Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка показателей надежности элементов дождевальных машин

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оценка показателей надежности элементов дождевальных машин"

На правах рукописи

пБ ОД

Сушко Варвара Владимировна

У ') Л

- - л,,;;! ¿.

ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костикова.

Научный руководитель

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Зюбенко С.Ш.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук,

профессор

Казаков В.С.

- кандидат технических наук Ильин С.П.

Ведущая организация - ГУ "ГОСЭКОМЕЛИОВОД"

Защита состоится "8" июня 2000 г. в 10 часов на зассданш диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидата технически) наук К 020.95.01 во Всероссийском научно-исследовательском институт! гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу : 127550, г.Москва ул.Большая Академическая, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан _2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Е.Л. Ворожцова

Общая характеристика работы.

Актуальность исследований. Проблема надежности дождевальной техники тается актуальной, так как потребность хозяйств в исправных дождевальных штанах (ДМ), способных обеспечить массив орошения заданной поливной нор-эй, оптимальной для данных эксплуатационных условий, по-прежнему очень вежа и приобретает новые особенности, характерные для сложившейся на настоя-ий момент ситуации.

В период перехода к рыночным отношениям снизился уровень государствен->го контроля и регулирования качества и надежности сельскохозяйственной тех-:пси, в том числе и ДМ, значительно уменьшилось количество машин, поставлеп-ых на испытания. Хозяйства не имеют средств для обеспечения нормальных усло--ш для эксплуатации дождевальной техники, не говоря уже о приобретении новых М, не выполняются требования по обеспечению должного экологического уровня роведения поливов.

Надежность дождевальной техники является одним из решающих факторов в овышении производительности труда, снижении простоев ДМ, а следовательно, отерь сельскохозяйственной продукции. Оценка надежности элементов дожде-альных машин и рекомендации по ее обслуживанию должны обеспечить необхо-имый уровень эксплуатации, исключающий ущерб окружающей среде.

Цели и задачи исследования. Целью исследований является оценка надеж-ости элементов дождевальных машин для совершенствования методов повышения ксплуатационной надежности ДМ с учетом экологических требований при органи-ации проведения поливов.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ статистических материалов по отказам элементов дожде-1альных машин.

2. На основе системного анализа установлено влияние элементов ДМ на на-(сжность машины.

3. Классифицированы отказы узлов дождевальных машин по группам слож-

юсти.

4. Дана оценка показателей надежности основных элементов ДМ.

5. Установлена взаимосвязь отказов элементов дождевальных машин с экологическими последствиями на орошаемом поле.

6. Разработан комплекс мер по совершенствованию профилактических и ремонтных мероприятий, комплектации запасными частями, обеспечивающими необходимый эксплуатационный уровень надежности дождевальной техники.

Методика исследований. Исследования проводились во Всероссийском на; но-исслсдовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костяков, соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИГиМ им.А.Н.Костикова (программы Р( сельхозакадемии по научному обеспечению АПК па 1996-2000 гг. в области мел! рации и водного хозяйства 03.02 - Разработать для хозяйств ресурсосберегакш оросительные системы комплексного регулирования факторов жизни растеши замкнутым циклом водооборота).

Системный анализ отказов элементов дождевальных машин, количествен« расчеты и лабораторные опыты проводились на основе методов математическ статистики и теории надежности сельскохозяйственного машиностроения.

Личный вклад автора заключается в проведении анализа статистического » териала государственных испытаний дождевальных машин типа ДДА-100М "Волжанка" и "Фрегат", эксплуатационных данных ВИСХОМа, ВНПО "Радуг ВНИИГиМа, Дспмелиоводхоза МСХП РФ, в определении качественных и коли ствешшх показателей надежности ДМ. Автором выполнен системный анализ вл1 ния основных элементов дождевальных машин на надежность машины в цело», составлена классификация отказов узлов ДМ по группам сложности, разработа методика построения "дерева отказов" для дождевальной техники и даны преда жения по совершенствованию технологий проведения технического обслуживани: профилактики ДМ.

Научная новизна. Установлены закономерности возникновения отказов э ментов дождевальных машин, влияние надежности их функционирования на ф( мирование экологических последствий на орошаемом поле.

Разработана методика построения "дерева отказов" для дождевальных и шин и составлена классификация отказов элементов ДМ по группам сложности.

Усовершенствована технология поддержания дождевальной техники в ра( тоспособном состоянии и соблюдения экологических требований при организап проведения поливов.

Практическая значимость результатов работы. Классификация отказов э. ментов ДМ и рекомендации по их устранению дадут возможность разработчик проектировщикам усовершенствовать конструкции дождевальной техники, а за) дам-изготовителям - при производстве новых модификаций машин.

Предложенная автором технология обслуживания ДМ, обеспечивающая блюдение экологических требований, может быть использована эксплуатациош ми организациями для поддержания в работоспособном состоянии поливной т ники при проведении поливов.

Внедрение. Полученные результаты исследований использованы при проек-ровании новой техники и модернизации существующих дождевальных машин 1Лгоградским заводом оросительной техники (ОАО "ОРТЕХ" г. Волгоград).

Основные положения, выносимые на защиту:

- классификация отказов элементов дождевальных машин по группам сложили;

- методика построения "дерева отказов" для поливной техники;

- закономерности влияния отказов дождевальных машин на возникновение тативных экологических последствий на орошаемом массиве;

- рекомендации по совершенствованию технологии проведения технического Зслуживания дождевальных машин с целью повышения их надежности и сохране-1Я экологического равновесия на орошаемом поле.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены одобрены на научно-технической конференции МГУП (20 апреля 1995 г.), на Все-эссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры : предупреждения", проведенной Почвенным институтом им.В.В.Докучаева (16-18 юня 1998 г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Защитное ле-эразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России", Вол-эград (9-12 сентября 1998 г.), на научной конференции, посвященной 75-летию НИИГиМ, 1999 г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 стр. текста, включая 7 рисунков, 21 таблицу, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений. 1иблиография включает 120 наименований, в том числе 7 иностранных авторов.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая зна-[имость работы, ее реализация и апробация.

В первой главе "Основные положения теории надежности оросительных си-тем с использованием дождевальной техники" даны общие положения теории на-^жности оросительных систем, изложено состояние современного парка машин, сказаны особенности ДМ, которые необходимо учитывать при оценке их надеж-юсти, а также раскрыто понятие "экологического риска", как неизбежной состав-мющей организации и проведения поливов дождеванием.

Исследования в области теории надежности подчиняются задаче разработ действенных методов повышения и сохранения надежности при проектирован! создании и эксплуатации изделий, элементов, подсистем и системы в целом.

Применение теории надежности к гидромелиоративным объектам было на1 то исследованиями Ц.Е.Мирцхулавы во второй половине 50-х годов нашего сто] тия, труды ученого остаются наиболее многоплановыми научными работами в эт< направлении, так как в них с достаточной полнотой изложена методика и после; вательность выполнения расчетов надежности объектов оросительных систем. ^ следованиям надежности элементов гидромелиоративных систем посвящены так работы Н.А.Алексеева, С.В.Бальвы, В.И.Виссарионова, А.Н.Горюно В.А.Гурина, С.Ш.Зюбенко, В.В.Иванова, С.П.Ильина, В.С.Казако П.И.Коваленко, Ю.М.Косиченко, А.В.Магомедовой, И.И.Наумеш

B.Г.Новохатиого, В.И.Ольгаренко, С.А.Пегухова, В.Н.Померан]

C.С.Савватеева, В.В.Соколова, В.А.Солнышкова, В.Ф.Чебаевского, А.В.Шевчеш О.В.Яременко и другие. Вопросы оценки надежности полива дождевальными с шинами разрабатывали В.М.Афанасьев, О.Н.Балун, Ю.И.Гринь, В.И.Ольгареш Ю.П.Поляков, В.А.Ступак, А.П.Сысоев, Т.Б.Тетрадзе , этими же проблемами за! мались специалисты ВНПО "Радуга" В.Ф.Носенко, В.Г.Луцкий, Л.В.Угрюм С.М.Давшан, В.П.Жидовинов, Л.В.Петренко, Г.А.Ландес, ВНИИГиМ К.В.Губ Г.П.Лямперт, ВИСХОМ Г.И.Грудева.

В работе предлагается системно-комплексный подход рассмотрения наде ности дождевальных машин. С одной стороны, ДМ рассматривается как состав! часть оросительной системы, которая находится во взаимодействии с другими э ментами и это во многом определяет ее надежность. Кроме того, на нее влия природно-климатические факторы и хозяйственная деятельность человека. С д гой стороны, ДМ - система движущихся узлов, механизмов и их комплектуют рассматриваемая нами аналогично другим сельскохозяйственным машинам.

Надежность как количественную характеристику элементов и систем нев можно измерить, ее рассчитывают на основе статистического анализа данных отказам. При проведении исследований использовались данные периодичес! испытаний дождевальных машин, проводимых различными машиноиспытателы ми станциями (МИС), результаты наблюдений ВНИИГиМ, ВИСХОМ, ВН1 "Радуга", Департамента мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснаб: ния Минсельхозпрода России за дождевальной техникой в условиях ее эксплуа ции.

Особую ценность представляла информация, содержатцая следующие дан-перечень отказов, включающих марку и номер наблюдаемой машины, наи-1вание агрегата, детали, вид отказа, причина его возникновения, наработка тказа, время и способ устранения неисправностей, наименование организа-проводившей наблюдение; показатели надежности, включающие номер ма-ы , наработку за период наблюдений, число отказов, наработку на отказ, [я устранения отказов, коэффициенты готовности и технического использо-[Я (по оперативному времени), удельные суммарные оперативные трудоем-и технического обслуживания (ТОГ и устранение отказов.

Парк дождевальных машин, имеющихся в наличии в Российской Федера-сократился в1998 году по сравнению с 1990 годом почти в 2,5 раза, процент >авных ДМ и установок катастрофически падает и на данный момент состав-менее 50 % из имеющегося парка машин, (рис.1)

Ф Наличие, шт Исправных, шт

Рис.1. Наличие дождевальных машин и установок в Российской Федерации гериод с 1990 по 1998 гг.

Для исследований были выбраны машины ДДА-100, "Фрегат", шжанка", так как они составляют основной парк используемой поливной гех-:и РФ на современном этапе развития, (рис.2)

ДДН-70,100 -8% Прочие - 3%

■фрегат" - 36%

ДДА-100 - 24%

Кубань" - 3% !

' "Волжанка" - 19%

'Днепр" - 6%

Рис. 2. Процент площади орошения для различных ДМ при РоСщ =2489тыс.га (данные мелиоративного кадастра на 01.01.97).

Наличие в ДМ большого числа элементов с разным уровнем надежности усложняет расчет надежности машины в целом, так как это требует проведения громоздких вычислений вероятностей всевозможных состояний системы. ДМ рассматривали как совокупность подсистем, состоящих из элементов с одинаковой надежностью, для чего были составлены их структурные схемы.

Наряду с надежностью Ц.Е. Мирцхулава рекомендует на практике использовать термин "риск", подразумевая под этим темп реализации опасностей, то есть возможность отклонения от намеченной цели. Риск - неизбежный спутник почти любого решения принимаемого человеком. Рассматривают несколько видов риска, в том числе "экологический риск". Экологический риск - вероятность неблагоприятных для экологических ресурсов последствий любых антропогенных изменений природных объектов и факторов.

При поливе сельскохозяйственных культур дождеванием могут иметь место такие негативные антропогенные изменения на поле как водная эрозия почвы, уплотнение почвы и образование колеи, повреждение сельскохозяйственных растений, загрязнение почвы и растений горюче-смазочными материалами при работе и заправке дождевальной техники.

Для установления возникающего экологического риска при поливе дождеванием необходимо проследить взаимосвязь причин возникновения отказов элементов дождевальных машин, классифицировать их по группам сложности, дать качественные и количественные оценки показателей надежности основных элементов ДМ.

Вторая глава "Взаимосвязь элементов дождевальных машин и классификация IX отказов" посвящена разработке структурных схем дождевальных машин, клас-;ификации отказов по группам сложности и построению "дерева отказов" для каждой рассматриваемой нами дождевальной машины.

Структурные схемы дождевальных машин необходимы для установления вза-шосвязей между их элементами при решении задач повышения надежности. За основу составления структурных схем был принят ток воды от входа в машину до тоступления ее непосредственно на поле. На рис.3 приведена структурная схема 10ждевалыюй машины ДДА-100МА, на которой показано распределение отказов ю основным подсистемам машины. У ДМ ДДА-100МА наиболее ненадежные элементы - всасывающая линия - около 35%, неисправности центробежного насоса ¡оставляют 20%. Анализ отказов ДМ "Волжанка" показал, что наибольшее число зтказов до 38% приходится на водопроводящий трубопровод, у ДМ "Фрегат" наименее надежным элементом является гидропривод тележек - 45% отказов от общего IX числа.

Признаками отказов и предельных состояний ДМ автор считает прекращение полное или частичное) выполнения машиной заданных функций или отклонение ¡аданных технических показателей от установленных нормативов.

В процессе эксплуатации дождевальных машин возникают отказы различного зида, а многообразие деталей приводит к их огромной номенклатуре.

Взяв за основу общепринятые в сельскохозяйственном машиностроении по-гажения и опираясь на существующие разработки специалистов по дождевальной гехникй ВНПО "Радуга", нами была составлена общая классификация отказов для дождевальных машин по группам в зависимости от сложности их устранения табл.1).

Отказы одних подсистем и элементов могут приводить или не приводить к отказам других подсистем или элементов. Для анализа причин отказов и разработке наиболее эффективных мероприятий для их устранения автором построено 'дерево отказов" по разработанной методике. Общий вид "дерева отказов" приведи на рис. 4.

При составлении дерева отказов за систему принимаем дождевальную маши-1у целиком (первый уровень), что соответствует определению системы с точки зре-гая теории надежности, то есть как многоуровневой конструкции, состоящей из взаимодействующих элементов, объединяемых в подсистемы различных уровней по принятой терминологии справочника "Надежность и эффективность в техни-<е").

100%

35% 18% 20% 19% " 8%

- пи ппл-тпмл

Таблица 1. Классификация отказов по группам сложности.

Группа сложности Отказы

I группа Неисправности, устраняемые регулировкой, ремонтом или заменой деталей в легкодоступных местах без разборки узлов и агрегатов в полевых условиях проведением операций ежесменного технического обслуживания или периодических технических обслуживании TOI или Т02. Износ дефлектора насадки. Обрыв, ослабление натяжения тросов. Ослабление натяжения цепей. Ослабление креплений, деформация мелких деталей (болтов, шплинтов, штырей, гаек, пружин, хомутов, кронштейнов, стоек, планок). Ослабление крепления рабочего колеса насоса. Деформация кронштейна гидроцилиндра. Заклинивание, заедание втулок, роликов, кожухов, подшпп- ников, звездочек, шкивов. Нарушение регулировок муфт сцепления. Перегрев двигателя, подшипников муфт, редукторов. Подтекание воды, масла, горючего. Подгорание контактов, замыкание или пробой электрозащиты. Засорение клапанов, фильтров, манжет. Разрыв сетки всасывающего клапана.

II группа Неисправности, устраняемые ремонтом или заменой узлов и агрегатов или деталей, доставленных со склада хозяйства, требующими их разборки, раскрытия внутренних полостей агрегатов. Неисправности в легкодоступных местах, устраняемые с помощью сварки - протирание труб. Замена деталей из комплекта запасных частей: деформированных валов, осей, звездочек. Износ шестерен насоса, износ манжеты уплотнения вала насоса. Неисправности машин в легкодоступных местах, устраняемые заменой новой или отремонтированной деталью. Излом, деформация опорных стоек фермы.

III группа Неисправности в труднодоступных местах, устраняемые разборкой основных агрегатов, демоктажом узлов и агрегатов с рамы машины, то есть крупные поломки с заменой базисных деталей. Деформации и поломки рам , валов, труб, ферм, тележек, редукторов, насосов со сложными условиями ремонта . Неисправности, требующие демонтажа или замены основных сборочных единиц машины, трубопроводов оросительной сети с помощью автокрана, сварки, экскаватора.

Уровень

Уровень

Рис. £ Дерево отказов

Всасывающий клапан

Плохое качество воды Забивание грунтом, разрыв Сегка

Перекос, недостаток смазки

Недостаток прочности

Рывки при подъеме

Деформация

Трос

Гидроцилиндр

Балка консольная

х 5 а 5

Перекос при сборке

Разрыв по сварке

Разрыв

Трубы

Трубы, муфты

Плохая регулировка

Ослабление Провертывание

крепления по валу

Рабочее колесо

Плохая регулировка Разрыв, износ набивки Уплотнение Вал. подшипники

гл х

3 X

° £

ш о

т о

* о

Попадание посторонних частиц

Усилия превышают прочность штока

[Избыточное давление

Шестерни

Шток

Деформация

Разрыв Рукав высокого

давления

Износ Манжета

Насос масляный

Гидроцилиндры

За

13 >

■

о о

Перекос, Нарушение

недостаток смазки крепления

Недостаток сварочных шеов

Недостаток при изготовлении

Излом по сварочному шву

ОЪрыв резьбовых соединении

Упущения при эксплуатации

Нарушение крепления

Патрубок, фланец

Штуцера

Опорная дуга

Поворотное кольцо

Нижний пояс

Недостаток при изготовлении

Попадание тверды* частиц

Износ (отсутствие резьбы)

Муфты

Износ Дождевальные

конуса дефлектора аппараты

Открылки

Утилизация топлива

Эжектор

Зэкоксовывается выхлопными газами Сопло

О

Отсутствие показаний Вакууметр Приборы

На втором уровне автором рассмотрены блоки, представляющие собой сов купность деталей, объединенных общим конструкторским решением, сосдиненнь на предприятии-изготовителе или на месте монтажа и предназначенные для выпо нения определенных функций в составе системы.

Третий уровень "дерева отказов" представлен отказами отдельных издели Под изделием понимается единица промышленной продукции, количество которс исчисляется в штуках или экземплярах, то есть любой предмет или набор предм тов, подлежащих изготовлению на предприятии.

Элемент - часть системы, предназначенная для выполнения определенш функций и неделимая на составные части, рассматривается на четвертом уровне.

Пятый уровень "дерева отказов"- это перечень ошибок и дефектов, поро: дающие отказ элемента, а шестой - виды воздействий, приводящие к дефектам, к торые подразделяются автором соответственно с классификацией отказов по гру пам сложности.

В диссертационной работе представлены "деревья отказов" для дождевах ных машин ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат", в качестве примера на рис.5 г казано "дерево отказов" ДМ ДДА-ЮОМА.

Составленная классификация отказов и разработанная методика построен "дерева отказов" являются основой качественной оценки показателей надежное элементов дождевальных машин. Для полного раскрытия этой проблемы нсобх димо также исследовать количественные показатели.

В третьей главе "Показатели надежности дождевальных машин" дано обе нование выбора показателей надежности дождевальных машин, а также привсде1 математические зависимости для расчета этих показателей.

На практике для определения вероятности безотказной работы P(t) или bcj ятности отказа Q(t) по результатам статистических данных об отказах элемент ДМ при их эксплуатации используют обычно метод непосредственного подсче вероятностей.

где No - количество однотипных видов элементов, за которыми велось набл дение в течение времени t; n(t) - число отказавших образцов за время t.

С использованием алгоритма, предложенного Ильиным Ю.А., в соответств с полученными значениями была определена функция распределения нарабог элементов дождевальных машин до отказа:

WO=Zß- '

/=1

Алгоритм позволил также вычислить статистические значения интенсивно-стей отказов Л,(О по формуле

Вероятность безотказной работы, а также среднее время наработки на отказ определены в виде

N

(4)

Р = \-FXt) ; = '

' N

где ^ - ¡-ое значение случайной величины наработки элемента ДМ на отказ.

Особое внимание уделено ремонтопригодности и долговечности элементов ДМ, а также статистическим законам распределения этих показателей.

Показатели надежности автор классифицирует как:

- комплексные, которые характеризуют одновременно несколько свойств, например, коэффициент готовности, учитывающий такие свойства надежности, как безотказность и ремонтопригодность, и др.

Коэффициент готовности - вероятность того, что машина окажется в работоспособном состоянии в произвольный период времени, когда потребуется ее применить по назначению:

ь,

КГ= » "' „-' (5)

1-1 1-1

где ^ - наработка до ¡-го отказа; 1в| - время восстановления работоспособного состояния после ¡-го отказа; п - число отказов за время наблюдения.

Коэффициент готовности Кг можно выразить также через среднюю наработку на отказ Тср и среднее время восстановления работоспособного состояния Тв :

кг=т1^г; (6)

с р 1 В

- единичные , которые характеризуют какое-нибудь одно свойство надежности, например, безотказность, ремонтопригодность, долговечность.

Для дождевальных машин, основное назначение которых отработать в тече ние заданного периода с наименьшими простоями, обеспечивая необходимый ре жим поливов, наиболее важными показателями являются безотказность , ремонто пригодность и долговечность.

За показатели безотказности дождевальных машин автор принимает пара ботку на отказ (средняя наработка на отказ), вероятность безотказной работы и па раметр потока отказов (интенсивность отказов). Средняя наработка на отказ опре деляется в зависимости от группы сложности (первой, второй, третьей или сложньп отказ - второй и третьей групп сложности отказов одновременно):

Т,= — ; Т,= — ; Г3= —; Тс =—-—, (7)

л, " пг и3 пг + п3

где Т1 , Т2, Т3 - наработка на отказ соответственно первой, второй и третье* групп сложности, ч; Тс - наработка на сложный отказ, ч; пь п2, Пз - число огказо! соответственно первой, второй и третьей групп сложности; 1- наработка за перио; наблюдений или испытаний, ч.

Средняя наработка на отказ:

т, =__, №

'Р И, +«2+0з'

В качестве параметра потока отказов используем осредненный параметр и(г' (в 1/ч) за отрезок времени от ^ до 12:

-(,). Щ^)--"(О) 1 (9)

12

где п(10 и п((2) - число отказов на интервале от 0 до наработки соответствен но ^ и 12; М - математическое ожидание числа отказов за время от 11 до 12.

Ремонтопригодность определяется как свойство машины, заключающееся в е( приспособленности к предупреждению и устранению отказов и неисправностей пу тем проведения технического обслуживания и ремонтов. Для агрегатов и узлов имеющих быстроизнашивающиеся детали, на первое место выходит ремонтопри годность, а для ряда неремонтируемых деталей (подшипники, ремни и др.) долго вечность. Оценка показателей долговечности в отличие от безотказности и ремон топригодности осложняется тем, что большая часть данных о надежности поступа ет за ограниченный интервал времени, как правило, задолго до достижения пре дельного состояния машин.

Одним из важных показателей ремонтопригодности является среднее время восстановления, характеризующее затраты времени на отыскание и устранение отказов. Автором установлено, что на устранение отказов первой группы сложности требуется затратить от 20 до 60 минут, среднее время восстановления отказов второй группы - 120 минут. Возникновение отказов третьей группы сложности для дождевальных машин событие редкое, а продолжительность их устранения определяется фактическими затратами времени на ремонт.

Показатели долговечности ДМ оцениваются средним и гамма-процентным ресурсом и средним сроком службы. В качестве гамма-процентного ресурса автором обосновано применение 80-процентного ресурса (у= 80 %), что означает, что данное или большее значение ресурса будут иметь 80% машин, а 20% могут иметь меньшее значение ресурса.

Взаимосвязь среднего (Кср ) и гамма-процентного (Кг) ресурсов осуществляется через некоторый коэффициент (Кг), значение которого зависит от коэффициента вариации V при фиксированном значении (у):

Я=КЯ. (10)

Г "г'Чр-

Коэффициент вариации ресурса зависит от качества изготовления машины и условий ее эксплуатации. Методы оценки показателей долговечности зависят от выборки и законов распределения ресурсов. Автором установлено, что для составных частей дождевальных машин, у которых преобладает влияние износа, распределение ресурса характеризуется нормальным законом , а для составных частей, предельное состояние которых наступает вследствие усталостного разрушения от воздействия различных факторов, законом распределения Вейбулла.

Исключение составляют составные части дождевальных машин, у которых наблюдаются, как правило , только внезапные отказы (элементы автоматической системы контроля и сигнализации, элементы освещения и т.д.). Для них рекомендуется принимать экспоненциальный закон распределения ресурса.

Автором установлено, что довольно много узлов и деталей по длине машины имеют переменный ресурс. Этот фактор необходимо учитывать при разработке мероприятий по повышению уровня эксплуатационной надежности дождевальных машин.

Полученные показатели надежности основных элементов дождевальных ма шин позволили рассчитать эксплуатационную надежность дождевальной машины ] целом. Для ДМ ДДА-ЮОМА вероятность безотказной работы была рассчитана п< формуле:

Р дм- Рвсас.линии Ргидросистшы Р насоса Рфермы , 0 ^.

ГДе Рьсас-линии Ргидросистемь. Р насоса Рфермы - СООТВеТСТВвННО ВерОЯТНОСТЬ беЗОТКаЗ

ной работы элементов всасывающей линии, гидросистемы, насоса и фермы и со ставила в среднем для рассматриваемой выборки машин 0,66, что меньше устано влепного нормативами значения(0,9) из-за дефектов узлов и дегалей по вине заво да-изготовителя, неудовлетворительного технического обслуживания и неправияь ной организации работы операторов-дождевалыциков, некачественной наладки I регулировки систем обеспечения безостановочной работы ДМ, исчерпания ресурс; работы элементов ДМ, из-за истекшего срока эксплуатации, не соблюдения требо ваний, предъявляемых к качеству воды, поступающей в дождевальную машину. По казатели безотказной подачи воды дождевальными машинами "Волжанка" ] "Фрегат" были рассчитаны аналогичным образом и составили соответственно 0,7: и 0,63. Полученные результаты подтверждают необходимость повышения уровн: эксплуатационной надежности ДМ.

На основе проведенного качественного анализа отказов, причин их возник новения, полученных количественных показателей надежности и законов распреде ления отказов основных элементов дождевальных машин автором установлены за кономерности влияния отказов ДМ на возникновение негативных экологически: последствий на орошаемом поле.

В четвертой главе "Влияние надежности дождевальных машин на экологиче ское состояние орошаемого поля" рассмотрен технологический процесс дождевани: при работе дождевальных машин и выполнена оценка негативных экологически: последствий на орошаемОЛ/поле при отказах дождевальных машин, таких как:

- ирригационная эрозия;

- уплотнение почвы (образование колеи);

- повреждение сельскохозяйственных культур;

- загрязнение почвы и сельскохозяйсгвенных культур горюче-смазочным! материалами.

Рассматривая возможность возникновения водной эрозии , мы подразделяем отказы, вызывающие изменение качества дождя, и отказы, сопровождающиеся аварийными сбросами воды. Например, качество дождя ДЦА-100МА во многом определяется работой центробежного насоса: плохая регулировка, износ рабочего колеса, износ колец уплотнения приводят к изменениям рабочих характеристик насоса, соответственно, к изменениям качества дождя. Отказы всасывающей линии могут изменять или нарушать работу центробежного насоса и дождевальных насадок, то есть влиять на качество создаваемого дождя.

Для всех рассматриваемых нами машин дождевальные аппараты (насадки) являются наиболее значимым элементом, влияющим на качество создаваемого дождя. Износ дефлектора или износ отверстий насадок вызывает увеличение объема воды, подаваемого на поле данной насадкой. Одной из причин выхода из строя дождевальных аппаратов является плохая очистка воды, вызывающая абразивный износ.

Опасным с эрозионной точки зрения для ДДА-100МА следует считать отказы фермы. При разрыве труб нижнего пояса необходима замена или сварка этих груб. Производить данные операции возможно после полного опорожнения трубопровода, то есть в этом случае па поле выливается значительный объем воды (2,8м3), что может привести к размыву почвы. При промывке трубопровода ДМ, когда промывают консоли при засорении насадок расходом воды 1 ЗОл/с за период от 120 до 180 секунд сбрасывается от 15,6 м3 до 23,4 м3 воды, что сопровождаемся образованное блюдец воды на орошаемом поле.

Повреждение сельскохозяйственных культур может происходить при поломках фермы, ее перекосах и наклонах, что вызывается отказами в гидросистеме подъема фермы и в поясах самой фермы.

Дождевальный агрегат ДДА-ЮОМА производит полив в движении, поэтому, говоря о влиянии на экологическую обстановку орошаемого поля, особое внимание следует уделить работе трактора. Здесь необходимо нормировать объем дизельного топлива с целью уменьшения выделения вредных веществ выхлопными газами во время его работы. Установлено, что при обработке одного гектара пашни тракторный двигатель, работающий на дизельном топливе, выбрасывает в атмосферу до 300 м3 газа, в составе которого основную долю занимает углекислый газ СО2. Для уменьшения вредного влияния выхлопы газов необходимо производить не в атмосферу, а во всасывающую насосом воду. В результате химической реакции Ш0+С02=Н2С0з, образующаяся угольная кислота, не повреждая растений, попадает в почву и переводит находящийся в почве фосфор в доступное для растений состояние.

Протечки масла на почву и сельскохозяйственные культуры могут иметь место при разрыве рукава высокого давления гидросистемы.

Для ДМ "Волжанка" наибольшие неприятности с экологической точки зрения могут проявляться в виде уплотнения почвы. Нарушение прямолинейности хода из-за отказов и пробуксовывание колес уменьшают коэффициент земельного использования и вызывают повреждения растений. В пересчете на 100га потери посевной площади и повреждение сельскохозяйственных растений составляет до 1,53га. Образование дополнительной колеи может быть вызвано торцевым биением колес из-за плохой регулировки натяжения спиц, превышения допустимого значения выхода спиц за поверхность обода колеса.

У ДМ "Фрегат" качество создаваемого дождя во многом зависит от давления в сети, то есть давления на входе в машину и от работы дождевальных аппаратов. Слив воды на поле во время полива может происходить при отказах I и II группы сложности, например, при отказах системы автоматики или при поломках трубопровода, когда для проведения сварочных работ требуется его опорожнение - объем воды в трубопроводе 10м3 приводит к размыву почвы и образованию луж. Сброс отработанной воды гидропривода тележек составляет 233л/мин, при полном обороте за 51 час - 71,3м3. В пересчете на 100га орошаемой площади сброс отработанной воды составляет 67м3. Это приводит к эрозионным процессам и смыву почвы.

Поломка вызывает остановку всей машины. Неисправности системы автоматической синхронизации тележек вызывают нарушение прямолинейности хода, образование уширенной колеи и повреждение сельскохозяйственных культур. При высоких нормах полива колея может образовываться очень глубокая, что препятствует нормальной работе других сельскохозяйственных машин. Подсчитано, что 3,3% поливной площади отчуждается на образование колеи на каждые 100га посевов. Поврежденность растений составляет 0,8-1,3%; КЗИ в пределах обхода последней тележки составляет 0,98%.

Для устранения перечисленных выше последствий необходимо разработать комплекс мероприятий по профилактике и техническому обслуживанию узлов и элементов дождевальных машин, что поможет избежать или сократить появление их отказов и снизить экологический риск.

В пятой главе "Рекомендации по совершенствованию технологии обслуживания поливной техники для повышения ее надежности и улучшения экологической обстановки орошаемого массива" описаны операции технического обслуживания и профилактики ДМ, направленные на предотвращение отказов, провоцирующих нарушение экологической ситуации орошаемого поля.

18

Надежность ДМ, их воздействие на экологию окружающей среды зависит от условий эксплуатации, в первую очередь, от своевременности и качества технического обслуживания. Большое значение при эксплуатации ДМ автор уделяет ежесменному техническому обслуживанию (ЕТО), периодичность которого для поливной техники составляет 8... 10 часов, а также ТО-1, проводимому через 60 часов и ТО-2 - 240 часов. Используя полученные качественные и количественные значения показателей надежности элементов дождевальных машин и обоснование наиболее опасных отказов с экологической точки зрения, автор вносит свои предложения в организацию технического обслуживания, направленные на повышение надежности ДМ (табл. 2).

Помимо этого, автор предлагает рассмотреть три модели профилактики. Первая модель предусматривает аварийные ремонты, проводимые при проявлении отказов и обеспечевающие полное восстановление элементов. Вторая модель- плановые и аварийные ремонты, полностью восстанавливающие элементы, причем последние начинаются сразу же после возникновения отказа. При использовании третьей модели в период проведения профилактики производится и аварийный ремонт элементов ДМ, если элементы к этому времени отказали. Учитывая рекомендации заводов-изготовителей, сезонную загрузку дождевальных машин, автором уточнена методика планирования ремонтного обслуживания.

Для определения времени профилактики оптимизируется коэффициент готовности, принимая следующие математические выражения:

h

т т. К(')

^ = + (12)

К г(Г°>

r 1 + (ТА-ТЖЪ)'

гдс 1п - средняя длительность профилактики без аварийного ремонта; Та -средняя длительность аварийного ремонта; То - наработка на профилактику; F(t)-функция распределения времени безотказной работы элементов ДМ; P(t) - вероятность безотказной работы элементов ДМ; X(t) = f(i)l P(t), f(t) и /(7;)-плотности распределения времени при наработках t и То.

Большое значение для обеспечения надежности ДМ имеет правильное установление номенклатуры и количества запасных частей. Установлено, что простои из-за отсутствия запасных частей могут составлять даже 40-50% от всех простоев ДМ по техническим причинам. Для предотвращения продолжительного простоя должна быть решена задача определения оптимального количества запаса сменяемых частей, которое обеспечит сохранение эффективной работы машины.

19

Таблица 2. Рекомендации по совершенствованию проведения технического обслуживания дождевальных машин.

Отказы Последствия Предложения

Отказы дождевальных аппаратов (насадок) -износ, засорение Отказы консолей фермы - перекосы и наклоны, в том числе из-за неисправностей в гидросистеме подъема фермы Отказы центробежного насоса - плохая регулировка, износ рабочего колеса, износ колец уплотнения Нарушение вертикального положения дождевальных аппаратов Отказы трубопровода - нарушение прямолинейности хода Отказы колес - допусков на радиальное и торцевое биение обода колеса Отказы автоматической синхронизации тележек - нарушение прямолинейного хода Отказы гидропривода тележек Ухудшение качества создаваемого дождя, слив воды при промывках трубопровода - эрозионные процессы на поле ДДА-100МА Повреждение сельскохозяйственных культур Нарушение рабочих характеристик насоса, приводящее к изменениям качества создаваемого дождя "ВОЛЖАНКА" Ухудшение качества создаваемого дождя Уплотнение почвы, пробуксовывание колес - образование колеи. Вытаптывание почвы оператором при выравнивании трубопровода. "ФРЕГАТ" Образование уширенной колеи, повреждение сельскохозяйственных растений Проверка качества воды, подаваемой в машину - размер взвешенных частиц для ДДА-100МА не более Змм , минерализация не более бг/л, для "Волжанки" и "Фрегата" соответственно не более 0,5мм, не более 5г/л; Обязательное проведение операций по наладке и прочистке дождевальных аппаратов после окончания полива. Для ДМ "Волжанка" необходимо иметь 16 запасных дождевальных аппаратов на 100 машин. Обязательная проверка раскосов и растяжек фермы, крепления рамы и фермы агрегата, механизма подъема всасывающей линии при проведении ТО-1. Замена вышедших из строя деталей, необходимость в запасных частях. Проверка герметичности всасывающей линии перед началом полива. Увеличение периодичности очистки насоса, смены сальниковой набивки до 60 часов, при ТО-1. Увеличение периодичности проверки легкости вращения механизмов самоустановки дождевальных аппаратов, проводить через 60 часов работы при ТО-1, а не через 240 при ТО-2. Необходимо иметь запасные механизмы дождевального аппарата -4 штуки на 100 машин. Более частые выравнивания трубопровода - через 5-6 позиций, вместо 10-15. Регулировка длины и натяжения спиц при проведении ТО-1, а не при ТО-2. При проведении ЕТО обязательно проверять изгиб трубопровода в горизонтальной плоскости (допускается 1-2м) и совпадение колеи передних и задних колес. Увеличить периодичность регулировки гидропривода тележек до 60 часов; производить проверку числа ходов гидроцилиндра последней тележки (допускается не более 5,5 ходов в минуту).

Выводы и рекомендации производству.

1. Выполнений системный анализ надежности элементов дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка", "Фрегат" позволил определить элементы с наибольшим удельным весом ненадежности (для ДДА-100МА - это узлы всасывающей линии и центробежный насос; для ДМ "Волжанка" - трубопровод с дождевальными аппаратами и приводной тележкой; для ДМ "Фрегат" - элементы гидропривода тележек и системы автоматической синхронизации тележек). Установлены законы распределения времени наработок на отказ основных элементов ДМ и формализованы структурные схемы рассматриваемых машин.

2. Впервые для элементов дождевальных машин составлена классификация отказов по группам сложности. Разработана методика построения "дерева отказов" и выявлены закономерности отказов элементов ДМ, определяемыми их конструктивными особенностями и влияющие на формирование негативных последствий.

3. Установлено, что для составных частей ДМ, у которых преобладает влияние износа (при коэффициенте вариации ресурса меньше 0,3), необходимо применять нормальный закон распределения; для частей, предельное состояние которых наступает вследствие усталостного разрушения от воздействия различных факторов при оценке ресурса - закон распределения Вейбулла (при коэффициенте вариации ресурса больше 0,3).

4. Установлено, что негативными экологическими последствиями в результате отказа отдельных элементов ДМ могут быть: формирование жидкого и твердого стока за счет изменения интенсивности дождя и аварийных сбросов, уплотнение почвенного покрова в результате образования колеи, загрязнение почвы и сельскохозяйственных культур горюче-смазочными материалами, повреждение сельскохозяйственных растений. Получены закономерности влияния отказов элементов дождевальных машин на экологию орошаемого поля:

- для всех ДМ износ дождевальных аппаратов (насадок) приводит к нарушению качества дождя (необходимо соблюдать должный уровень регулировки, требования к качеству подаваемой воды, проводить промывки трубопровода).При дождевании нормой 400м3/га интенсивностью 0,5мм/мин при диаметре капель 1 мм количество разрушенных почвенных агрегатов составило 5,4%, а при тех же параметрах дождя, но при диаметре капель 2,3 мм количество разрушенных агрегатов уже составило 11,2% (К.К.Битюков);

- для ДДА-100МА, которая смонтирована на базе трактора, а организация полива требует проведения планировочных работ автогрейдером, следует учитывать выбросы в атмосферу СОг составляющие до ЗООм3 на 1 га обрабатываемой площади и загрязнение почвы и растений ГСМ;

- для ДМ "Волжанка" и "Фрегат" особое внимание рекомендуем уделять уплотнению почвы и образованию колеи при искривлении трубопровода. В пересчете на 100 га потери орошаемой площади могут составлять до 3 га (среднее значение для "Волжанки" - 1,64 га; для "Фрегата" - 1,1 га при работе на одной позиции);

- для рассматриваемых машин рассчитанный объем воды при аварийных сбросах достигает за сутки "Волжанка" - 17,4 м3, "Фрегат" - 31,8м3, ДЦА-100МА -4,35 м3, что вызывает образование луж и блюдец воды на поле.

5. Для повышения надежности дождевальных машин предложены рекомендации по совершенствованию организации технического обслуживания и профилактики, что существенно снижает возможность возникновения отрицательных экологических последствий на орошаемом массиве.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Факторы, влияющие на надежность дождевальных машин, (в соавтор.) "Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук", № 5, 1995 г.

2. Надежность дождевальных машин. "Тракторы и сельскохозяйственные машины", № 2, 1996 г.

3. Надежность, экологически безопасная технология дождевания, (в соавтор.) Тезисы Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова н меры ее предупреждения", Почвенный институт им. В.В.Докучаева, М., 1998 г.

4. Исследование факторов, влияющих на эрозию почв при дождевании. Тезисы Всероссийской научно-практической конференции "Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России", Волгоград, 1998 г.

5. Требования к анализу изменений природных экосистем под воздействием орошения при аудировании. "Вопросы мелиорации", № 5-6, 1998 г.

6. Надежность дождевальных машин, (в соавтор.) "Тракторы и сельскохозяйственные машины", №'.1, 1999 г.

7. Влияние отказов дождевальных машин на экологическую обстановку орошаемого поля. /Юбилейный сборник ВНИИГиМ, 1999 г.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сушко, Варвара Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

1.1. Общие сведения о теории надежности оросительных систем с использованием дождевальной техники.

1.2. Современное состояние парка дождевальных машин.

1.3. Особенности дождевальных машин как систем с точки зрения теории надежности.

1.4. Экологический риск при проведении полива дождевальными машинами.

ГЛАВА II. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭЛЕМЕНТОВ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН И КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ ОТКАЗОВ.

2.1. Структурные схемы дождевальных машин.

2.2. Классификация отказов дождевальных машин.

2.3. Построение "дерева отказов" для дождевальных машин "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-100МА.

ГЛАВА III. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН.

3.1. Выбор показателей надежности для дождевальных машин.

3.2. Показатели, характеризующие свойство безотказности.

3.3. Ремонтопригодность дождевальных машин.

3.4. Показатели ремонтопригодности и долговечности.

3.5. Расчет эксплуатационной надежности дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат".

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОРОШАЕМОГО ПОЛЯ.

4.1. Связь надежности дождевальной техники с экологией орошаемого поля.

4.2. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины ДДА-100МА.

4.3. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины "Волжанка".

4.4. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины "Фрегат".

ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛИВНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОРОШАЕМОГО МАССИВА.

5.1. Совершенствование существующих технологий обслуживания дождевальных машин.

5.2. Техническое обслуживание ДМ ДДА-100МА.

5.3. Техническое обслуживание ДМ "Волжанка".

5.4. Техническое обслуживание ДМ "Фрегат".

5.5. Структурные подразделения инженерной службы.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Оценка показателей надежности элементов дождевальных машин"

Актуальность исследований. Проблема надежности дождевальной техники остается актуальной, так как потребность хозяйств в исправных дождевальных машинах (ДМ), способных обеспечить массив орошения заданной поливной нормой, оптимальной для данных эксплуатационных условий, по-прежнему очень велика и приобретает новые особенности, характерные для сложившейся на настоящий момент ситуации.

В период перехода к рыночным отношениям снизился уровень государственного контроля и регулирования качества и надежности сельскохозяйственной техники, в том числе и ДМ, значительно уменьшилось количество машин, поставленных на испытания. Хозяйства не имеют средств для обеспечения нормальных условий для эксплуатации дождевальной техники, не говоря уже о приобретении новых ДМ, не выполняются требования по обеспечению должного экологического уровня проведения поливов.

Надежность дождевальной техники является одним из решающих факторов в повышении производительности труда, снижении простоев ДМ, а следовательно, потерь сельскохозяйственной продукции. Оценка надежности элементов дождевальных машин и рекомендации по ее обслуживанию должны обеспечить необходимый уровень эксплуатации, исключающий ущерб окружающей среде.

Цели и задачи исследований.

Целью исследований является оценка надежности элементов дождевальных машин для совершенствования методов повышения эксплуатационной надежности ДМ с учетом экологических требований при организации проведения поливов.

Достижение цели работы потребовало решение следующих задач:

1. Провести анализ статистических материалов по отказам элементов дождевальных машин. 5

2. Установить на основе системного анализа влияние элементов ДМ на надежность машины в целом.

3. Классифицировать отказы элементов дождевальных машин по группам сложности.

4. Дать оценку показателей надежности основных элементов ДМ.

5. Установить взаимосвязь отказов элементов дождевальных машин с отрицательными экологическими последствиями на орошаемом поле.

6. Разработать комплекс мер по совершенствованию профилактических и ремонтных мероприятий, комплектации запасными частями, обеспечивающими необходимый эксплуатационный уровень надежности дождевальной техники.

Методика исследований. Исследования проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова в соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИГиМ им.А.Н.Костякова (программы Россельхозакадемии по научному обеспечению АПК на 1996-2000 гг. в области мелиорации и водного хозяйства 03.02 - Разработать для хозяйств ресурсосберегающие оросительные системы комплексного регулирования факторов жизни растений с замкнутым циклом водооборота).

Системный анализ отказов элементов дождевальных машин, расчеты и лабораторные опыты проводились на основе методов математической статистики и теории надежности сельскохозяйственного машиностроения.

Личный вклад автора заключается в проведении анализа статистического материала государственных испытаний дождевальных машин типа ДДА-ЮОМА, "Волжанка" и "Фрегат", эксплуатационных данных ВИСХОМа, ВНПО "Радуга", ВНИИГиМа, Депмелиоводхоза МСХП РФ, в определении качественных и количественных показателей надежности ДМ. Автором выполнен системный анализ влияния основных эле6 ментов дождевальных машин на надежность машины в целом и составлена классификация отказов узлов ДМ по группам сложности, разработана методика построения "дерева отказов" для дождевальной техники и даны предложения по совершенствованию технологий проведения технического обслуживания и профилактики ДМ.

Научная новизна. Установлены закономерности возникновения отказов элементов дождевальных машин, влияние надежности их функционирования на формирование экологических последствий на орошаемом поле.

Разработана методика построения "дерева отказов" для дождевальных машин и составлена классификация отказов элементов ДМ по группам сложности.

Усовершенствована технология поддержания дождевальной техники в работоспособном состоянии и соблюдения экологических требований при организации проведения поливов.

Практическая значимость результатов работы.

Классификация отказов элементов ДМ и рекомендации по их устранению дадут возможность разработчикам-проектировщикам усовершенствовать конструкции дождевальной техники, а заводам-изготовителям - при производстве новых модификаций машин.

Предложенная технология обслуживания ДМ, обеспечивающая соблюдение экологических требований, может быть использована эксплуатационными организациями для поддержания в работоспособном состоянии поливной техники при проведении поливов.

Внедрение. Полученные результаты исследований использованы при проектировании новой техники и модернизации существующих дождевальных машин Волгоградским заводом оросительной техники (ОАО "ОРТЕХ" г. Волгоград). 7

Основные положения, выносимые на защиту:

- классификация отказов элементов дождевальных машин по группам сложности;

- методика построения "дерева отказов" для поливной техники;

- закономерности влияния отказов дождевальных машин на возникновение негативных экологических последствий на орошаемом массиве;

- рекомендации по совершенствованию технологии проведения технического обслуживания дождевальных машин с целью повышения их надежности и сохранения экологического равновесия на орошаемом поле.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены:

- на научно-технической конференции МГУП (20 апреля 1995 г.);

- на Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения", проведенной Почвенным институтом им.В.В.Докучаева (16-18 июня 1998 г.);

- на Всероссийской научно-практической конференции "Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России", Волгоград (9-12 сентября 1998 г.);

- на научной конференции, посвященной 75-летию ВНИИГиМ, 1999 г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 страницах текста, включая 37 рисунков, 21 таблицу, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений. Библиография включает 120 наименований, в том числе 7 иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Сушко, Варвара Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Выполненый системный анализ надежности элементов дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка", "Фрегат" позволил определить элементы с наибольшим удельным весом ненадежности (для ДДА-100МА - это узлы всасывающей линии и центробежный насос; для ДМ "Волжанка" - трубопровод с дождевальными аппаратами и приводной тележкой; для ДМ "Фрегат" - элементы гидропривода тележек и системы автоматической синхронизации тележек). Установлены законы распределения времени наработок на отказ основных элементов ДМ и формализованы структурные схемы рассматриваемых машин.

2. Впервые для элементов дождевальных машин составлена классификация отказов по группам сложности. Разработана методика построения "дерева отказов" и выявлены закономерности отказов элементов ДМ, определяемыми их конструктивными особенностями и влияющие на формирование негативных последствий.

3. Установлено, что для составных частей ДМ, у которых преобладает влияние износа (при коэффициенте вариации ресурса меньше 0,3), необходимо применять нормальный закон распределения; для частей, предельное состояние которых наступает вследствие усталостного разрушения от воздействия различных факторов при оценке ресурса - закон распределения Вейбулла (при коэффициенте вариации ресурса больше 0,3).

4. Установлено, что негативными экологическими последствиями в результате отказа отдельных элементов ДМ могут быть: формирование жидкого и твердого стока за счет изменения интенсивности дождя и аварийных сбросов, уплотнение почвенного покрова в результате образования колеи, загрязнение почвы и сельскохозяйственных культур горюче-смазочными материалами, повреждение сельскохозяйственных растений. Получены закономерности влияния отказов элементов дождевальных машин на экологию орошаемого поля:

157

- для всех ДМ износ дождевальных аппаратов (насадок) приводит к нарушению качества дождя (необходимо соблюдать должный уровень регулировки, требования к качеству подаваемой воды, проводить промывки трубопровода).При дождевании нормой 400м3/га интенсивностью 0,5мм/мин при диаметре капель 1мм количество разрушенных почвенных агрегатов составило 5,4%, а при тех же параметрах дождя, но при диаметре капель 2,3 мм количество разрушенных агрегатов уже составило 11,2% (К.К.Битюков);

- для ДДА-100МА, которая смонтирована на базе трактора, а организация полива требует проведения планировочных работ автогрейдером, следует учитывать выбросы в атмосферу СО2 составляющие до 300м3 на 1 га обрабатываемой площади и загрязнение почвы и растений ГСМ;

- для ДМ "Волжанка" и "Фрегат" особое внимание рекомендуем уделять уплотнению почвы и образованию колеи при искривлении трубопровода. В пересчете на 100 га потери орошаемой площади могут составлять до 3 га (среднее значение для "Волжанки" - 1,64 га; для "Фрегата" - 1,1 га при работе на одной позиции);

- для рассматриваемых машин рассчитанный объем воды при аварийных сбросах достигает за сутки "Волжанка" - 17,4 м3, "Фрегат" -31,8м3, ДДА-ЮОМА - 4,35 м3, что вызывает образование луж и блюдец воды на поле.

5. Для повышения надежности дождевальных машин предложены рекомендации по совершенствованию организации технического обслуживания и профилактики, что существенно снижает возможность возникновения отрицательных экологических последствий на орошаемом массиве.

158

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Сушко, Варвара Владимировна, Москва

1. Абрамов H.H. Надежность систем водоснабжения, М.: Стройиз-дат, 1979.-231 с.

2. Алексеев H.A. Определение количества резервных агрегатов насосных станций оросительных систем. Мелиорация и водное хозяйство. Серия 1. Орошение и оросительные системы. Экспресс-информация, 1985, вып. 4, с.6-13.

3. Афанасьев В.М. Оптимизация технологических параметров многоопорных фронтальных ДМ. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н., Коломна, 1985.

4. Балун О.Н. Вероятностный метод расчета надежности основных элементов систем орошения. Автореф. на соиск. уч. степ, к.т.н., JL, 1988.

5. Бальва C.B. Совершенствование методов обеспечения надежности подачи воды крупными оросительными насосными станциями. Афтореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Киев, 1987.

6. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М: Советское радио - 1969. -188 с.

7. Баховец Б.А. Улучшение равномерности полива широкозахватной дождевальной техникой. Гидротехника и мелиорация. 1980. - № 7, с.57-61.

8. Битюков К.К. Сохранение структуры почв при орошении дождеванием . "Гидротехника и мелиорация", №5,1951.- с. 24-34.

9. Болотин В.В. Введение в теорию и практику надежности. Конструирование машин. Справочно-методическое пособие. Т. 2. Под общ. Ред. К.В. Бролова. М: Машиностроение, 1992. с.521-545.

10. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

11. Вентцель Е.Е. Теория вероятностей. М.: Наука. 1969.- с. 576.

12. Вероятностно-статистические методы исследования машинных систем. Сб-к.: Наук думка. 1976. -108 с.159

13. Винникова Н.В. и др. Механизация и техника полива сельскохозяйственных культур. Россельиздат, М., 1976.

14. Винокур Е.Я. Руководство по проектированию внутрихозяйственной оросительной сети для ДМ "Фрегат", "Волжанка" и "Днепр". ММВХСССР, М., 1979.

15. Вопросы математической теории надежности. (Под ред. Б.В. Гнеденко. М., Радио и связь, 1983. 367 с.

16. Ганиатов Г.И., Лысенко Б.М., Аверин Б.А. Исследование работы ДМ «Волжанка» в производственных условиях. «Гидротехника и мелиорация», 1976, №2 , с.47-51.

17. Гилеев В.И. Совершенствование правил управления техническим состоянием насос-редукторов ДМ ДДН-70, ДДА-ЮОМА. ГОСНИТИ, М., 1988.

18. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука. 1965. - 542 с.

19. Горюнов А.Н. Оценка надежности закрытых оросительных систем. "Гидротехника и мелиорация", 1986, № 6. с. 19-20.

20. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. 37 с.

21. Григоров М.С. Современные способы полива и их перспектива. "Земледелие", 1990, №7, с.62-63.

22. Гринь Ю.И. Исследование и разработка усовершенствованных элементов дождевальных систем с многоопорными машинами. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Киев, 1980.

23. Грудева Г.И. Расчет и оценка надежности сельскохозяйственных машин. В кн.: Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины и оборудование. М.: "Машиностроение", 1998г., с. 61-77.

24. Губер К.В. и др. Машины для орошения и их техническое обслуживание. М.: Высшая школа, 1982.160

25. Губер К.В., Лямперт Г.П., Зюбенко С.Ш., Степанов В.П. Техника полива для фермерских хозяйств. «Мелиорация и водное хозяйство», 1993, №4, с.34-37.

26. Гурин В.А., Евреенко Ю.П. О надежности закрытых оросительных сетей. Гидромелиорация и гидротехническое строительство. -Львов: Вища школа, 1981, вып. 9. - с. 9.

27. Гурин В.А., Евреенко Ю.П. Обоснование схемы оросительной сети с учетом надежности. Гидромелиорация и гидротехническое строительство. - Львов: Вища школа, 1982, вып. 10. - с. 5-8.

28. Гусейн-Заде и др. Многоопорные дождевальные машины. Колос, М., 1984.

29. Давшан С.М., Ландес Г.А., Луцкий В.Г., Угрюмов A.B. Техническая возможность и целесообразность увеличения срока службы дождевальной машины "Фрегат". Сб. научных трудов ВНПО "Радуга", М., 1981.

30. Давшан С.М., Лысенко Б.М. Определение расхода запасных частей на ремонт дождевальных машин ДДА-ЮОМ и ДДН-45. Труды ВНИИМиТП, том III, стр. 55-61, Коломна, 1972.

31. Давшан С.М., Нагибин H.A. Обоснование номенклатуры запасных узлов и деталей для дождевальной машины "Фрегат". Основные направления технического прогресса в области механизации и техники полива. ВНИИГиМ, Москва, 1983, стр. 71-76.

32. Данильченко Н.В. Методические указания по разработке нормативной сезонной загрузки дождевальных машин. Коломна, 1983.

33. Диллан Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем: Пер. С англ. М.: Мир, 1984, 318 с.

34. Дупляк В.Д., Губина Н.И. Повышение эксплуатационной надежности оросительных водоводов. "Мелиорация и водное хозяйство", 1992, №2, с. 18-20.161

35. Ерхов Н.С. Влияние эрозионно допустимых поливных норм на режим орошения сельскохозяйственных культур при дождевании: Основные вопросы совершенствования техники и теологии полива: Сб-к тр. ВНПО "Радуга". М.: 1981. с. 135-142.

36. Жидовинов В.П. и др. Руководство по организации инженерной службы эксплуатации дождевальных машин. ММВХСССР, М., 1984.

37. Жидовинов В.П. и др. Техническое обслуживание дождевальных машин. Агропромиздат, М., 1986.

38. Закон РФ "Об охране окружающей природной среды" от 19.12.91 №2060-1. Ведомости съезда нар^ных депутатов Российской Федерации и Верховного Совета Российской Федерации. 1992, №10.

39. Закон РФ "Об экологической экспертизе". 1995 г.

40. Земельный кодекс РСФСР. 1991 г.41.3юбенко С.Ш. Надежность закрытых трубопроводов. М.: Доклады ВАСХНИЛ, 1976, № 1. с.43-47.

41. Зюбенко С.Ш., Сушко В.В. Надежность дождевальных машин. "Тракторы и сельскохозяйственные машины", № 1, 1999 г.

42. Зюбенко С.Ш., Сушко В.В. Надежность, экологически безопасная технология дождевания. Тезисы Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения", Почвенный институт им. В.В.Докучаева, М., 1998 г.

43. Зюбенко С.Ш., Сушко В.В. Факторы, влияющие на надежность дождевальных машин. "Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук", № 5,1995.

44. Иваненко А.Г., Лапа В.Г. Предсказание случайных процессов. -К.: Наук думка. 1971.-416с.

45. Ильин Ю.А. Определение функций распределения до первого отказа водопроводного оборудования. В кн.: Сборник программ №1. -Л.: ЛВВИСКУ. 1976. с.43-48.

46. Ильин Ю.А. Расчет надежности подачи воды. М.: Стройиздат. 1981.-320 с.

47. Казаков B.C. Интенсификация использования водных ресурсов при орошении земель. "Вестник сельскохозяйственной науки", №3, 1991.

48. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем: Пер. С англ. М.: МНТК «Надежность машин», 1992. 120 с.

49. Коваленко П.И., Тугай A.M. Мелиоративные гидротехнические сооружения. К.: Буд1вельник, 1974. - с. 127.

50. Кононенко Н.П., Билько В.А. Повышение эффективности использования дождевальных машин. "Механизация и электрификация с.-х.", 1988, №6, с.41-44.

51. Консон A.C. Экономика ремонта машин. Л.: "Машиностроение", 1970г.

52. Костяков А.Н. Основы мелиорации. М., 1960.

53. Краковец В.М. и др. Сообщение. Дождевальная многоопорная дождевальная машина "Фрегат". Дмитров, 1972.

54. Кремнев Ю.А., Лямперт Г.П. Современные задачи развития оросительной техники. «Трактора и сельскохозяйственные машины», 1986, №12, с.11-14.163

55. Крживец С.JI. Исследование надежности ДМ ДДА-100М. Авто-реф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Ташкент, 1973.

56. Лебедев Б.М Изыскание и исследование многоопорных самоходных ДМ фронтального или кругового дей^вия. ВИСХОМ, 1980.

57. Луцкий В.Г., Денисова М.Ф. Приспособленность дождевальных машин к техническому обслуживанию. «Механизация и электрификация сельского хозяйства», 1988, №2, с.23-24.

58. Луцкий В.Г., Жидовинов В.П., Сысоев А.П. Организация службы эксплуатации ЭДМФ «Кубань». «Гидротехника и мелиорация», 1982, №, с.63-66.

59. Луцкий В.Г., Копий А.Ф., Роньшин Н.Г. Влияние качества оросительной воды на работу ДМ «Фрегат». «Гидротехника и мелиорация», 1978, №7, с.56-58.

60. Лямперт Г.П., Бальбеков P.A. Новые машины для орошения. "Техника в сельском хозяйстве", 1987, №6, с.24-26.

61. Магомедова A.B., Мирцхулава Ц.Е. Определение транспортирующей способности потока при водной эрозии. В сб. : Эрозионные и селевые процессы и борьба с ними. - Тбилиси, 1976, вып. 5.

62. Макаров C.B., Шагарова Л.Б. Экологическое аудирование промышленных производств. М., НУМЦ Госкомэкологии России, 1997 г.

63. Мирцхулава Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. М.: Колос, 1974. с. 279.164

64. Мирцхулава Ц.Е. Рекомендации по организации сбора информации, установлению причин и вида отказов гидромелиоративных объектов и обработке данных о надежности. Тбилиси: ГрузНИИГиМ, 1998.-с. 88.

65. Мирцхулава Ц.Е. Экологические нарушения. Тбилиси, 1993.с.437.

66. Мирцхулава Ц.Е. Рекомендации по прогнозу водной эрозии почв. Тбилиси, 1973. - 69 с.

67. Нагибин Н.А. Эффективность восстановительного ремонта дождевальныъх машин "Фрегат" в пределах оптимальных сроков их службы. Сборник научных трудов. Ресурсосберегающие технологиии и техника орошения. Москва, 1987, стр. 117-131.

68. Надежность и эффективность в технике: справочник. Т.2./ Под ред. В.С.Авдуевского. М.: Машиностроение, 1987. 280 с.

69. Надежность и эффективность в технике: Справочник. Т.1. М.: Машиностроение, 1986.

70. Надежность машин. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-3/ Под общ. Ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1998. 592 с.

71. Надежность технических систем: Справочник/ Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608 с.

72. Науменко И.И. Методы оценки и повышения надежности водо-проводящих и водоподающих сооружений и систем капельного орошения. Афтореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н., М., 1990. с.45.

73. Науменко И.И. Необходимый уровень надежности насосных станций гидромелиоративных систем. Доклады ВАСХНИЛ.-М.: Аг-ропромиздат. вып.7. 1989.- с.41-43.

74. Научно-технические и социально-экономические проблемы охраны окружающей среды.// Труды 7-ой Научно-технической конференции." Нижний-Новгород: Нижегородский архитектурно-строительный институт.- 1993.165

75. Новохатный В.Г. Анализ надежности насосных станций систем подачи и распределения воды. Водоснабжение и санитарная техника, 1972, № 8, с. 2-8.

76. Петухов С.А. Оценка надежности мелиоративных систем при многовариантном проектировании. "Гидротехника и мелиорация", 1987, № 6, с. 23-26.

77. Поляков Ю.П. О влиянии интенсивности искусственного дождя, диаметра капель и уклона орошаемого участка на скорость впитывания: Сб. ст. Ирригационная эрозия почв и приемы борьбы с ней. Вып.25.-Новочеркасск, 1977. - с.53-59.

78. Поляков Ю.П. Прогноз эрозии почв и обоснование ресурсосберегающих технологий при поливах. Афтореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н., М., 1990. с.48.

79. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила и гипотезы) -М.: Журнал "Россия молодая", 1994 367 с.

80. Руководство по организации инженерной службы эксплуатации внутри оросительных систем с применением дождевальной техни-ки./Разработано ВНИИМиТП "Радуга" М., 1984.166

81. Рынков Н.И. Исследование водопроводных узлов и выявление технико-эксплуатационных показателей ДМ ДДА-ЮОМа в условиях

82. Московской области. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1972.

83. Рязанцев А.И. Оптимизация широкозахватных дождевальных машин кругового действия. "Техника в сельском хозяйстве", 1989, №4, с.50-51.

84. Рязанцев А.И. Совершенствование многоопорных ДМ кругового действия для сложных условий. «Мелиорация и водное хозяйство», 1990,11, с.37-42.

85. Савватеев С.С. Математическое моделирование реальной надежности и сооружений оросительных систем. Основные вопросы надежности гидромелиоративных сооружений. - Тбилиси, ГрузНИИГиМ

86. Савватеев С.С. Универсальный показатель эксплуатационной надежности оросительных систем. "Гидротехника и мелиорация", 1984,№11.-с. 27-29.

87. Сандигурский Д.М. и др. Механизация поливных работ. Колос, М., 1983.

88. Сапунков А.П. Использование дождевальной техники. Колос, М., 1981.

89. Солнышков В.А., Ковальская Р.Н., Кдмаров А.И. Причины отказов гидромелиоративных систем. Эксплуатация мелиоративных систем. Сб. научн. тр. СевНИИГиМ. JI:1979. -с.47-51.

90. Солнышков В.А., Федоров М.М. Обоснование однородности статистических материалов для оценки надежности мелиоративных сооружений. Надежность гидромелиоративных систем и сооружений. -Тбилиси: Минводхоз СССР, ГрузНИИГиМ, 1983. - с. 127-136.167

91. ЮО.Ступак В.А. Исследование надежности и совершенствование ОС с ДМ кругового действия. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., Ровно, 1979.

92. Сушко B.B. Влияние отказов дождевальных машин на экологическую обстановку орошаемого поля. /Юбилейный сборник ВНИИ-ГиМ, 1999 г.

93. Сушко В.В. Исследование факторов, влияющих на эрозию почв при дождевании. Тезисы Всероссийской научно-практической конференции "Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России", Волгоград, 1998 г.

94. ЮЗ.Сушко В.В. Надежность дождевальных машин. "Тракторы и сельскохозяйственные машины", № 2,1996.

95. Сысоев А.П. Совершенствование эксплуатации и технического обслуживания ДМ в с.х. предприятиях. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1986.

96. Сысоев А.П., Лунина Н.В. Определение потребности в средствах заправки топливом дождевальной техники. "Механизация и электрификация сельского хозяйства", 1988, № 6, с.44-45.

97. Юб.Тетрадзе Т.Б. Повышение надежности технологического процесса орошения в условиях межгорных долин. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1991.

98. Ю7.Угрюмов A.B., Луцкий В.Г., Ганиатов Г.И. Повышение надежности процесса полива ДМ «Волжанка». Гидротехника и мелиорация», 1980, №3 , с.36-39.

99. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М., машиностроение, 1986. 224с.

100. Ю9.Чичасов В.Я. Техника полива сельскохозяйственных культур. Колос, М., 1970.168

101. Шавва К.И., Угрин Д.Ф. Оценка уровня значимости элементов оросительных систем при расчете их надежности. Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР.- сер.6. Экономика и управление в мелиорации и водном хозяйстве. вып. 1. М.1988. -с.5-11.

102. Ш.Шевченко А.В., Конаков В.И. Влияние типа дождевальной техники на выбор оборудования насосных станций. "Гидротехника и мелиорация", 1983, № 6. - с. 40-42.

103. Штепа Б.Г. и др. Справочник по механизации орошения. Колос, М., 1979.

104. ПЗ.Яременко О.В., Соколова В.В., Величко А.И., Шелепова А.И. Надежность крупных насосов ОПВ и В. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕ-МАШ, 1974. - 18 с.

105. Amstodter B.L. Reliability Mathematics: Fundamentals; Practics; Procedures, Hew York, McGraw Hill, 1971.

106. Blyth C.R. Subjective vs. Objective Metods in Statistics. The Amercan Statistican, 26 №3, June, 1973.

107. Gross A.S., Clark V.A. Survival Pvitibution Applications in the Biomedical Sciences, Wiley, Hew York, 1975, p.310.

108. Gross D., Harris C. Fundamentals of Queueing Teory Wiles, Hew York, 1984.

109. Kao I.H.K. Statistical Models in Mechanical Reliability, SEEE Hew York, 1985, p. 240-247.

110. Ryerson C.M., Glossary and Dictionary of Termes Relating Specificaiiy to Reliability, Proc. Trird Natl. Symp. Reliability Quality Control, Washington, D.C., 1957, p.59.

111. Welker P.R., Buchanan H.N. Safaty Availability Study Methods Applied to BART, 1975 Annual Reliability and Maintainability Sumposium, IEEE, New York, 1975, p. 269-275.1. ИПКЦ. Зак. 3712