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
26
Національний аграрний університет
Демко Сергій Анатолійович
УДК 631.31: 634
визначення впливу терміну ВИКОРИСТАННЯ зернозбиральних комбайнів на їх техніко-експлуатаційні характеристики
05.05.11 –машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ - 2007 р.
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України
Науковий керівник – доктор технічних наук, професор
Демидко Михайло Омелянович,
Національний аграрний університет, професор кафедри експлуатації техніки та інженерного менеджменту
Офіційні опоненти:
Захист відбудеться “23”жовтня 2007 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кімн. 41
Автореферат розісланий “”вересня 2007 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Д.Г.Войтюк
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. На строки збирання урожаю впливають багато факторів, у тому числі структура парку за кількістю зернозбиральних комбайнів (ЗК) та їх технічним станом. Практика показує, що із збільшенням строків експлуатації ЗК у результаті їх зношування змінюються показники технічного стану, знижується продуктивність. Згідно з існуючими нормативними, методичними документами в технологічних картах, за якими розраховуються та прогнозуються термін жнив, строки експлуатації ЗК та їх технічний стан не враховується, що є постійною та характерною похибкою, яка приводить до втрати 25% вирощеного врожаю через затягування строків жнив. У зв'язку з цим дослідження, спрямовані на виявлення закономірностей зміни техніко-експлуатаційних показників із збільшенням терміну використання ЗК, є актуальними.
Зв'язок роботи з науковими темами і відповідність паспорту спеціальності. Комбайни ДОН-1500 всіх модифікацій складають до 20% парку комбайнів України і в даний час користуються найбільшим попитом серед сільгоспвиробників. Дослідження зміни показників технічного стану і експлуатаційних характеристик ЗК ДОН-1500 із збільшенням строків експлуатації проведено відповідно до комплексної програми "Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової і переробної промисловості", затвердженої Кабінетом Міністрів України від 7.03.1996 р. Дисертація виконана на кафедрі експлуатації техніки та інженерного менеджменту Національного аграрного університету. Основні її положення увійшли до тематичного плану науково-дослідницької роботи №0100U002341 (№15/21 Мінагрополітики) і відповідають вимогам паспорту спеціальності 05.05.11 - "Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва", затвердженого Президією ВАК України.
Наукова новизна. Обґрунтовані аналітичні залежності продуктивності ЗК від основних характеристик процесу збирання: 1 - встановлена урожайність, обмежена потужністю двигуна і пропускною здатністю молотарки; 2 -аналітично обґрунтований вплив основних характеристик процесу збирання на час та шлях розгону комбайна з працюючою молотаркою; 3 - обґрунтована аналітична залежність коефіцієнта використання часу зміни від коефіцієнта готовності ЗК; 4 - експериментально визначені залежності годинного та річного наробітку (в тоннах, мотогодинах), кількості відмов, наробітку між відмовами, тривалості простоїв між відмовами, трудомісткості їх усунення та коефіцієнта готовності від строку експлуатації ЗК; 5 - розроблені основні положення методики нормування роботи зернозбирального комбайна з урахуванням їх технічного стану, тобто ступеня зношення за термін попередньої експлуатації.
Мета та задачі досліджень. Мета дослідження –підвищення ефективності використання ЗК із різними термінами експлуатації шляхом встановлення закономірностей зміни техніко-експлуатаційних характеристик. Для досягнення поставленої мети програмою досліджень передбачено розв’язання наступних задач: 1) аналіз причин зміни роботоздатності ЗК із збільшенням строків експлуатації, 2) встановлення залежності продуктивності ЗК від основних техніко-експлуатаційних характеристик, 3) встановлення залежності коефіцієнта використання часу зміни ф від технічного стану ЗК, час та шлях розгону в залежно від потужності двигуна; 4) експериментальне визначення впливу терміну експлуатації на річний наробіток у тоннах та мотогодинах наробітку між відмовами, часу простоїв та трудомісткості їх усунення, причин відмов складових частин, зниження потужності двигуна; 5) розробка методики визначення продуктивності ЗК із збільшенням терміну експлуатації.
Об’єкт дослідження –технічний стан та експлуатаційні характеристики зернозбиральних комбайнів ДОН-1500.
Предмет дослідження –закономірності зміни показників технічного стану та експлуатаційних характеристик із збільшенням терміну експлуатації.
Методи досліджень –теоретичні з використанням основних положень вищої математики, надійності машин, технічних систем. Експериментальні –відповідно до теоретичних та прикладних методик визначення показників надійності. Обробка результатів здійснювалась на ПК за допомогою прикладних програм.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати дозволяють враховувати технічний стан ЗК під час розрахунку технологічних карт, оптимізації строків жнив з урахуванням строків експлуатації та технічного стану. Розроблена методика коригування навантаження за агрострок жнив є основою інженерно-аналітичного супроводу прогнозування продуктивності зернозбирального комбайна і оптимізації структури парку через поповнення і поновлення їх з метою запобігання біологічним втратам від осипання через затягування строків жнив.
Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати за темою дисертаційної роботи отримані автором особисто. У працях, опублікованих у співавторстві, вклад здобувача складає від 30% до 80%.
Апробація результатів досліджень. Основні положення роботи доповідалися і отримали позитивну оцінку на щорічних звітних науково-практичних конференціях викладачів та аспірантів НАУ; третій міжнародній науково-технічній конференції “Механізація та енергетика сільського господарства”MOTROL 2003 (м. Київ 21-23.05.2003р.), третій міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки”(24-26.03.2004р.), п'ятій міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки”(Вінниця, 17-20.10.2004), Міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 75 річчю факультету механізації сільського господарства ННТІ НАУ “Перспективи технічного забезпечення агропромислового виробництва”(Київ 18-19.11.2004р.), сьомій міжнародній виставці-ярмарку “Агро-2006”(Київ, 14-18.06.2006р.), Міжнародній спеціалізованій виставці-ярмарку “Київська осінь-2006”(28.09-01.10.2006р.), першій всеукраїнській конференції-семінарі докторан-тів, аспірантів та здобувачів у галузі аграрної інженерії (Глеваха,
-23.11.2006р.)
Публікації. Основний зміст і результати дисертаційної роботи опубліковано в 24 друкованих працях та науковому звіті за темою №15/21, з них 20 у фахових збірниках та журналах, 4 –у періодичних журналах, 8 – одноосібних.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Основна частина викладена на 176 сторінках тексту, містить 44 таблиці, 174 формули, 55 рисунків. Повний обсяг роботи становить 213 сторінок.
основний Зміст роботи
У вступі розкривається суть наукової проблеми, обґрунтовується актуальність теми, формулюється мета, задачі, предмет та об'єкт дослідження, вказується зв'язок роботи з науковими темами, новизна отриманих результатів, їх практичне значення, апробація результатів досліджень.
У першому розділі “Стан питання та задачі досліджень”показано, що станом на липень 2006 в господарствах України залишилось 60212 всіх моделей і модифікацій зернозбиральних комбайнів (ЗК). Із них справних – 44195 (88%), у тому числі ДОН–-8600 одиниць (17%) із середнім строком експлуатації 15 років. Сезонне навантаження на фізичний комбайн підвищилося від 138 га (1990 р.) до 284 га, а на роботоздатний до 317 га (2006 р.), тобто більше ніж у два рази. За годину жнив у 1990 р. середньою тривалістю 21 день господарства України збирали до 200 тис. тон зернових, а у 2006 р. у межах 50-60 тис. тон. Втрати від осипання через затягування строків жнив сягають 25% від вирощеного урожаю. Тільки після 2001 р. почалося помітне оновлення і поповнення парку ЗК. У 2005 р. господарства купили близько 1300 комбайнів, у тому числі 580 –ДОН-1500Б, ДОН-ЛАН, що складає близько 13% щорічної потреби і 2-3% потреб у поповненні. З врахуванням тенденцій в найближчі роки слід очікувати зростання парку ЗК класичної компоновки з п'ятиклавішним соломотрясом класу 9 ДОН-1500Б.
Намагання забезпечити ефективну роботу машин у споживачів є одним із важливих напрямків технічної політики машинобудівних фірм, науковців і споживачів. Значний вклад у розробку науково-прикладних основ ефективного використання МТП внесли такі вчені як Б.О. Литваров, Б.С. Свирщевський, Г.В. Веденяпін, Ю.К. Киртбая, М.П. Сергеєв, С.А. Іофінов, в тому числі зернозбиральних комбайнів–М.С. Рунчев, Е.И. Липкович, Е.Л. Жалнін, В.М. Жданов, М.П.Галенко, С.М. Коваль та інші. Наукові дослідження проблем ефективного використання МТП стикуються з теоретично-прикладними дослідженнями зношування та ремонту машин вчених В.И. Казарцева, А.И. Селиванова, Я.Д. Певзнера, Б.І. Костецького, B.C. Крамарова, Ю.П. Петрова, М.М. Севернева та інших; підтримання роботоздатності техніки у споживачів: В.М. Кряжкова, С.С. Черепанова, В.М. Міхліна, В.И. Бєльских, Н.С. Ждановського, В.А. Аллілуєва, Т.Е. Топіліна, И.П. Терських, та інших; підвищенням надійності складних технічних систем: Б.В. Гнеденка, І.М. Коваленка, B.C. Королюка, А.Ф. Турбіна, І.А. Ушакова, Р. Барлоу, Ф. Прошана, А.С. Пронікова, Л.М. Грошева, В.Е. Черкуна, В.М. Павлівського, А.І. Бойка та інших. Існуючі дослідження зміни показників технічного стану, експлуатаційних характеристик мобільної техніки із збільшенням терміну експлуатації носять фрагментальний характер і не забезпечують можливості враховувати кількісно вплив терміну експлуатації на основні технічні і експлуатаційні показники. Тому дослідження аналітичних і експериментальних залежностей експлуатаційних характеристик ЗК від терміну експлуатації є актуальними.
У другому розділі “Теоретичні дослідження впливу терміну експлуатації на техніко-експлуатаційні характеристики ЗК”наведений аналіз причин та закономірностей зміни працездатності ЗК із збільшенням строків експлуатації. Аналітично визначено вплив зниження ефективної потужності двигуна комбайна на продуктивність за годину чистої роботи, обґрунтований спосіб врахування коефіцієнта готовності при аналітичному визначенні коефіцієнта використання часу зміни; встановлена аналітична залежність часу та шляху розгону ЗК з працюючими робочими органами.
За стандартних умов комбайнування (,) продуктивність є функцією реалізації потужності і технічного стану ЗК:
. (1)
Аналіз впливу і на продуктивність ЗК можна звести до аналізу їх впливу на робочу швидкість. Остання обмежується потужністю двигуна, пропускною здатністю молотарки та агротехнічними вимогами.
Ефективність використання потужності ЗК описується логічним виразом теорії множин через номінальне завантаження основних енергоспоживачів залежно від технології збирання
. (2)
Для визначення впливу ефективної потужності двигуна комбайна, яка знижується із збільшенням терміну експлуатації, та інших характеристик комбайнового агрегату і умов роботи на продуктивність, виконаний аналіз складових потужності, баланс яких виражається залежністю:
, (3)
(4)
де –коефіцієнт використання ефективної потужності ();
–потужність на виконання технологічного процесу.
, (5)
де Вр –робоча ширина захвату, м.; Vp –робоча швидкість, км/год.; U –урожайність зерна, т/га; до –соломистість; Nnum –питома витрата потужності на обмолот та сепарацію, кВт∙с/кг; - пропускна здатність, кг/с.
–потужність на холостий хід робочих органів комбайна
–потужність на подрібнення соломи
, (6)
де Nnп –питома потужність подрібнення соломи (для комбайнів ДОН-1500 Nnп =2,1 кВт∙с/кг);
- потужність на переміщення відповідно комбайна та причепу. Відповідні коефіцієнти перекочування комбайна та причепу f можна прийняти однаковими, тоді
(7)
де g = 9.8 м/с ; Gка- маса комбайнового агрегату, т; б-кут нахилу поля; mp - ККД передач від двигуна до рушіїв комбайна.
Із рівняння балансу потужності визначена робоча швидкість, що забезпечується ефективною потужністю за умов, що змінюється від 1,0 до 0,85:
(8)
та продуктивність за годину чистої роботи
(9)
Робоча швидкість та продуктивність за годину чистої роботи обмежується не тільки потужністю, а пропускною здатністю qн молотарки комбайна:
; (10)
(11)
За існуючими нормативами зниження ефективної потужності двигуна комбайна допускається до 12%: Для ДОН-1500 це від 173 до 156 кВт;
Рис. 1. Залежність теоретично можливої робочої швидкості
ЗК ДОН-1500 від урожайності:
;;;
На рис. 1 для цих потужностей наведені графічні залежності теоретично можливої робочої швидкості від урожайності для різних мас комбайна (суцільні лінії). Пунктирні лінії –обмеження швидкості пропускною здатністю.
Точки перетину визначають урожайність U, більше якої робоча швидкість і відповідно продуктивність обмежуються пропускною здатністю, а менше якої –ефективною потужністю. Урожайність у точках перетину умовно назвемо “оптимальна”. Із рис. 1 видно, що оптимальна урожайність зміщується до більшої величини при зменшенні ефективної потужності та при збільшенні маси комбайнового агрегату. Аналітично оптимальна урожайність визначиться шляхом порівняння правих частин виразів (8) та (10) і визначення з отриманого рівняння величини урожайності: . (12)
На рис. 2 наведені графічні залежності продуктивності за годину чистої роботи при номінальній та зниженій потужності, побудовані за рівнянням (9).
Рис. 2. Залежність продуктивності Wг від урожайності U при різних
ефективних потужностях (Gка =18,8т):
1 –Ne=156 кВт; 2 –Ne=173 кBт
Як видно із рисунку, зниження продуктивності, обумовлене зменшенням ефективної потужності двигуна, відбувається при урожайності меншій 6 т/га. При урожайності 3-4 т/га, характерній для більшості господарств, зменшення становить 0,5-0,3 га/год, або 13-12%.
Продуктивність при зниженні потужності Wчк визначена рівнянням
, (13)
де –коефіцієнт зменшення продуктивності, обумовлений зниженням ефективної потужності двигуна ЗК.
Wчо –продуктивність за годину чистої роботи при номінальній потужності; ДWч –середнє питоме зниження продуктивності при зниженні потужності, т/кВт; ДNe –зниження потужності, кВт.
Продуктивність за годину змінного часу визначається через продуктивність за годину чистої роботи та коефіцієнт використання часу зміни ф за відомою формулою Wзг = Wг ∙ ф. Виходячи з балансу часу зміни коефіцієнт використання часу зміни можна визначити за рівнянням:
, (14)
де Zo –сума відношень складових часу зміни, які істотно не залежать від терміну експлуатації комбайнів до часу чистої роботи Тч. Для середніх умов
Z= 0,25-0,35. Величина Z характеризує технічний стан комбайна і визначається як відношення середнього часу усунення відмов tyв до середнього наробітку між відмовами tв:
. (15)
Величина Z визначається через коефіцієнт готовності Кг:
. (16)
Тому рівняння (15) запишемо так:
(17)
Зниження ефективної потужності двигуна може вплинути на час та шлях розгону, що в свою чергу призведе до зниження продуктивності. З метою визначення ступеня зниження продуктивності виконаний аналіз процесу розгону комбайна з працюючими робочими органами.
За вихідне для аналізу прийняли рівняння:
(18)
У результаті визначення Рруш та Roп через параметри процесу отримали диференціальне рівняння:
(19)
де ; (20)
(21)
У результаті розв'язування диференціального рівняння отримали наступні залежності для визначення швидкості Vx, шляху S та часу розгону t:
(22);
(23);
(24)
Залежності розрахункових значень швидкості та часу розгону від урожайності при номінальній та зниженій потужності наведені на рис. 3 та рис. 4.
|
Рис. 3. Залежність розрахункової швидкості комбайнового агрегату від урожайності U та ефективної потужності двигуна Ne при Ga=18,4т |
Рис. 4. Залежність часу розгону комбайнового агрегату t від урожайності U та ефективної потужності двигуна Ne |
При меншій потужності двигуна час розгону дещо менший. Цей факт можна пояснити тим, що при зниженій потужності комбайн необхідно розганяти до меншої швидкості, різниця в часі розгону незначна (у долях секунди), тому істотного впливу на продуктивність не має.
У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” викладена програма досліджень, описані умови та метод експериментальних досліджень.
Програмою експериментальних досліджень передбачалося отримання достовірних статистичних показників, які характеризують ефективність роботи комбайна залежно від терміну використання. За основні показники прийняті: сезонний наробіток у тонах і мото-годинах: кількість відмов та наробіток між ними; час простоїв по відмовах; трудомісткість усунення відмов; розподіл відмов за агрегатами та групами складності, зміна ефективної потужності двигунів.
Мінімальна кількість спостережень визначалася згідно з ГОСТ-27502-83 “Методи оцінки показників надійності” і ДСТУ 3004-95 “Надійність техніки. Методи оцінки показників надійності за експериментальними даними”. Нагляд за роботою комбайнів та облік запланованих даних виконувався за планом NM(Ч∑, Т∑), де Ч∑ = 80 (≤ 109), Т∑.=257 м.год. (≤ 1500 м.год.) Для забезпечення достовірності отриманих показників проводився облік роботи 10 комбайнів протягом семи років у південних та центральних областях України. Комбайни ДОН-1500 однієї моделі і одного року випуску були власністю одного підприємства.
Визначення впливу терміну експлуатації на ефективну потужність двигуна проводилося у господарствах Яготинського району. Була виміряна потужність 27 двигунів СМД - 31А на комбайнах ДОН-1500 з терміном експлуатації від 13 до 15 років. Вимірювання потужності проводили згідно з методикою діагностики приладом ИМД-ЦМ. Для обробки статичних даних використовувався пакет “Аналіз даних” Microsoft Excel і програми “Mathcad” та “Mathlab”.
У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень впливу строків використання зернозбиральних комбайнів на їх експлуатаційні показники” наведені дані про вплив терміну експлуатації на річний виробіток, кількість відмов, тривалість простоїв по відмовах, трудомісткість усунення відмов, розподіл відмов по окремих складових частинах, видах та складностях, а також на ефективну потужність двигуна.
Зміна статистичних характеристик експлуатаційних показників приведених до одного комбайна залежно від терміну експлуатації, наведено у таблиці 1.
Як показують дані таблиці та графіки на рис. 5, всі показники були найліпшими за термін жнив другого року експлуатації комбайнів. Пояснюється це тим, що протягом першого року проводилося доведення і наладка комбайнів у виробничих умовах. Після другого року експлуатації у результаті зниження показників технічного стану комбайнів річний виробіток та наробіток між відмовами зменшується, а кількість відмов та час простоїв і трудомісткість їх усунення збільшується. За період з другого року по сьомий рік виробіток зменшується від 1133т до 605т та від 267 до 199 мото-годин, (рис. 5а, б), середня кількість відмов збільшилась від 10,9 до 18,6, (рис. 5в) а наробіток між ними зменшився від 25,5 до 11,5 мото-годин; (рис. 5г) простої по відмовах та трудомісткість усунення відмов збільшується від 42,6 до 104,5 год. та 55,0 до 109,5 люд.год. відповідно. (рис. 5д, е).
Експлуатаційні показники експлуатації комбайнів Дон-1500
Таблиця 1.
|
Назва показників |
Статис-тична хар-ка |
Статичні характеристики за роки експлуатації комбайнів |
|
1 |
||||||||
|
Річний наробіток, т. |
Q, т |
702 |
||||||
|
V,% |
30,3 |
,5 |
,1 |
,4 |
,6 |
,9 |
,1 |
|
|
Річний наробіток, м.год. |
Тм, м.-год. |
180 |
||||||
|
V,% |
29,4 |
,8 |
,8 |
,4 |
,5 |
,8 |
,8 |
|
|
Продуктивність, т/м.год. |
Wт, т/м.год |
3,90 |
,24 |
,93 |
,22 |
,36 |
,20 |
,20 |
|
V,% |
29,8 |
,2 |
,0 |
,9 |
,6 |
,9 |
,0 |
|
|
Кількість відмов, шт. |
nв, шт. |
14,9 |
,9 |
,5 |
,4 |
,2 |
,9 |
,6 |
|
V,% |
21 |
|||||||
|
Наробіток між відмовами, м.-год. |
tв, м.-год. |
12,4 |
,5 |
,7 |
,2 |
,1 |
12,8 |
,5 |
|
V,% |
83 |
|||||||
|
Простої по відмовах, год. |
tп, год |
113,7 |
,6 |
,5 |
,4 |
,6 |
,2 |
,5 |
|
V,% |
43 |
|||||||
|
Трудомісткість усунення відмов, люд.-год. |
3п, люд.-год |
118,7 |
,0 |
,7 |
,9 |
,5 |
,6 |
,5 |
|
V,% |
17 |
Відповідним аналізом доведено, що зміна річного виробітку та наробітку між відмовами задовільно відповідають закону Вейбулла (рис. 5а, б, г). За умови врахування всього терміну експлуатації всі експлуатаційні показники задовільно відповідають залежностями, що описуються поліномами:
; (25)
; (26)
; (27)
; (28)
; (29)
. (30)
де х –наробіток ЗК, роки.
Враховуючи складність залежності, обумовленої особливостями першого року використання, для прогнозування техніко-експлуатаційних показників залежно від строків експлуатації ЗК показники першого року доцільно вилучити, а аналіз і порівняння результатів використовувати з другого року. За таких умов з достатньою точністю показники визначаються залежностями:
(31) (32)
(33) (34)
(35) (36)
де –наробіток, мотогодини.
|
а |
б |
|
в |
г |
|
д |
е |
Рис. 5. Зміна виробітку в тоннах (а), мотогодинах (б), кількості відмов (в), наробітку між відмовами (г), простоях по відмовах (д), трудомісткості усунення відмов (е), залежно від терміну експлуатації комбайнів
Залежність показників продуктивності від терміну експлуатації
Таблиця 2
|
Показники |
Одиниці виміру |
Показники по роках експлуатації |
|
Продуктивність за годину чистої роботи, Wгр |
га/год. |
2,06 |
,07 |
,92 |
,95 |
,75 |
,69 |
|
т/год. |
7,20 |
,84 |
,98 |
,68 |
,60 |
,40 |
|
|
Продуктивність за годину змінного часу, Wзг |
га/год. |
1,30 |
,22 |
,0 |
,94 |
,82 |
,76 |
|
т/год. |
4,53 |
,01 |
,11 |
,72 |
,64 |
,43 |
|
|
Наробіток за мотогодину, Wмг |
га/год. |
1,21 |
,19 |
,14 |
,12 |
,0 |
,95 |
|
т/год. |
4,24 |
,93 |
,53 |
,26 |
,21 |
,05 |
Основним експлуатаційним показником ЗК є продуктивність, зміна якої із збільшенням терміну експлуатації наведена в табл.2.
Слід відмітити, що час чистої роботи істотно менший за наробіток у мотогодинах. За результатами хронометражів отримали середнє співвідношення .
У розрахунках економічних показників ЗК користуються показниками продуктивності в га за годину змінного часу, яка залежить від коефіцієнта використання часу зміни. За даними табл. 2 отримані такі емпіричні залежності.
, т/год. (37)
(38)
Всі відмови були згруповані по таких складових частинах: паси (пасові, ланцюгові передачі, шнеки, транспортери); ходова система, трансмісія та система керування; жатка; молотарка; гідравлічні системи; двигун з платформою кріплення; електронні та електричні системи.
Із збільшенням терміну експлуатації питома трудомісткість (Кt) підтримування ЗК в роботоздатному стані під час жнив збільшується (рис. 6).
Рис. 6. Зміна питомої трудомісткості, підтримання роботоздатності
комбайнів під час жнив із збільшенням строків експлуатації
На другому році питома трудомісткість забезпечення роботоздатності становила 0,21 люд.-год. на 1 мотогодину роботи ЗК, а на сьомому - збільшилася до 0,56, тобто на 166%.
Найбільша кількість відмов за сім сезонів зафіксована по гідравліці – 220 (21,09%) і жатці –(20,09%), найменша - по ходовій системі та електроніці. Найвищий наробіток між відмовами має ходова система – мотогодин, найменшу –гідравлічна система –і жатка –мотогодин (7й рік)
Через відмови і несправності двигунів (132 відмови) ЗК за сім сезонів простояли 1334 год. (22,7%), відмови і неполадки жатки –год. (21,81%), гідросистеми –год. (17,37%), паси –год. (9,73%), ходову системи –год. (7,11%), електроніку 230 год. (3,9%).
За характером та причинами виникнення відмови розподілилися таким чином: раптові відмови на першому році експлуатації складають 67%, а поступові –%. У міру збільшення строків експлуатації кількість раптових відмов зменшується до 39%, а поступових –збільшується до 61%. Під час жнив першого року експлуатації технологічні відмови склали 40%, конструктивні 33%, експлуатаційні –%. По мірі збільшення строків експлуатації кількість технологічних відмов, як наслідок недосконалості технологічних процесів виготовлення деталей, технології складання вузлів, агрегатів, систем зростає до 51%, конструктивних зменшується до 25, експлуатаційних знаходиться у межах 24%. Всі відмови були згруповані по групах складності. Розподіл відмов по групах складності наведений у табл. 3.
Розподіл відмов по групах складності
Таблиця 3
|
Класифікація відмов по групах |
Кількість відмов |
Тривалість простоїв |
Середня тривалість одного простою, год. |
||
|
шт. |
% |
год. |
% |
||
|
1-ша група |
622 |
,6 |
,3 |
,4 |
|
|
2-га група |
328 |
,4 |
,4 |
,7 |
|
|
3-тя група |
94 |
,0 |
,3 |
,35 |
|
|
Загалом |
1044 |
79 |
Із всіх 1044 відмов 622 відмови (59,58%) віднесені до 1-ї групи складності, тривалість простоїв по них склала 1488 год. (25,32%), середня тривалість простою –,4 год.; 328 відмов (31,42%)–до 2-ї групи складності і 94 відмови–до 3-ї групи складності. Тривалість простоїв по усуненню відмов 3-ї групи складності склала 2195 год. (37,34%), а середня тривалість простою досягла 23,35 год.
Коефіцієнт готовності є комплексним показником технічного стану технічних систем і може розглядатися як стаціонарна імовірність безвідмовної роботи ЗК.
У нормативній літературі не визначено, чим вимірюється час основної роботи: годинами чи мотогодинами. Для ЗК ці одиниці часу можуть бути істотно різними. В табл. 4 наведені середні значення Кг для двох варіантів, а також по розподілу Вейбулла.
Зміна коефіцієнтів готовності за роки експлуатації
Таблиця 4
|
Одиниці основного часу |
Коефіцієнти по роках експлуатації |
|
Мотогодини, |
0,86 |
,82 |
,74 |
,72 |
,69 |
,64 |
|
Години, |
0,79 |
,72 |
,62 |
,59 |
,56 |
,52 |
|
Вейбул (м.г) |
0,85 |
,80 |
,72 |
,69 |
,66 |
,65 |
Із таблиці видно, що за п’ять сезонів коефіцієнт готовності знизився на 0,22, що складає 0,044 одиниці за сезон. Отримані експериментальні величини коефіцієнтів готовності залежно від терміну експлуатації в роках (n) і наробітку в мотогодинах (t) описується емпіричними рівняннями:
(39) . (40)
Результати вимірювання фактичної ефективної потужності 27 двигунів показали, що зниження потужності досягало 3,36-3,68 кВт за сезон до заміни ЦПГ та 3,77-4,50 кВт за сезон після заміни ЦПГ. Середні питомі зниження потужності ДNЕПстановлять 0,022 та 0,024 кВт/мотогодину, відповідно.
У розділі 5 “Основи методики планування використання ЗК з урахуванням терміну попередньої експлуатації”показано, що зниження продуктивності ЗК відбувається за рахунок зниження ефективної потужності двигунів та зменшення коефіцієнта використання часу зміни t.
У загальному вигляді залежність продуктивності Wt після експлуатації часу t можна визначити за формулою:
, (41)
де W - продуктивність протягом другого року експлуатації.
Коефіцієнт зменшення продуктивності за рахунок зниження потужності визначається рівнянням:
, (42)
де - продуктивність за годину чистої роботи при номінальній потужності, га/год.; - питоме зниження продуктивності при зниженні потужності, на 1 кВт, ДNEN- питоме зниження продуктивності в кВт за 1 м.год.
Коефіцієнт, що враховує зниження продуктивності через зміну показників технічного стану і, відповідно, коефіцієнта використання часу зміни визначається рівнянням:
, (43)
де - логарифм показника наробітку за другий термін жнив, мотогодин.
Графічна залежність коефіцієнтів та подана на рис. 6, з якого видно, що із збільшенням часу використання t обидва коефіцієнти зменшуються.
Рис. 7. Залежність коефіцієнта та від терміну експлуатації:
1 - ; 2-
Із збільшенням терміну експлуатації прямі експлуатаційні затрати збільшуються, оскільки зменшується продуктивність і збільшуються затрати на утримання. Отримана залежність розрахунку прямих експлуатаційних затрат від часу експлуатації комбайнів:
, (44)
де –затрати на заробітну плату, грн./год; –затрати на паливно-мастильні матеріали, грн./год; –нормативні коефіцієнти річних відрахувань відповідно на відновлення і утримання; –балансова вартість комбайна, грн.; –річне нормативне навантаження, год..
При розрахунку приймали наступні величини: грн./год, грн./год, , грн., год.
За рахунок зменшення продуктивності всі складові затрати та їх сума із збільшенням терміну експлуатації зростають. Сумарні затрати ЗК на другому році експлуатації становлять 120 грн./год. Після десятого року амортизації затрати не враховують, тому загальні затрати дещо зменшуються (до 160-180 грн./т), але продуктивність залишається низькою (до 2 т/год.), а технічне обслуговування і організація роботи через часті відмови ускладнюються, тому експлуатація ЗК у цей період доцільна як виняток.
За результатами виконаних досліджень обґрунтована методика прогнозування реальних показників продуктивності ЗК з різними термінами експлуатації при плануванні збиральних робіт.
Методика дозволяє визначити, який обсяг роботи в агротехнічні строки може забезпечити заданий парк комбайнів з різними термінами експлуатації.
Основні положення методики полягають у наступному:
(45)
де –продуктивність за годину зміни одного умовного комбайна (для
ДОН-1500 –,1 т/год.); год. –нормативне річне навантаження, год.
У випадку, коли прогнозований обсяг менший за плановий , визначається необхідна кількість додаткових умовних комбайнів:
(46)
У випадку, коли немає можливості залучення додаткових комбайнів, визначається кількість додаткових робочих днів з підвищеними витратами зерна від осипання:
(47)
де - кількість робочих годин за добу (год).
Існуючими методиками планування збиральних робіт не передбачено враховувати різницю в продуктивності комбайнів з різними термінами експлуатації, тому фактичні строки збирання істотно більші за планові, що обумовлює істотні біологічні втрати.
Для більшості господарств різниця між фактичними і плановими строками збирання зернових становить в межах 9 днів, що призводить до додаткових
5,2 % втрат зерна. При ціні зерна 600 грн./т. вартість втраченого зерна становить 31,2 грн./т. Цю суму можна вважати економічним ефектом за рахунок впровадження пропонованої методики планування.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Аналіз наявного парку зернозбиральних комбайнів дозволив виявити, що станом на липень 2006 у господарствах України нараховувалося 60212 комбайнів, а справних - 44191. Із них з відпрацьованим амортизаційним строком експлуатації –%. Середнє навантаження на фізичний комбайн приблизно складає 300 га, а на технічно справний і укомплектований – 380 га. Аналіз літературних джерел показує, що закономірності зміни експлуатаційних показників ЗК із збільшенням строків експлуатації не досліджувалися.
. Аналізом балансу потужності вперше встановлено, що при великих урожайностях потенційно продуктивність ЗК обмежується пропускною здатністю молотарки, а при малих - потужністю двигуна. Обґрунтовано рівняння (10), що визначає урожайність, менше якої продуктивність необхідно розраховувати за потужністю двигуна (7), а більше якої - за пропускною здатністю (8).
. Для оцінки впливу технічного стану ЗК вперше запропонований відносний показник технічного стану (2.48) та його залежність від коефіцієнта готовності, що дозволяє враховувати їх термін експлуатації у формулах для розрахунку продуктивності через ф (коефіцієнт використання часу зміни).
. Аналізом процесу розгону комбайнового агрегату з працюючими робочими органами вперше встановлено, що при допустимому (до 10%) зменшенні потужності двигуна час (22) та шлях (21) розгону істотно не змінюються, тому при визначенні зниження продуктивності ЗК після певного часу використання цей факт можна не враховувати.
. За результатами експериментальних досліджень роботи 10 комбайнів ДОН-1500 протягом семи років встановлено, що зміна виробітку, наробітку між відмовами, кількість відмов, час простоїв за відмов, трудомісткість усунення відмов та коефіцієнт готовності залежно від наробітку задовільно описується законом Вейбулла, а також рівнянням регресії четвертого - п'ятого порядків. Для практичних розрахунків зміну показників, починаючи з другого року експлуатації, без істотної похибки можна визначити емпіричними залежностями yi = bln(t) ± C, де b, C - коефіцієнти. Обґрунтовано емпіричні рівняння для визначення експлуатаційних показників залежно від терміну використання ЗК.
. Визначено розподіл часу простоїв через відмови різних складових частин ЗК,%: двигун - 22,7; молотарка - 21,8, жатка - 17,39, гідросистема - 17,34, паси - 9,73, ходова - 7,1, електроніка - 3,90. За групами складності відмов: їх кількість, загальна тривалість та середня тривалість отримані такими :1-ша група складності - 622 (59,6%), 1498 год (25,3%), 2,4 год; 2-га група - 328 (31.4%), 2196 (37,3%о), 6,7 год. Із збільшенням терміну експлуатації більш суттєво збільшується кількість відмов 2-ї і 3-ї груп складності.
. Аналізом замірів ефективної потужності двигунів СМД-31А 27 комбайнів ДОН-1500А, які відпрацювали 11-16 сезонів, встановлено, що зниження ефективної потужності знаходиться в межах 5-40 кВт (3-26%). Середній темп зниження потужності становив 3,36 кВт/сезон, або 0,022 кВт/год. до заміни ЦПГ, а після –,5 кВт/сезон, або 0,024 кВт/год.
. Обґрунтована методика прогнозування наробітку парку комбайнів з різними термінами попередньої експлуатації, визначена потреба додаткових комбайнів для виконання збирання урожаю в агротехнічні строки, а також кількості робочих днів, на яку необхідно продовжити термін жнив з підвищеними біологічними втратами зерна у разі відсутності можливості поповнення парку комбайнів.
. Використання пропонованої методики забезпечує в середніх умовах за рахунок зменшення біологічних втрат економії 31,2 грн. на одну тонну зібраного зерна.
Список опублікованих праць за темою дисертації
Демко С.А. Визначення впливу строків експлуатації зернозбиральних комбайнів на техніко-експлуатаційні характеристики. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогогосподарського виробництва. –Національний аграрний університет, Київ, 2007.
В роботі розглядаються закономірності зміни техніко-експлуатаційних характеристик зернозбиральних комбайнів залежно від терміну їх експлуатації, впливу технічної надійності зернозбиральних комбайнів і зниження потужності двигуна на продуктивність залежно від строків через зміну виробітку в тоннах, мотогодинах, кількості відмов та наробітку між відмовами, тривалість усунення відмов та їх трудомісткість, розподілу відмов по складових частинах. Проведено класифікацію відмов та розподіл їх по групах складності. Визначено коефіцієнт готовності та зниження потужності двигуна. Розроблені теоретичні моделі та методики впливу зазначених показників на зниження продуктивності через коефіцієнт використання часу зміни та питомі показники зниження потужності.
Ключові слова: комбайн, експлуатація, дослідження, показники, надійність, технічний стан, закономірність, продуктивність, методика.
Демко С.А. Определение влияния сроков эксплуатации зерноуборочных комбайнов на их технико-эксплуатационные характеристики. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйствен-ного производства. –Национальный аграрный университет, Киев, 2007.
Диссертация посвящена проблеме изменения технического состояния и эксплуатационных характеристик зерноуборочных комбайнов с увеличением сроков их эксплуатации.
Анализ статистических данных наличия зерноуборочных комбайнов у сельхозпроизводителей показывает, что их парк со временем сокращается, изнашивается и стареет, а сезонная нагрузка на физический комбайн возросла от 138 до 380 га за сезон, что неминуемо влечет за собой увеличение биологических потерь урожая до 25%. Имеющиеся исследования посвящены в основном совершенствованию организационных форм и технологии уборки, ремонту, техническому обслуживанию и повышению надежности при проектировании и ремонтном производстве. Целенаправленных исследований влияния сроков эксплуатации на технические показатели и эксплуатационные характеристики комбайнов не проводилось. В имеющихся методических и нормативных материалах по расчету агросроков уборки сроки эксплуатации комбайнов и их техническое состояние не учитывалось, что приводило к систематическим погрешностям в расчетах производительности и значительным потерям урожая.
С помощью теоретического анализа мощности впервые показано, что при больших урожайностях потенциально производительность ограничивается пропускной способностью молотилки, а при малых –мощностью двигателя. Снижение мощности двигателя до 10% от номинального значения влечет за собой снижение производительности до 12% при урожайности 2 т/га, а при 6 т/га не влияет на производительность. Для оценки влияния технического состояния впервые предложен относительный показатель технического состояния и его зависимость от коэффициента готовности, что позволяет учитывать срок эксплуатации комбайнов в формулах расчета производительности через коэффициент использования времени смены. Теоретическим анализом разгона комбайнового агрегата впервые выявлено, что при снижении мощности двигателя на 10% разница во времени и пути разгона незначительны и на производительность влияют несущественно.
Экспериментальными исследованиями установлено, что с увеличением сроков службы комбайнов все технические и эксплуатационные показатели и характеристики ухудшаются. Наработка на отказ уменьшается с 25 моточасов (2-й год) до 11 моточасов (7-й год), простои увеличиваются, а коэффициент готовности снижается с 0,86 (2-й год) до 0,64 (7-й год), соответственно снижается и производительность. Экспериментальными измерениями установлено, что мощность двигателей за сезон снижается в среднем на 3,36 кВт, или 0,022 кВт/моточас до замены ЦПГ и 4,5 кВт или 0,024 кВт/моточас после замены.
Обоснована методика учета влияния сроков эксплуатации зерноуборочных комбайнов на реальную производительность через коэффициенты, учитывающие снижение мощности двигателя и коэффициента готовности, что позволяет прогнозировать вероятные потери и предупредить их организационными мероприятиями.
Ключевые слова: комбайн, эксплуатация, исследования, показатели, надежность, техническое состояние, закономерность, производительность, методика.
Demko S.A. Determining of grain combine harvesters technical and maintenance characteristics change during their operation life. – Manuscript.
The Dissertation for Candidate of technical science scientific degree competition on specialty 05.05.11 –Machines and implements for agriculture production mechanization, National Agricultural University, Kyiv, 2007.
Regularity of combine technical and maintenance characteristics change while increasing terms of their operations is considered, influence of grain harvesters technical reliability and engine power decreasing on performance, depending on terms of operation through change of output in tones, engine hours worked, number of failures and life till failure, repair time and its laboriousness, split of failures by combine components. Methods of determining of influence of above indexes on output decreasing are developed trough shift time utilization coefficient and relative indexes of power decreasing.
Key words: combine, maintenance, research, reliability, technical condition, regularity, output, method.