Введение к работе
Актуальность темы. В 70-80-х годах XX века, одновременно с повсеместным внедрением люминесцентного освещения, произошел качественный скачок в области развития светодиодных источников света. За короткий промежуток времени был пройден путь от использования светодиодов в качестве сигнальных ламп до массового использования их в светильниках для промышленного и сельскохозяйственного назначения. Появились серии осветительных приборов со светодиодами (ОП со светодиодами), обеспечивающие процесс фотосинтеза и роста растений.
При решении задач для растениеводства, связанных с планированием выпуска тех или иных серий осветительных приборов со светодиодами, с оценкой качества изготовления ОП со светодиодами, с комплектованием светодиодной продукцией участков производства сельских товаропроизводителей, с разработкой оптимального варианта организации технического обслуживания и ремонта светотехнического оборудования, с созданием необходимого резерва запасных ОП со светодиодами и выбором номенклатур приобретаемой светодиодной продукции, необходимо иметь возможность за короткие сроки получать информацию о долговечности этих светильников.
Наиболее достоверную оценку долговечности ОП со светодиодами дают эксплуатационные испытания. Длительность таких испытаний составляет 5-12 лет в непрерывном режиме работы, что делает их неприемлемыми для решения поставленных задач. К значительному сокращению сроков ресурсных исследований ведут ускоренные испытания, однако существующие методы ускоренных испытаний ОП со светодиодами требуют дальнейшего развития и совершенствования.
Исследования проводились в соответствии с разделом федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ: шифр 01.02 «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.».
Цель исследования. Разработка методики ускоренной оценки долговечности ОП со светодиодами по результатам контроля деградации светового потока для растениеводства в условиях защищенного грунта.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
1. Теоретически обосновать возможность ускоренной оценки
долговечности ОП со светодиодами в ее вероятностном аспекте на
нормальных режимах нагрузки.
-
Установить основные эксплуатационные факторы, влияющие на ресурс ОП со светодиодами, создать установку, обеспечивающую воздействие данных факторов на исследуемый ресурс во всем диапазоне их изменения в процессе эксплуатации.
-
Разработать методику ускоренных испытаний, базирующуюся на теории активного планирования эксперимента и математической статистике, позволяющую экспериментально-аналитическим путем производить оценку статистических характеристик ресурса ОП со светодиодами.
-
Произвести оценку соответствия результатов ускоренных испытаний по разработанной методике с данными эксплуатационных наблюдений.
Объект исследования. Процесс деградации светового потока ОП со светодиодами для растениеводства в период эксплуатации.
Предмет исследования. Закономерности деградации светового потока ОП со светодиодами для растениеводства, определяющие их ресурс в различных условиях эксплуатации.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
-
Разработана математическая модель надежности ОП со светодиодами для растениеводства, описывающая ресурс с учетом стохастических значений скорости деградации светового потока и его величины после периода стабилизации.
-
Установлена аналитическая зависимость скорости деградации светового потока ОП со светодиодами для растениеводства от воздействующих эксплуатационных факторов при выращивании рассады огурцов.
-
Разработана методика ускоренной оценки ресурса ОП со светодиодами для растениеводства, отличающаяся от известных тем, что позволяет по результатам ускоренных испытаний прогнозировать ресурс в вероятностном аспекте с учетом различных условий эксплуатации.
Практическая ценность работы и ее реализация
-
Разработанная методика ускоренной оценки ресурса ОП со светодиодами позволяет существенно (в 10 и более раз) сократить время получения информации о долговечности ОП со светодиодами для растениеводства по сравнению со сроком их эксплуатационных испытаний.
-
Результаты ускоренных испытаний на надежность позволяют принимать обоснованные и своевременные решения по реализации мероприятий, направленных на повышение качества производства, ремонта и эксплуатации ОП со светодиодами для растениеводства.
-
Разработанные технические средства ускоренных испытаний обеспечивают комплексное воздействие влияющих на ресурс факторов во всем диапазоне их эксплуатационных значений и контроль деградации светового потока ОП со светодиодами.
-
Методика ускоренных испытаний ОП со светодиодами на долговечность принята к внедрению тепличным комбинатом ГУСП совхозом «Алексеевский» Республики Башкортостан и ООО «КВАНТ» г. Челябинска.
-
Материалы теоретических и экспериментальных исследований по прогнозированию долговечности ОП со светодиодами для растениеводства используются в курсе лекций «Эксплуатация электрооборудования в сельском хозяйстве» и «Надежность электроснабжения» ЧГАА.
Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях ЧГАА (г. Челябинск, 2011-2013 гг.); на II и III Международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы энергетики АПК» (г. Саратов, 2011, 2012 гг.); на Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - основа инновационного развития АПК» (г. Курган, 2011 г.); на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 35-летию факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства, «Инновационные электротехнологии и электрооборудование - предприятиям АПК» (г. Ижевск, 2012 г.).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе четыре в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста, в том числе 135 страницах основного текста, содержит 35 рисунков, 16 таблиц, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Список используемой литературы включает в себя 108 наименований.
