Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время сельское хозяйство является убыточным и имеет тенденцию к дальнейшему спаду производства. Одной из причин такой ситуации является диспаритет цен. Например, в 1995 г. цены на продукцию сельского хозяйства выросли в 770 раз, а на промышленную продукцию и услуги для села в 2800, электроэнергию - в 5400, ГСМ - в 5200. Кроме того, в сельскохозяйственном производстве возникла проблема роста цен на корма (доля затрат на их приобретение составляет более 70% от общих издержек производства). Оказавшись под двойным финансовом давлением (с одной стороны от переработчиков сельхозпродукции и с другой стороны от производителей сельскохозяйственной техники и комбикормов), сельские товаропроизводители вынуждены искать иные пути сбыта результатов своей деятельности. Хозяйства стали создавать собственные мини-цехи по производству комбикормов, муки, круп, переработке молока и мяса. Эксплуатация этих предприятий выявила их недостатки по сравнению с заводами большой и средней мощности: значительные потери сырья, повышенная себестоимость и нестабильное качество вырабатываемой продукции. Одна из основных причин этих недостатков - низкое качество работы оборудования, в том числе электрифицированного. Большая часть рабочих машин снабжена асинхронным нерегулируемым электроприводом. Для повышения надежности работы электропривода рекомендуется проводить комплекс профилактических мероприятий, регламентируемых системой ППРЭсх. Однако, финансовые трудности в сельском хозяйстве не позволяют выполнять рекомендуемые мероприятия в полном объеме, поэтому большинство энергетических служб занимаются практически только аварийными ремонтами. Это приводит к тому, что ежегодно выходит го строя 20-25% электродвигателей, а средний срок службы аппаратуры управления составляет от трех до пяти лет.
Отказы электропривода приводят не только к прямому ущербу, связанному с заменой отказавшего элемента, но и к технологическому, обусловленному порчей сельскохозяйственной продукции. Очевидно, что ущерб от перерывов в технологических процессах можно снизить за счет сокращения количества отказов и продолжительности времени восстановления, т.е. путем повышения коэффициента готовности. Одним из способов повышения коэффициента готовности является сокращение времени восстановления технического объекта. В этой связи перспективным является выявление отказов на ранней стадии их развития (состояние скрытого отказа). Таким образом, работы посвященные повышению эффективности эксплуатации электрооборудования являются актуальными.
Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной эффективности асинхронных нерегулируемых электроприводов кормоприготовительных цехов и предприятий по переработке сельскохо-
зяйственной продукции путем разработки методов оптимизации показателей надёжности и средств для их достижения. Задачи исследования:
- теоретически разработать математические модели надежности
асинхронных нерегулируемых электроприводов рабочих машин с учетом
скрытых отказов и получить расчетную формулу коэффициента готовно
сти;
установить связь экономических показателей эксплуатационной эффективности .электропривода с характеристиками надежности и получить целевую функцию оптимизации;
разработать алгоритмы и программы, позволяющие на основе статистических данных рассчитывать показатели надёжности;
сравнить расчетные значения показателей надёжности элеироприво-дов с существующими и при необходимости установить пути их повышения;
- научно обосновать сроки проведения технического обслуживания
электропривода;
- разработать, внедрить в серийное производство устройства температурной защиты электродвигателей и необходимое стендовое оборудование по контролю выходных параметров.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены математические модели надежности асинхронного нерегулируемого электропривода с учетом скрытых отказов, позволяющие описать процесс его функционирования в произвольный момент времени и получить формулу для расчета коэффициента готовности;
на основе целевой функции, связывающей основные показатели эксплуатационной эффективноти, научно обоснованы сроки проведения технических обслуживании электроприводов рабочих машин;
разработан ряд оригинальных технических решений аппаратов температурной защиты электродвигателей, новиліа которых подтверждена 6 авторскими свидетельствами на изобретения и одним патентом;
- получена вероятностная модель электропривода, позволяющая мо
делировать случайные процессы появления отказов отдельных элементов
системы и определять показатели ее надёжности.
Практическая ценность.
Предложенные математические модели надежности асинхронного нерегулируемого электропривода обеспечивают более точное прогнозирование возникновения отказов.
Установленная функциональная связь между надежностью и экономическими показателями позволяет в современных условиях определить направления модернизации элементов электропривода.
Получена методика проведения оптимальных мероприятий по повышению эксплуатационной эффективности электропривода, которая может быть распространена и на другой вид электроустановок.
Полученные программы позволяют рассчитать коэффициент готовности электропривода практичр~ки любой сельскохозяйственной машины по имеющимся статистическим данным об явных и скрытых отказах.
Предлагаемые схемные решения аппаратов защиты имеют повышенные значения коэффициентов самоконтроля (не ниже 0,7), что обеспечивает снижение вероятности нахождения их в состоянии скрытого отказа.
Разработанные стенды по контролю выходных параметров устройств встроенной температурной защиты, уменьшают трудоемкость проверки функционирования в два раза и могут быть использованы службами эксплуатации электрооборудования.
Полученная методика оценки экономической эффективности от повышения качества функционирования электропривода является основой для инвестиционных проектов, как в учебных, так и в реальных производственных ситуациях.
Реализация и внедрение результатов работы.
Разработаны совместно с Нальчикским заводом полупроводниковых приборов технические условия 18MO.0S0.441 ТУ и налажено серийное производство устройств защиты УВТЗ-5М иТЕРК-1. Производство этих аппаратов ведётся с 1991 года (серийный выпуск составляеті00000 штук в год). Кроме того, при содействии автора организовано мелкосерийное производство устройств УВТЗ-5М,"Модуль-1" в Константинов-ском районном объединении Агропромэнерго Ростовской области (объем производства - до 200 штук в год). Малое предприятие "Модуль" (г. Зерноград), являющееся патентообладателем, изготавливает устройства "Модуль-1" и устанавливает их в хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края. Схема разработанного стенда по проверке параметров УВТЗ-5М включена в ТУ. Изготовленные по этой схеме стенды используются при серийном производстве и показали высокую производительность (повышена в 2-3 раза). Данное стендовое оборудование используется при проведении различных испытаний на Северо-Кавказской МИС, а также в условиях мелкосерийного производства при эксплуатации соответствующих устройств защиты. Улучшена технология изготовления устройств защиты. Переносные стенды по ремонту, методика поиска неисправностей и ремонтная документация на УВТЗ-5М используются на Нальчикском заводе и в малом предприятии "Модуль". Разработанное устройство групповой защиты УГТЗ-1 прошло государственные испытания на Северо-Кавказской МИС, подготовлена конструкторская документация и стендовое оборудование для серийного производства. Утверждено техшгческое задание и разработано схемное решение комбинированной защиты УКЗ. Данное устройство прошло испытания на макетных образцах в хозяйственных условиях. Методика расчета с соответствующей программой для ПЭВМ по определению коэффициента готовности и экономического эффекта от повышения надёжности элемен-
тов электропривода используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (АЧГАА). Результаты работы включены в дисциплину "Электропривод сельскохозяйственных машин" в АЧГАА. Научно обоснованные сроки проведения технического обслуживания и методика их расчета переданы Ростовскому областному объединению Агропромэнерго. Научная тема, связанная с повышением эксплуатационной эффективности сельскохозяйственного электропривода включена в региональную программу Минсельхозпрода и торговли Правительства Ростовской области.
Апробация работы. Основное содержание работы обсуждалось и докладывалось:
- на научных конференциях АЧГАА (г. Зерноград, с 1983...1997 г.),
ЧГАУ (г.Челябинск, 1983...1987.1996,1997 г.);
- Всесоюзной конференции е институте повышения квалификации
руководящих работников и специалистов (г.Рязань,1986 г.);
- на VII Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и
перспективы совершенствования разработки и производства асинхронных
электродвигателей" (г.Суздаль, 1985 г.);
- Всесоюзной научно-практической конференции в УНИИМЭСХ, г. Киев "Научно-технический прогресс в АПК", 1988 г.;
- на научных конференциях ВНИПТИМЭСХ, г. Зерноград, 1995, 1996,1997 г.;
-навторой международной научно-практической конференции "Проблемы механизации и электронизации отраслей АПК", г. Краснодар, 1991 г.
Устройство УВТЗ-5 демонстрировалось на ВДНХ СССР в 1986 г., экспонат награжден бронзовой медалью.
На защиту выносятся:
математические модели надежности асиифонного нерегулируемого электропривода для определения коэффициента готовности с учетом скрытых отказов и математические выражения, связывающие показатели эксплуатационной эффективности системы;
рекомендации по организации эксплуатации асинхронных нерегулируемых электроприводов рабочих машин, содержащие методику определения сроков проведения профилактических обслуживании, методику оценки экономической эффективности мероприятий по повышению надежности и алгоритмы программ для расчета показателей надежности;
обладающие новизной технические решения устройств защиты электродвигателей.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 38 печатных работах, в число которых входит 6 описаний изобретений, один патент. 6 научных отчетов по результатам НИР.
Струїггура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и приложения. Изложена на 283 страницах, включая 37 таблиц, 48 рисун-
ков и библиографического списка из 225 наименований. Приложение к диссертации дано на 84 страницах.
