Введение к работе
Актуальность проблемы. Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы предусмотрено инновационное развитие отрасли, ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий. Одним из контрольных индикаторов Программы является увеличение производства продукции в хозяйствах всех категорий к 2012 г. на 24,1% по отношению к 2006 г.
Несмотря на принятые меры, анализ реальной ситуации показывает, что существующие темпы обновления средств механизации и сельскохозяйственной техники крайне не удовлетворительны. За последние пять лет сельскохозяйственными производителями приобретено в 3 раза меньше техники (например, тракторов), чем намечено Программой.
На российский рынок поставляются десятки образцов машин отечественного и импортного производства, которые выполняют однотипные технологические операции, но отсутствие объективного метода оценки технических средств затрудняет их оптимальный выбор. Кроме того, невысокая надежность существующего парка машин стала серьезным фактором снижения экономических показателей отрасли. Затраты на ремонт техники в настоящее время составляют почти 60 млрд. руб. и составляют 12...15% в структуре себестоимости отдельных видов продукции. Отсутствие ряда позиций техники конкурентоспособного отечественного производства вынуждает хозяйства приобретать зарубежную технику, доля которой в структуре парка машин постоянно увеличивается.
В связи с этим разработка ресурсосберегающих направлений и методологических подходов повышения эффективности сельскохозяйственного производства за счет совершенствования эксплуатации, ремонта, повышения надежности и долговечности находящихся в реальных условиях сельхозпредприятий средств механизации, представляют важную для науки и производства народнохозяйственную проблему.
Цель работы - разработка и реализация ресурсосберегающих направлений эксплуатации и ремонта сельскохозяйственных машин и оборудования, обеспечивающих повышение надежности и эффективности производства с.-х. продукции.
Объект исследования - технологические процессы сельскохозяйственного производства, свойства и тип технических средств, используемых в них, а также свойства и параметры рабочих поверхностей деталей машин.
Предмет исследования - закономерности повышения эффективности технологических процессов на этапах выбора технических средств и использования газодизельных энергосредств, формирования ресурсосбережения обеспечением требуемых свойств и параметров рабочих поверхностей деталей машин и оборудования сельскохозяйственного производства.
Методы исследований представлены комплексным использованием математического анализа и системного подхода, теорий вероятности и надежности, математической статистики, разработкой усовершенствованных методик стендовых и эксплуатационных испытаний, методов планирования многофакторных экспериментов, применением современного комплекса подготовки образцов и металлографического анализа структуры и свойств поверхностных слоев деталей машин, высокоточной измерительной и вычислительной техники. В отдельных случаях разрабатывались частные методики испытаний и оригинальное оборудование к ним.
Научная новизна. Разработана обобщенная модель совершенствования производства с.-х. продукции по показателям надежности и эффективности технологических процессов (ТП). На основе системного подхода и анализа технических средств выявлена низшая ступень их иерархии - рабочие поверхности деталей машин, которые включены в иерархические схемы как системообразующий фактор, управляющий надежностью и эффективностью системы. Разработана новая классификация ключевых процессов, которые позволяют формализовать и математически описать большинство реальных ТП. Предложена новая методика оценки технических средств с учетом их надежности и условий эксплуатации. Теоретически обоснована возможность повышения эффективности ТП за счет применения альтернативных видов топлива при переоборудовании дизельных энергосредств в газо дизельные. Получены математические модели регулирования подачи газа и дизельного топлива, устанавливающие взаимосвязь между крутящим моментом и режимными точками изменения теплотворности смеси двигателя в газодизельном режиме.
Определены общие закономерности контактного взаимодействия рабочих органов с модельными материалами, позволившие рекомендовать параметры формы их рабочих поверхностей для всех ключевых процессов. На примере ТП смешивания установлены теоретические зависимости степени однородности смеси, затрат энергии и производительности непрерывных смесителей от формы и режимов их работы. Получена математическая модель повышения долговечности оборудования на примере вакуумного насоса пластинчатого типа за счет создания требуемых свойств и режимов функционирования рабочих поверхностей деталей, контактирующих друг с другом. Обоснована целесообразность модернизации конструкции его на этапах проектирования и ремонта.
Практическая значимость работы. Предложена обобщенная методика повышения эффективности ТП, в основу которой положена новая классификация рабочих поверхностей деталей машин, позволяющая оценивать как существующие технологии, так и предлагаемые, по обобщенному критерию качества работы и показателю фактической результативности. Разработана методика объективной оценки, учитывающая технический уровень, надежность и эксплуатационные затраты новых технических средств, а также их изменение с увеличением срока службы техники, обеспечивающая выбор отечественных и импортных машин до их приобретения. Усовершенствована газодизельная система (RU 2362036) более точного регулирования параметров топливоподачи на энергоемких операциях обработки почвы. Разработаны предложения по оптимизации формы рабочих поверхностей основных деталей машин и оборудования всех ключевых процессов сельхозпроизводства.
Методологический подход к повышению эффективности ТП увеличением надежности и долговечности средств механизации, применяемых в них, за счет создания требуемых свойств рабочих поверхностей деталей, контактирующих друг с другом, позволил:
разработать новые конструкции ротационных пластинчатых компрессоров (RU 43043, RU 48602, RU 54107, RU 2333392), внедрение которых при модернизации обеспечит повышение межремонтного ресурса в 1,8...2,5 раза. Это дает возможность дальнейшего совершенствования целого ряда других процессов с аналогичным оборудованием (дозаторы, шлюзовые затворы, высевающие аппараты, компрессоры, пневмо- и гидродвигатели, гидродинамические нагреватели и др.);
обосновать новые способы восстановления прецизионных деталей (RU 2423214) и деталей из алюминия и его сплавов (RU 2427457), обеспечивающие улучшенные свойства поверхностных слоев деталей машин;
для соединения деталей типа «вал - втулка» с натягом, предложен новый способ RU 2428295, а для соединений, неподвижность которых обеспечивается шпонками, создана конструкция съемной самозажимной ступицы (RU 2402701), которые обеспечивают повышение долговечности, ремонтопригодности соединений и их многократную разборку и сборку.
Результаты исследований положены в основу методики «Оценки технических средств при их выборе», опубликованной в одноимённой монографии и принятой в качестве научно-методического материала в службах и подразделениях МСХ. Они внедрены в технологической документации на процессы упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин с использованием местных сырьевых источников на предприятиях МСХ СК, и упрочнении лемехов на ОАО «Светлоградагромаш»; в технологических рекомендациях по контролю и повышению качества деталей дизельной топливной аппаратуры в организациях снабжения ЗАО КПК «Ставропольстройопторг» и Техническом центре ОАО «Ставропольагропромснаб»; в технологической документации на изготовление ремонтного комплекта приводных шкивов и звездочек зерноуборочных комбайнов (RU 2402701) на ОАО РТП «Усть-Лабинсктехсервис» Краснодарского края. Результаты научных исследований (RU 2428295, RU 2402701, RU 2427457, RU 2423214, RU 2362026) переданы ОАО РТП «Курганинское» Краснодарского края, использованы в комплектах технологической документации на модернизацию вакуумных насосов пластинчатого типа (RU 2333392, RU 54107) для ре- монтно-технических предприятий Шпаковского района Ставропольского края (СК), а также Министерства промышленности, энергетики и транспорта СК; в конструкторской и технологической документации на процессы приготовления кормосмесей для рыб малогабаритными смесителями (RU 54531, RU 2299789) в условиях прудовых хозяйств в Ассоциации рыбоводческих хозяйств СК.
Результаты исследований внедрены в учебном процессе СтГАУ, Азово- Черноморской ГАА (г. Зерноград), Кубанского ГАУ (г. Краснодар), Горского ГАУ (г. Владикавказ) и Кабардино-Балкарской ГСХА (г. Нальчик).
Апробация. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены: на международных научно-технических конференциях ВНИП- ТИМЭСХ (г. Зерноград, 1990-1991 г.г.), (г. Пермь, 1991 г.), СтГСХА (г. Ставрополь, 1987-1998 г.г.), КубГАУ (г. Краснодар, 2000 г.); «Производство и ремонт машин», СтГАУ (г. Ставрополь, 2005); на научно-практических конференциях СтГАУ (г. Ставрополь, 2005-2011г.г.); РГАЗУ (г. Москва, 2007 г.); VII - VIII международных конференциях "Трибология и надежность" (г. Санкт-Петербург, 2007-2008 гг.); на XII международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (г. Санкт-Петербург, 2007 г.); на I - VI международных научно-практических конференциях в рамках VIII - XIII международных агропромышленных выставок "Агроуниверсал" (г. Ставрополь, 2005-2011 г.г.); на Всероссийской научно-производственной конференции ГорГАУ (г. Владикавказ, 2010 г.). Новые разработки демонстрировались на международных выставках: "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (Hi-Tech) (г. Санкт- Петербург, 2005, 2006, 2008 гг.); на VII- XI краевых специализированных выставках "Урожай " ( г. Михайловск, 2005-2010 г.г.); на международной выставке сельскохозтехники «Юг-Агро». (г. Краснодар,2007 г.); выставке-конкурсе Торгово-промышленной палаты «Инновации года» г. Ставрополь, 2009 - 2011г.г.
На защиту выносятся следующие положения:
обобщенная модель совершенствования производства с.-х. продукции по показателям надежности и эффективности технологических процессов;
иерархическая схема технических систем и классификация рабочих поверхностей деталей машин, являющихся низшим элементом системы, позволяющим управлять ее надежностью и эффективностью;
новая классификация ключевых технологических процессов, которые позволяют формализовать и математически описать большинство реальных сельскохозяйственных процессов;
методика повышения ресурса сельскохозяйственной техники и эффективности технологии ее ремонта;
методика объективной оценки выбора новых технических средств с учетом технического уровня, надежности и эксплуатационных затрат, а также изменения их с увеличением срока службы техники;
аналитическая зависимость повышения эффективности технологических процессов за счет применения альтернативных видов топлива при переоборудовании дизельных энергосредств в газодизельные;
математическая модель, конструкция газодизельной системы регулировки топливоподачи газодизеля тракторов, а также результаты производственных исследований МТА с ними на операциях обработки почвы (на примере К-701);
математическая модель и результаты исследований контактного взаимодействия рабочего органа с модельными материалами;
математическая модель повышения эффективности ТП за счет создания требуемых свойств и режимов функционирования рабочих поверхностей деталей, контактирующих друг с другом, а также результаты экспериментальных исследований повышения долговечности вакуумного насоса;
- рекомендации производству и их технико-экономическая оценка. Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 печатных работ, в их числе 3 монографии, 3 учебных пособия, 19 работ в рекомендованных ВАК изданиях, 15 патентов на изобретения и полезные модели и др.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и 29 приложений. Она изложена на 474 страницах, из которых 372 основного текста и содержит 115 рисунков, 17 таблиц, библиографический список из 339 наименований.
