12Н-363 ДС-П ГОСТ 8811-63 или ДН-П МПТУ 1234-66 |
Перед началом работы(СТО-1)иПТО |
|
Втулки приводного рычага |
Солидол УС-2 ГОСТ 1033-51 |
Перед постановкой на зимнее хранение(СТО-2) |
|
Втулки толкателей |
то же |
После каждого оборота |
|
Втулка рычага-переключателя клапана-распределителя |
то же |
При СТО-1, СТО-2 и ПТО |
|
Втулка оси подъема тяги |
то же |
то же |
|
Втулка оси переключателя клапана распределителя |
то же |
то же |
|
Втулки силового рычага |
то же |
то же |
Кроме проведения операций по смазке узлов дождевальной машины, ТО-2 включает проверку затяжки болтовых соединений на тележках, во всех местах креплений, предусмотренных конструкцией, должны быть установлены стопорные детали (пружинные шайбы, контр-гайки, шплинты и т.п.) и обеспечена соответствующая затяжка крепежа ключами соответствующих размеров.
Рис. 5.4. Схема мест смазки дождевальной машины "Фрегат".
Таблица 5.4
Схема смазки дождевальной машины "Фрегат"
|
Место смазки |
Число |
ЕТО |
ТО-1 |
ТО-2 |
ТО-О |
ТО-В |
|
точек |
||||||
|
Ступица переднего колеса |
16 |
- |
- |
моторное масло |
||
|
Соединение силовогоры |
32 |
солидол |
||||
|
чага с гидроцилиндром |
||||||
|
Ось рычага переключателя |
16 |
солидол |
||||
|
Ось пружины рычага- |
16 |
солидол |
||||
|
переключателя |
||||||
|
Ось тяги |
16 |
солидол |
||||
|
Ось переднего толкателя |
16 |
1 |
солидол |
|||
|
Ось силового рычага |
16 |
солидол |
||||
|
Ось заднего толкателя |
16 |
- |
солидол |
|||
|
Ступица заднего колеса |
16 |
- |
- |
моторное масло |
||
|
Подшипники поворотного |
- |
- |
солидол |
|||
|
колеса неподвижной опоры |
Необходимо также отрегулировать гидропривод тележек, отказы которого провоцируют возможности искривления трубопровода, а соответственно вызывают уплотнение почвы и повреждение сельскохозяйственных культур. Зазоры между носком рычага-переключателя и боковой поверхностью штока клапана-распределителя, а также между торцом регулировочного болта и торцом штока клапана-распределителя должны быть 1,2...2,4мм. Надо еще проверить число ходов гидроцилиндра последней тележки, допускается не более 5,5 ходов в 1 минуту.
Особое внимание уделяем проверке на износ втулок толкателей колес и шайб дождевальных аппаратов, втулки подлежат замене при изно се стенки на 2мм, допустимый износ шайб 1,5мм (специальные ключи ДМ-10.031, ДМ-10.032, ДМ-10.160 и ключи 24, 27мм).
В течение 10 минут следует промывать машину, а также проверить состояние фильтров и сливных клапанов, при необходимости очистить их от песка и крупных примесей с помощью волосяной щетки.
Рекомендации по совершенствованию проведения технического обслуживания дождевальных машин представлены в таблице 5.5.
Таблица 5.5
Рекомендации по совершенствованию проведения технического обслуживания дождевальных машин
|
Отказы |
Последствия |
Предложения |
|
1 |
2 |
3 |
|
Отказы дождевальных аппаратов (насадок) - износ, засорение |
Ухудшение качества создаваемого дождя, слив воды при промывках трубопровода - эрозионные процессы на поле 1 |
Проверка качества воды, подаваемой в машину - размер взвешенных частиц для ДДА-100МА не более Змм , минерализация не более бг/л, для "Волжанки" и "Фрегата" соответственно не более 0,5мм, не более 5г/л ; Обязательное проведение операций по наладке и прочистке дождевальных аппаратов после окончания полива. Для ДМ "Волжанка" необходимо иметь 16 запасных дождевальных аппаратов на 100 машин. |
|
Отказы консолей фермы перекосы и наклоны, в том числе из-за неисправностей в гидросистеме подъема фермы Отказы центробежного насоса - плохая регулировка, износ рабочего колеса, износ колец уплотнения |
ДЦА-100МА Повреждение сельскохозяйственных культур Нарушение рабочих характеристик насоса, приводящее к изменениям качества создаваемого дождя |
Обязательная проверка раскосов и растяжек фермы, крепления рамы и фермы агрегата, механизма подъема всасывающей линии при проведении ТО-1. Замена вышедших из строя деталей, необходимость в запасных частях. Проверка герметичности всасывающей линии перед началом полива. Увеличение периодичности очистки насоса, смены сальниковой набивки до 60 часов, при ТО-1. |
|
1 |
2 |
3 |
|
Нарушение вертикального положения дождевальных аппаратов Отказы трубопровода нарушение прямолинейности хода Отказы колес - допусков на радиальное и торцевое биение обода колеса Отказы автоматической синхронизации тележек нарушение прямолинейного хода Отказы гидропривода тележек |
"ВОЛЖАНКА" Ухудшение качества создаваемого дождя Уплотнение почвы, пробуксовывание колес образование колеи. Вытаптывание почвы оператором при выравнивании трубопровода. "ФРЕГАТ" Образование уширенной колеи, повреждение сельскохозяйственных растений |
Увеличение периодичности проверки легкости вращения механизмовсамоустановки дождевальных аппаратов, проводить через 60 часов работы при ТО-1, а не через 240 при ТО-2. Необходимо иметь запасные механизмы дождевального аппарата -4 штуки на 100 машин. Более частые выравнивания трубопровода - через 56 позиций, вместо 10-15. Регулировка длины и натяжения спиц при проведении ТО-1, а не при TQ-2. При проведении ЕТО обязательно проверять изгиб трубопровода в горизонтальной плоскости (допускается 1-2м) и совпадение колеи передних и задних колес. Увеличить периодичность регулировки гидропривода тележек до 60 часов; производить проверку числа ходов гидроцилиндра последней тележки (допускается не более 5,5 ходов в минуту). |
5.5. Структурные подразделения инженерной службы.
Ежесменное техническое обслуживание, ТО-1 и ТО-2 всей поливной техники проводится с использованием агрегатов технического обслуживания непосредственно на орошаемых участках. [89]
Для технической эксплуатации дождевальной техники необходимы машинисты-операторы (трактористы-операторы) дождевальных машин, осуществляющие полив сельскохозяйственных культур, соблюдая принятый режим орошения , проводящие техническое и технологическое обслуживание и устраняющие несложные отказы 1-й группы.
Заправщик ГСМ необходим для осуществления подвоза горючесмазочных материалов и заправки поливной техники на базе дизельных двигателей, то есть для ДДА-100МА.
Для осуществления периодического технического и технологического обслуживания и устранения сложных отказов 2-й и частично 3-й групп создаются звенья технического обслуживания.
Бригада аварийного обслуживания должна оперативно ликвидировать аварии и повреждения поливной техники.
Численный состав звена машинистов-операторов дождевальных машин зависит от числа полей на севообороте, дислокации и марочного состава поливной техники, сменности работы и нагрузки операторов и заправщика ГСМ. Заправщик может обслужить до 15-20 машин типа ДДА-100МА.
Нагрузка п3 заправщика ГСМ определяется по отношению объема топлива, которое может доставить заправщик Гдост к потребному объему топлива Гпотр:
n≤Гдост/Гпотр (5.11)
Гпотр=GTTPŋ(5.12)
где GT- часовой расход топлива дизельным двигателем; Тр - время работы машины в сутки, ч;ŋ- коэффициент использования времени.
Нагрузку машинистов-операторов широкозахватных дождевальных машин определяют для конкретных условий, применяя теорию массового обслуживания. [89]
Согласно этой теории, в любой системе во избежание возникновения "очереди" машин, простаивающих в ожидании технического или технологического обслуживания, а также устранения неисправностей, поток требований не должен превышать интенсивности обслуживания, то есть должно быть соблюдено условие
nоп≤µ/λi(5.13)
где nоп - количество машин, обслуживаемых в смену машинистом- оператором; µi- интенсивность обслуживания, то есть среднее количество машин, обслуживаемых в единицу времени; λi интенсивность требований на обслуживание одной машины.
Интенсивность потока требований λi зависит от надежности работы машины, периодичности проведения регламентированных технических обслуживаний, ее суточной загрузки
(5.14)
где T1,Т2, Т3 - наработка дождевальной машины на отказ, соответственно 1, 2 и 3-й групп сложности; Пто - периодичность проведения регламентированных технических обслуживаний; Ето - периодичность проведения ежесменного технического обслуживания.
Интенсивность обслуживания зависит от средней продолжительности обслуживания одной машины µi=1 /tcp.
Зная численные значения µiи λi, нагрузку машиниста-оператора дождевальных машин можно принимать по номограмме, (рис 5.5)
Рис. 5.5. Номограмма для определения нагрузки машиниста 1- λ =0,1; 2 - а =0,15; 3 - λ =0,2; 4 - λ=0,3; 5 - λ =0,4; 6-λ =0,5
Нагрузка машиниста оператора дождевальной машины "Волжанка" в зависимости от длины крыльев и поливной нормы составляет в смену 1...4 машины, "Фрегата" - 3...4 машин. [89]
Машинист-оператор ДМ должен знать устройство и правила эксплуатации дождевальных машин, технологию полива сельскохозяйственных культур, а также правила техники безопасности при работе на дождевальных машинах. Кроме того знать виды неисправностей дождевальных машин, способы их обнаружения и устранения и систему технического обслуживания.
Машинист-оператор дождевальных машин должен уметь качественно производить полив в соответствии с требованиями агротехники и технологии возделывания сельскохозяйственных культур в данной зоне, а также проводить техническое обслуживание и выполнять сменные нормы выработки. Необходимо вести учетную документацию, журнал наблюдений за работой ДМ, а если понадобится уметь самостоятельно выявить и устранить неисправности в работе машин, в том числе слесарно-ремонтные работы.
Точное соблюдение периодичности и выполнение в полном объеме операций технического обслуживания сокращает в 2...2,5 раза число внезапных отказов машин в процессе их использования. Это позволяет значительно повысить техническую готовность дождевальных машин и увеличить их сменную выработку на 20-25%. [37]
Без правильного технического обслуживания невозможно достичь сокращения затрат труда, материалов и запасных частей, а также сократить негативные экологические последствия на орошаемом поле.
Надо отметить, что большое значение для обеспечения надежности дождевальных машин имеет правильное установление номенклатуры и количества запасных частей. Простои из-за отсутствия запасных частей могут составлять 40-50% от всех простоев ДМ по техническим причинам. [106]
Для предотвращения продолжительности простоя должна быть решена задача определения оптимального количества запасных сменяемых частей, которое обеспечит сохранение эффективной работы машины.
Своевременное проведение профилактики, технического обслуживания поливной техники, правильный подбор номенклатуры запасных элементов и их наличие в необходимом количестве не только способствует повышению надежности отдельных подсистем ДМ, а также предотвращает возникновение отрицательных негативных последствий при орошении дождеванием.
По итогам эксплуатации ДМ и оценки эффективности их применения возникает необходимость в разработке и реализации программ повышения качества и надежности эксплуатируемых изделий.
Только знание причин отказов и условий их появления позволяет принять оперативные меры по обеспечению эффективности и надежности изделий. Важное место в решении этих задач принадлежит системе взаимного обмена информацией между заинтересованными предприятиями и организациями об отказах и неисправностях изделий в производстве и эксплуатации.
Предприятия-изготовители, используя информацию об отказах и неисправностях в процессе эксплуатации, в сроки, предусмотренные нормативными документами, проводят исследование различных причин отказов изделий и с привлечением предприятий-разработчиков и предприятий-соисполнителей разрабатывают мероприятия по устранению причин отказов изделий, включающие при необходимости доработку и совершенствование конструкции, изменение технологии изготовления и контроля, устранение недостатков в технике, поставленной в эксплуатацию, совершенствование эксплуатационных процессов.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
38.Закон РФ "Об охране окружающей природной среды" от 19.12.91 №2060-1. Ведомости съезда народных депутатов Российской Федерации и Верховного Совета Российской Федерации. 1992, №10.
39.Закон РФ "Об экологической экспертизе". 1995 г.
40.Земельный кодекс РСФСР. 1991 г.
41.3юбенко С.Ш. Надежность закрытых трубопроводов. М.: Доклады ВАСХНИЛ, 1976, № 1. - с.43-47.
51.Каннингехем К., Кокс В. Методы обеспечения ремонтопригодности: Пер. с англ. Под ред. О.Ф.Пославского. - М.: Сов.радио, 1978. - 312 с.
55-Консон A.C. Экономика ремонта машин. - Л.: "Машиностроение", 1970г.
80.Новохатный В.Г. Анализ надежности насосных станций систем подачи и распределения воды. - Водоснабжение и санитарная техника, 1972, № 8, с. 2-8.
81.Обзор по качеству тракторов , сельскохозяйственных , растениеводческих и животноводческих машин. Отчет № 13-4-93 (201000014). Солнечногорск, 1993.
82.0льгаренко В.И. Рациональное водопользование и реконструкция внутрихозяйственной сети на оросительных системах Северного Кавказа. Афтореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н., М., 1992. - с.52.
8 7. Рева A.A. Анализ простоев ДМ "Фрегат" при групповой некруглосуточной работе. "Гидротехника и мелиорация", № 7, 1976, с.39- 43.
Московской области. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1972.
ЮО.Ступак В.А. Исследование надежности и совершенствование ОС с ДМ кругового действия. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Ровно, 1979.
ЮЗ.Сушко В.В. Надежность дождевальных машин. "Тракторы и сельскохозяйственные машины", № 2,1996.
Юб.Тетрадзе Т.Б. Повышение надежности технологического процесса орошения в условиях межгорных долин. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1991.
Ю7.Угрюмов A.B., Луцкий В.Г., Ганиатов Г.И. Повышение надежности процесса полива ДМ «Волжанка». Гидротехника и мелиорация», 1980, №3 , с.36-39.
108. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М., машиностроение, 1986. 224с.
Ю9.Чичасов В.Я. Техника полива сельскохозяйственных культур. Колос, М., 1970.
110. Шавва К.И., Угрин Д.Ф. Оценка уровня значимости элементов оросительных систем при расчете их надежности. Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР.- сер.6. Экономика и управление в мелиорации и водном хозяйстве.вып. 1. М.1988. -с.5-11.
Ш.Шевченко А.В., Конаков В.И. Влияние типа дождевальной техники на выбор оборудования насосных станций. - "Гидротехника и мелиорация", 1983, № 6. - с. 40-42.
112. Штепа Б.Г. и др. Справочник по механизации орошения. Колос, М., 1979.
ПЗ.Яременко О.В., Соколова В.В., Величко А.И., Шелепова А.И. Надежность крупных насосов ОПВ и В. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕ- МАШ, 1974. - 18 с.