Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим условием повышения эффективности средств электрификации и автоматизации сельского хозяйства является обеспечение надежности электрооборудования технологических машин и агрегатов на всех этапах жизненного цикла. Оценки надежности электрооборудования общепринятыми методами на стадии проектирования и обоснования требований, как правило, не подтверждаются результатами испытаний. Эксплуатационная надежность значительно ниже прогнозируемой на 30-80% и по среднему сроку службы составляет 2-4 года. Отсутствие пригодных для практического применения аналитических методов оценки и прогнозирования надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и влияний условий эксплуатации не позволяет выбрать эффективные способы и средства ее повышения. Особую остроту эта проблема приобретает в условиях назревшей необходимости динамичного развития сельского хозяйства и ускоренного перевода его на новую техническую базу.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является создание теоретических основ и методических принципов обеспечения надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов в условиях сельскохозяйственного производства.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
-обосновать, разработать и исследовать методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и условий эксплуатации в сельском хозяйстве;
-разработать метод, алгоритм и программу ЭВМ для оценки взаимовлияний и внешних воздействий на элементы электрооборудования в сельском хозяйстве;
-разработать метод и программу ЭВМ для оценки надежности электрооборудования с зависимыми отказами по априорной информации и ограниченному объему статистических наблюдений;
-разработать методы априорной оценки надежности и ремонтопригодности электрооборудования в сельском хозяйстве по его технологическому назначению, организации эксплуатации и гарантийным обязательствам поставщиков и произодителей;
-разработать метод обоснования предпочтения при выборе электрооборудования для сельскохозяйственного производства с учетом его надежности, ремонтопригодности и погрешности исходной информации;
-исследовать надежность электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин с учетом зависисмых отказов, разработать методы ее прогнозирования и основные способы ее повышения.
Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории вероятностей, математической статис-
тики, теории случайнах процессов, теории графов, теории матриц, линейной алгебры, стохастических и обыкновенных дифференциальных уравнений, аналитических методов теории надежности, методов регуляризации некорректых задач, теории информации, математической экономики, системного анализа и результатов статистичеких исследований надежности и ремонтопригодности электрооборудования в сельском хозяйстве. '"
Необходимые расчеты и верификация полученных результатов проводились на ЭВМ.
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить следующую совокупность новых положений и результатов:
обоснованы основные определения и показатели надежности электрооборудования с зависимыми отказами;
разработаны методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и внешних воздействий, характерных для сельского хозяйства;
получена принципиально новая система дифференциальных уравнений динамики надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов, износа и замены отказавших элементов;
разработаны методы и программы для ЭВМ по оценке уровня взаимовлияний и интенсивности отказов элементов электрооборудования;
разработаны методы обоснования предпочтений возможных вариантов реализации, априорной оценки надежности и ремонтопригодности при выборе электрооборудования для сельскохозяйственного производства в условиях ограниченной достоверности и доступности необходимой инфорг. мации.
Методами разработанной теории построена, верифицирована по результатам статистических испытаний и исследована обобщенная математическая модель надежности электрооборудования типового электропривода сельскохозяйственных машин. На ее основе регуляризированы оценки надежности и параметры внешних воздействий на электрооборудование электроприводов технологических машин в сельском хозяйстве; найдены кинетические функции надежности асинхронных электродвигателей; определены функции роста и предельные значения интенсивности отказов асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве и объяснена причина отсутствия ожидаемого повышения их надежности при выпуске новых серий и исполнений.
В качестве универсального метода оценки структуры систем электрооборудования, его защиты и диагностики, обоснован информационный подход, использующий меры Хартли, Шеннона и Колмогорова, соответственно, для конечных автоматов, систем защиты и систем диагностики по отклонениям рабочих параметров.
Достоверность теоретических положений подтверждена экспериментальными исследованиями автора и других ученых.
Практическая ценность результатов исследований выражается в создании научных основ и методических принципов, позволяющих:
-получать (на порядок) более точные и достоверные оценки надежности электрооборудования и электроустановок;
-оценивать взаимовлияние элементов в электроустановках и влияние на их надежность режимов работы технологических машин, питающей электросети и других внешних воздействий;
-определять значимость и уязвимость, по надежности, элементов в системах электрооборудования;
-выбирать наиболее эффективные средства и способы повышения надежности электрооборудования;
-принимать гарантированные, по предпочтению, решения при выборе электрооборудования для электрификации сельскохозяйственного производства;
-расчитывать адекватные потокам отказов объемы комплектов запасных частей и элементов электроустановок;
-планировать профилактики и замены электрооборудования с учетом их режимов работы, условий эксплуатации и организации оперативного обслуживания;
-сократить сроки и затраты на проектирование, отработку и постановку на производство электроифицированных машин сельскохозяйственного назначения;
-снизить потери от простоев при внезапных отказах электрооборудования технологически машин и агрегатов в сельском хозяйстве;
-создать предпосылки для динамичного перевода сельского хозяйства на базу автоматизированных и электрифицированных технологий.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований составили научную базу для разработки руководящих технических материалов по оценке надежности электроприводов сельскохозяйственных машин; отраслевого стандарта испытаний шкафов и щитов управления сельскохозяйственными машинами; обоснований разработки, производства и поставок сельскому хозяйству электрооборудования подразделениями "главмехэлек-тро", МСХ и продовольствия РФ, предприятиями "Мосэлектро"; организации эксплуатации и обслуживания электрооборудования службами "Агро-промэнерго"; подготовки учебных программ и курсов по надежности и эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве. Методы оценки надежности и программы для ЭВМ использовались при проведении государственных испытаний животноводческих комплексов "Щапово" и "Новые Анены"; опытных испытаний систем автоматизированного водоснабжения свиноводческого комплекса "Искра" Рязанской области. Они позволили получить гарантированные оценки надежности электрооборудования на этих уникальных объектах.
Апробации. Основные положения диссертации и результаты выполненных автором исследований докладывались на научных конференциях и семинарах, в том числе: ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Московского государственного агроинженер-ного университета им. В.П.Горячкина; научном семинаре "Вопросы прикладной кибернетики и системного анализа", института высокопроизводительных вычислительных систем АН РФ (1996г.); научной конференции "Вопросы монтажа, эксплуатации, ремонта и надежности машин и оборудования животноводческих ферм", Минск, ВНИИТИМЖ (1977г.); на международной научной конференции "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве", г.Углич (1995г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 20 научных публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и приложения. Изложена на 338 страницах, включая 25 таблиц, 43 рисунка и списка литературы из 235 наименований.
