Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования... ;... 7
1.1. Краткая характеристика условий уборки зерновых культур в равнинной зоне Республики Дагестан 7
1.2. Состояние вопроса по исследованию использования и качества работы зерноуборочных комбайнов 10
1.3. Основные определения надежности зерноуборочных комбайнов 19
1.4. Краткий обзор работ по исследованию надежности зерноуборочных комбайнов, сельскохозяйственных машин и тракторов 23
Выводы по разделу 1, цель и задачи исследования 33
2. Теоретические предпосылки повышения эффективности использования и качества работы зерноуборочных комбайнов 36
2.1. Основные частные показатели использования и качества работы зерноуборочных комбайнов 36
2.2. Теоретические предпосылки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы . , 42 '
2.3. Определение периодичности технического обслуживания ременных передач 53
Выводы по разделу 2 55
3. Методика экспериментальных исследований 56
3.1. Частная методика экспериментальных исследований показателей использования зерноуборочных комбайнов 56
3.2. Частная методика экспериментальных исследований качества работы зерноуборочных комбайнов : 58
3.3. Методика экспериментальных исследований надежности зерноуборочных комбайнов 60
3.3.1. Выбор необходимого количества наблюдаемых зерноуборочных комбайнов 60
3.3.2. Методика статистической оценки показателей надежности.. 62
3.3.3. Методика исследования надежности агрегатов и систем зерноуборочного комбайна. 63
3.3.4. Частная методика исследования надежности ременных передач 64
4. Результаты экспериментальных исследований 70
4.1. Оценка производительности зерноуборочных комбайнов 70
4.2. Потери зерна за зерноуборочными комбайнами 80
4.3. Анализ надежности зерноуборочных комбайнов 84
4.4. Оценка влияния периодичности технического обслуживания ременных передач на показатели использования и качество работы зерноуборочных комбайнов 107
Выводы по разделу 4 109
5. Технико-экономические показатели работы зерноуборочного комбайна 112
Общие выводы 117
Список использованной литературы
- Состояние вопроса по исследованию использования и качества работы зерноуборочных комбайнов
- Теоретические предпосылки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы
- Частная методика экспериментальных исследований качества работы зерноуборочных комбайнов
- Анализ надежности зерноуборочных комбайнов
Введение к работе
Проблема обеспечения высокоэффективного использования сельскохозяйственных машин важна и носит общегосударственный характер.
В процессе производства зерна уборка урожая является одним из завершающих, наиболее сложных, трудоемких и ответственных этапов. Ее эффективность во многом определяется продолжительностью работ. Однако под влиянием различных факторов простои зерноуборочных комбайнов только по техническим причинам достигают 12 -15, а в некоторых случаях 25% сменного времени; наработка на отказ отечественных зерноуборочных комбайнов в реальных условиях эксплуатации составляет 10 - 20 ч.
В повышении эффективности эксплуатации зерноуборочных комбайнов, рациональном использовании ресурса всех его систем и узлов, своевременном выявлении и предотвращении отказов и неисправностей большая роль принадлежит техническому обслуживанию. В то же время принятая в настоящее время система технического обслуживания зерноуборочных комбайнов не позволяет в полной мере реализовать заложенный при конструировании ресурс отдельных элементов комбайна. Так, на долю ременных передач приходится до 20% отказов и неисправностей комбайна, большую часть которых возможно предотвратить за счет своевременного и качественного технического обслуживания.
В связи с этим для повышения эффективности использования сложных сельскохозяйственных машин, снижения затрат при их функционировании, повышения сменной производительности и снижения потерь зерна при уборке урожая назрела необходимость в решении проблемы совершенствования системы технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на основе индивидуального подхода к каждой из них.
Цель исследования - повышение производительности зерноубороч
ных комбайнов и снижение потерь зерна за ними в условиях Республики Да
гестан за счет совершенствования технического обслуживания ременных пе
редач. .
Объект исследования - зерноуборочный комбайн СК-5М и его ременные передачи.'
Методика исследований. Основной метод исследований показателей использования комбайнов - статистический, а потерь зерна - общепринятый. При этом использовалась теория планирования эксперимента. Оценка натяжения ремней осуществлялась,с помощью устройства КИ-13918. При обработке полученных результатов применялись методы математической статистики и теории вероятностей, расчеты выполнялись на ЭВМ.
Научную новизну работы составляют:
математическая модель оценки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы;
закономерности ослабления натяжения ремней приводов рабочих органов зерноуборочных комбайнов СК-5М, эксплуатируемых в условиях Республики Дагестан.
Практическая ценность. Предложена уточненная технология технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов СК-5М, отличающаяся от существующей тем, что все ременные передачи распределены на три группы: с новой и существующей периодичностью ТО-1 и с измененным допустимым прогибом ремней.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ОПХ им. СМ. Кирова ГНУ «Дагестанский НИИСХ» Хасавюртовского района и ОПХ «Путь Ленина» Кизлярского района Республики Дагестан.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации обсуждены и одобрены на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава*(1999 - 2005 г.г.), молодых ученых и специалистов (1999-2005 г.г.) Дагестанской ГСХА и молодых ученых и специалистов Волгоградской ГСХА (2003-2005г.г.).
Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 8 работ.
На защиту выносятся следующие научные положения:
теоретические предпосылки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы;
результаты исследований использования зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива» в условиях Республики Дагестан;
результаты исследований потерь зерна зерноуборочными комбайнами СК-5М «Нива» в условиях Республики Дагестан;
результаты исследований надежности систем зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива» в условиях Республики Дагестан;
усовершенствованная технология технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива»;
технико-экономические показатели использования зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива» с рекомендуемой технологией технического обслуживания ременных передач.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 133 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, 19 иллюстраций. Список использованной литературы состоит из 158 наименований, из них 9 - на иностранных языках.
Автор благодарит заведующего кафедрой «Эксплуатация машинно-тракторного парка» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Ряднова А.И. за ценные консультации, указания и рекомендации при выполнении настоящей работы.
Состояние вопроса по исследованию использования и качества работы зерноуборочных комбайнов
Уборка урожая зерновых культур - наиболее напряженный технологический процесс во всем цикле возделывания культур. В соответствии с агротехническими требованиями уборку необходимо выполнить в оптимальные, сжатые сроки. Для выполнения агротехнических требований в хозяйствах необходимо иметь достаточное количество машин. Кроме того, фактическая сменная производительности машин должна быть не меньше той, которая учитывалась при расчете состава парка уборочных машин. В связи с этим, вопросам повышения производительности комбайнов уделялось и уделяется особое внимание ученых.
Существуют разные подходы к оценке сменной производительности и годовой выработки комбайнов, а так же анализ факторов, влияющие на их величины.
Так, А.А. Зангиев в работе /50/ предложил зависимость производительности комбайна по зерну от факторов, характеризующих состояние полей (сложность конфигурации, наличие препятствий, угол уклона) и хлебов (влажность, полеглость, засоренность), учитываемых обобщенным коэффициентом учета местных условий (Ко) и использования пропускной способности (Еп) молотилки комбайна: где hw, aw, dw, Kw— коэффициенты определения соответствующими слагаемыми баланса времени смены; П„ - номинальная пропускная способность молотилки комбайна; дс - соломистость зерновой культуры.
Авторы работы /66/ среднегодовую наработку комбайнов в зависимости от года их эксплуатации предложили рассчитывать по формуле: Я р(0=7.5Яґ(7.5р.ец, 5/-і)-0.15Я1п(7.5е-а5 + і)+ о , (1.2) где Я-среднее значение годовой наработки комбайнов за 8 лет эксплуатации; / - год эксплуатации комбайна; X, р, а- коэффициенты, зависящие от природно-географической зоны. Авторы приводят значения коэффициентов X, р, а для ряда областей нашей страны.
В работе /57/ дана формула так же для определения годовой наработки в зависимости от срока эксплуатации комбайнов W = aTeeXT, (1.3) где Т- срок эксплуатации комбайнов; а, X, р - эмпирические коэффициенты.
Из формулы (1.3) следует, что годовая наработка комбайна с изменением срока эксплуатации постоянно уменьшается. Однако, исследования, представленные в работе /123 / показывают, что наработка зерноуборочных комбайнов в реальных условиях эксплуатации не соответствует расчетным данным по формуле (1.3).
В.А. Колтунов /65/ в результате статистического анализа информации, полученной в условиях Ростовской области, показал, что среднегодовая наработка комбайнов имеет максимум на втором году эксплуатации. С третьего по восьмой год эксплуатации наработка изменяется в незначительных пределах, а резкое снижение ее происходит на девятом году.
В работе /39/ показано, что интенсивность снижения сезонной выработки комбайнов наблюдается на третьем и четвертом годах эксплуатации.
Противоречивость результатов исследования /39,57,65,123/ позволяет сделать заключение о том, что единого мнения по определению годовой наработки комбайнов пока нет, ее оценку необходимо выполнять для различных природно-климатических зон страны.
Авторы работ /36,124/, анализируя использование комбайнов в хозяйственных условиях, рассматривают причины низкой выработки уборочных машин и выявляют резервы увеличения сменной производительности. Вопросу повышения сменной производительности посвящены также работы /43, 138,147 и др./.
Ряд исследователей сделали попытки оценить производительность зерноуборочных комбайнов от их показателей надежности. Так Н.И. Овчинникова в работе / 98 / представила зависимость дневной выработки зерноуборочного комбайна {WgH) от вероятности безотказной работы (Р) : КеИ=368тах-ТеН/[и(\ + ЯХі + ді/Р)}, (1.4) где gmax- максимальная пропускная способность молотилки; и - урожайность зерновой культуры; 8 - соломистость зерновой культуры; Т „ — продолжительность работы комбайна за день; q, - вероятности неработоспособного состояния системы из-за отказов ее компонентов. А.И. Ряднов в работе /125/ предложил зависимость изменения сезонной выработки зерноуборочных комбайнов при повышении их надежности: W = Q36BypTcmMpKjpcM-VKX\Jt 0)Y (1.5) где Вр - рабочая ширина захвата жатки; Vp— рабочая скорость комбайна; Тш- продолжительностьсмены;
Др - число дней работы комбайна в течение уборочного сезона; Кем— коэффициент сменности; тсм - коэффициент использования времени смены; v — коэффициент эффективности использования времени, высвободившегося при повышении уровня надежности комбайна; к0 - среднестатистический коэффициент, показывающий во сколько раз время на устранение отказов меньше времени смены; to и /о - наработка на отказ комбайна до и после повышения его надежности. .
Таким образом, сменная производительность, следовательно, и сезонная выработка зерноуборочного комбайна зависят от совокупности многих факторов, в том числе и от показателей его надежности.
Вторым важным показателем эффективности использования зерноуборочных комбайнов являются, потери зерна.
Кроме потерь свободным зерном за молотилкой комбайнов, различают и другие виды потерь зерна. На наш взгляд, наиболее полную классификацию потерь зерна за комбайном дал А.Н. Пугачев в работе /111/ (рис. 1.2).
Теоретические предпосылки влияния технического обслуживания ременных передач зерноуборочных комбайнов на их показатели использования и качество работы
Наиболее полная классификация объектов технического обслуживания представлена в работе /16/. Основываясь на этой классификации, можно отметить, что зерноуборочный комбайн относится к восстанавливаемым объектам, по режиму использования - к объектам многократного (циклового) использования, по длительности интервала непрерывной работы - большого (более одной смены) интервала, по стабильности эксплуатационных характеристик - к объектам с переменными характеристиками. У зерноуборочных комбайнов во время использования может изменяться одновременно не-сколько эксплуатационных характеристик. Эксплуатационные характеристики зависят от совокупности многих факторов, в частности, от технического состояния зерноуборочного комбайна, определяемого техническим состоянием его составных частей: двигателя, несущей системы, трансмиссии и других.
Оценка технического состояния составных частей зерноуборочных комбайнов в процессе их эксплуатации производится по величине информационного параметра признака неисправности, полученного с использованием средств диагностирования. Причем, диагностирование может выполняться перед техническим обслуживанием и после него. В первом случае диагностирование проводится с целью выявления необходимого объема работ, предусмотренного технологией технического обслуживания, во втором - для проверки качества обслуживания и оценки соответствия величины основных диагностируемых параметров-их номинальным значениям. То есть в результате технического обслуживания могут быть восстановлены номинальные значения диагностируемых параметров.
Для подтверждения этого положения рассмотрим кривую изменения натяжения клиновых ремней передач зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива» первого года эксплуатации, рис.2.2. Такая кривая характерна и для изменения натяжения цепей комбайна и для затяжки резьбовых соединений.
В соответствии с руководством по техническому обслуживанию зерноуборочных комбайнов СК-5М регулировка натяжения клиноременных передач должна выполняться после эксплуатационной обкатки, при ТО-1 и ТО-2. В эти моменты времени производится восстановление натяжения ремня в случае его ослабления ниже нормального. Нормальное натяжение ремня оценивается по величине прогиба ветви передачи при определенном усилии на нее.
Представленная на рис.2.2 кривая изменения натяжения клиноременных передач (сплошная линия) может быть получена в идеальном случае, когда в процессе регулировок обеспечивается верхний предел зоны нормального натяжения и ослабление ремня за 60 мото-ч работы комбайна происходит до нижнего предела. В действительности натяжение клиноременной передачи изменяется или с меньшей (кривая 0 - Г) или большей (кривая 0-1) интенсивностью. Во втором случае клиноременная передача используется некоторое время с натяжением, не входящем в зону нормального натяжения.
Если в результате технического обслуживания произведено натяжение ремня до величины, входящей в зону нормального натяжения, но не до верхнего предела, то в этом случае передача будет работать с нарушением оптимального натяжения в течение времени tHap, = (ti+t2 + t3 +t4 + ...) мото-ч. Это может привести, к нарушениям технологического процесса и повышенному износу ремней.
Для обеспечения заданного инструкцией по эксплуатации комбайна допуска на натяжение ремня, как следует из зависимости (2.5), необходимо при определенной скорости ослабления натяжения ремня рассчитывать периодичность технического обслуживания. В случае несоблюдения равенства по зависимости (2.5), будет нарушен технологический процесс работы рабочего органа комбайна, привод которого осуществляет рассматриваемая ременная передача, в течение времени tj, t2, t3, t4 и т.д.
На рис.2.3 показан идеальный случай, когда техническое обслуживание ременной передачи осуществляется в момент максимального допустимого ослабления ремня. В этом случае tmp. = 0.
В реальных условиях эксплуатации комбайна может иметь место и другой крайний случай, когда при техническом обслуживании ремень будет натянут до величины Hmin. При этом нарушения правил технического обслуживания не будет. В этом случае tt =х, то есть до очередного технического обслуживания натяжение ремня не будет соответствовать установленным требованиям.
Для того, что бы выполнялось неравенство tj « х и соблюдались рекомендуемые инструкцией по техническому обслуживанию предельные значения натяжения ремней необходимо, как следует из рис.2.3, при техническом обслуживании ременной передачи стремиться выполнять натяжение ремня до Нтах. Однако в реальной эксплуатации зерноуборочных комбайнов выполнение данного условия, .как правило, затруднительно. В связи с этим предлагается сузить допуск на натяжение ремня до значения AHt
Частная методика экспериментальных исследований качества работы зерноуборочных комбайнов
В разделе 2 выбраны показатели использования и качества работы зерноуборочного комбайна. К показателям качества работы зерноуборочного комбайна относятся потери зерна за ним.
Частная методика исследования потерь зерна была конкретизирована на основании работ/ 104, 11 Г, 125 и др.]. Оценивались потери от самоосыпания, в срезанных и не срезанных колосьях и свободным зерном за жатками при однофазном способе уборки, в срезанных колосьях и свободным зерном за жаткой-хедером, свободным зерном и недомолотом за соломотрясом и очисткой.
Перед началом экспериментальных работ зерноуборочные машины были отрегулированы в соответствии с условиями уборки, загерметизированы все щели комбайна, что позволило сделать допущение об отсутствии по-терь зерна через них.
Начало оценки потерь зерна от самоосыпания - наступление твердой спелости зерна. Периодичность - 2 дня.
Потери зерна от самоосыпания определялись первоначально в.граммах на 1-й площадке размером 0,5x0,5 м (gci), затем вычислялась масса зерна с «п» площадок (количество учетных площадок- 10) по формуле и рассчиты-вались потери зерна самоосыпанием в процентах от биологической урожайности зерновой культуры
Далее, все растения с учетных площадок срезались, обмолачивались вручную, определялась масса зерна, которая была приведена к 1 га площади. Полученная масса зерна с 1 га суммировалась с потерями, также приведен ными к 1 га площади. В результате была определена биологическая урожайность зерновой культуры.
Для определения потерь зерна за жаткой-хедером использовалась рамка, ширина которой равнялась ширине захвата жатки, а длина для учета потерь в колосьях — 2 м и свободным зерном — 0,15 м. Количество повторений -5. Длина рамки для учета потерь зерна в срезанных колосьях равнялось 10 м, а свободным зерном - 0,15 м. на каждом учетном проходе рамка накла дывалась 5 раз. . Во всех случаях оценки потерь за жаткой собиралось зерно в пределах рамок, взвешивалось, его масса пересчитывалась на 1 га и в процентах к урожайности. При расчете потерь зерна за жаткой учитывались потери от самоосыпания.
Потери зерна за молотилкой определялись следующим образом. После прохода учетных участков длиной 10 м, комбайн освобождался от соломы и половы. Затем подвешивался полог для сбора сходов с соломотряса и очистки. Разгон комбайна осуществлялся на двух метрах на свободном от растений участке и на заданной скорости производилось скашивание и обмо-лот хлебной массы до полного.заполнения копнителя соломой. После выгрузки соломы и половы на подог, копна разбиралась вручную по видам потерь.
Одновременно с началом обмолота проводились замеры времени движения комбайна (t) и определилось его скорость Vp = L/t. 3. Сбор информации о надежности зерноуборочных комбайнов проводился с целью получения достоверных данных о показателях безотказности, долговечности и ремонтопригодности машин, эксплуатируемых в равнинной зоне Республики Дагестан.
В связи со значительными материальными затратами при получении статистической информации о показателях надежности зерноуборочных комбайнов, эксплуатируемых в условиях рядовой эксплуатации, и удовлетворения требований достоверности информации, было выбрано минимальное количество наблюдаемых машин.
Существует ряд методик определения размера выборочной партии /7, 40 и др./. Рассматривая существующие методики и учитывая цель данного исследования, мы пришли к заключению о том, что наиболее приемлемой является методика, изложенная в работе /29/. Данная методика предполагает на начальном этапе сбора информации выбор плана наблюдений. Так как зерноуборочный комбайн является восстанавливаемым объектом, эксплуатируется в течение определенного времени (сезон, срок службы), а экспериментальные исследования существенно зависят от материальных и трудовых затрат, ограничивающих продолжительность сбора информации, нами принято, что наблюдения должны проводится в течение времени Т или до достижения числа отказов г.
В этом случае исходными данными для определения минимального объема наблюдений при оценке показателей безотказности являются: относительная ошибка (8) соответствующего среднего показателя надежности, например, средней наработки на отказ и относительная вероятность оценки показателя надежности (/?).
Анализ надежности зерноуборочных комбайнов
Уровень надежности зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива» оценивался по результатам сплошного и выборочного хронометража работы комбайнов в хозяйствах Республики Дагестан.
При оценке надежности зерноуборочного комбайна он условно расчле нялся на составляющие системы, наименование которых дано в табл. 4.3. Каждая система оказывает влияние на надежность комбайна. Причем, отказ одной из систем приводит зерноуборочный комбайн в неработоспособное со стояние. Оценка надежности каждой системы осуществлялась по наработке на отказ (toO и коэффициенту готовности (Кг). Наработка на отказ зерноуборочного комбайна в целом определялась по выражению: to=l/(Il/toi), (4.3) Коэффициент готовности отдельной системы и комбайна в целом рассчитывался соответственно по выражениям (4.4) и (4.5): Kn= toj/(toi + tBj), (4.4) где tBj - продолжительность восстановления работоспособного состояния системы; Кг=1/{1+П(1/КГі)-1]}. (4.5)
Результаты расчета коэффициента готовности систем зерноуборочного комбайна по формуле (4.4) после обработки статистической информации по наработке на отказ и продолжительности восстановления работоспособного состояния систем представлены в табл. 4.3.
Из данных, представленных в табл. 4.3 следует, что лимитирующими надежность зерноуборочного комбайна являются: несущая система, сепарирующие органы, трансмиссия и механические передачи.
Расчеты по зависимостям (4.3) и (4.5) показали, что наработка на отказ зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива» в эксплуатационных условиях Республики Дагестан равна 11,68 ч, а коэффициент готовности - 0,882.
Таким образом, результаты исследований показали, что уровень надежности зерноуборочных комбайнов СК-5М «Нива» в рядовых условиях эксплуатации находится на низком уровне, не соответствует нормативным значениям и его необходимо повышать.
Выше показано, что надежность зерноуборочного комбайна лимитируют, в частности механические передачи, которые включают ременные и цепные привода рабочих органов. Рассмотрим более детально показатели безотказности ременных передач комбайна СК-5М «Нива».
Результаты исследований наработки на отказ ременных передач t0 , 11 поставленных под наблюдение в течение 3 уборочных сезонов зерноуборочных комбайнов, представлены в табл. 4.4, В данной таблице представлены также результаты расчетов среднего квадратического отклонения а и коэффициента вариации v наработки на отказ отдельных ременных передач зерноуборочных комбайнов.
Результаты исследований показали, что за время наблюдения зафиксировано 205 отказов ременных передач. Установлено, что 89% отказов ременных передач происходит по причинам потери необходимого натяжения ремня и несвоевременного натяжения его. Следствием данных причин является спадение ремня со шкивов, остановка комбайна для установки ремня и регулировки его натяжения. Остальные отказы ременных передач происходят из-за разрывов и расслоений ремней, связанных, как правило, с их старением.
Среднее количество отказов за 1 сезон на 1 комбайн составило 6,21.
Наименьшую наработку на отказ имеют ременные передачи приводов: вариатора жатки (t0= 68,385 ч], наклонной камеры (t„= 1Л,ЪЪЪ ч) и ходовой части (/0= 82,095 ч). Чаще всего теряют работоспособность ременные передачи привода ходовой части (42 отказа) и привода барабана (31 отказ). Средняя наработка на отказ ременных передач составила 89,1 ч.
Для повышения надежности указанных ременных передач необходимо рассмотреть возможные пути достижения поставленной цели.
Возможны несколько вариантов повышения надежности ременных передач, среди которых мы предлагаем следующие: 1. Установление индивидуальной периодичности обслуживания ременных передач; 2. Установка на каждую ременную передачу сигнализатора ослабления натяжения; 3. Изменение предельного максимального натяжения.
Все предложенные пути повышения надежности ременных передач возможно реализовать в условиях рядовой эксплуатации зерноуборочных комбайнов.
Для установления индивидуальной периодичности обслуживания ременных передач необходимо знать вероятность безотказной работы их, которая является одним из основных показателей надежности, отнесенных к заданной наработке.
При вероятностной оценке вышеназванного показателя надежности используют функцию распределения P(t) и функцию плотности вероятности отказа/f/).
На основании информационных данных составлен статистический ряд наработок на отказ ременных передач исследуемых зерноуборочных комбайнов СК-5М (табл. 4.4). В дальнейшем все отказы сгруппированы в интервалы. Количество интервалов статистического ряда определялось по зависимости пу - \и (здесь п - суммарное количество точек информации). Кроме того, необходимо учесть, что количество точек информации в интервалах статистического ряда должно быть не менее 5.
