автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Критерии оценки и методы обеспечения технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов с учетом вероятностной природы условий их работы

/

з иди ум ВАК. России i

/Ре 'L

___наук

, i БАК России

(V

Vo

1 О")

VÎ

\

<0

<м

5

4J

•'V у

/г

На правах рукописи

Смелик Виктор Александрович

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ С УЧЕТОМ ВЕРОЯТНОСТНОЙ ПРИРОДЫ УСЛОВИЙ ИХ РАБОТЫ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант -заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.Г.Еникеев

Санкт-Петербург 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................11

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ...............................................................................21

1.1. Состояние и перспективы развития технологий и технических средств отрасли растениеводства.....................21

1.2. Современные методы оценки и исследований технологических процессов сельскохозяйственных агрегатов........................................................................................31

1.3. Краткий обзор средств контроля и управления качеством технологических процессов

сельскохозяйственных агрегатов..............................................42

1.4. Постановка проблемы, ее содержание и

исходные положения....................................................................61

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ.............................69

2.1. Модели функционирования технологических процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов как объектов повышения и сохранения технологической надежности....................................................69

2.2. Случайные процессы моделей функционирования сельскохозяйственных агрегатов..............................................79

2.3. Идентификация моделей функционирования сельскохозяйственных агрегатов и их технологических

процессов.......................................................................................87

2.4. Оценки технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов............................................108

2.4.1. Общие положения..................................................108

2.4.2. Допускаемые значения оценок показателей эффективности технологических процессов сельскохозяйственных машин

и агрегатов.........................................................................115

2.4.3. Расчет оценок эффективности

функционирования технологических процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от среднего значения

показателя эффективности............................................120

2.4.4. Расчет оценок эффективности функционирования технологических процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от настроечного значения

показателя эффективности.............................................127

2.4.5. Расчет оценок эффективности функционирования технологических процессов сельскохозяйственных агрегатов при отсчете фиксированных допусков от текущего среднего значения показателя эффективности...........................134

2.4.6. Расчет оценок технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов..................................137

3. АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НЕКОТОРЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ КАК ОБЪЕКТОВ ПОВЫШЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ..................................141

3.1. Анализ технологических процессов комбинированных почвообрабатьюающе-посевных агрегатов как объектов повышения и сохранения технологической надежности..................................................141

3.1.1. Модели функционирования технологического процесса комбинированного почвообрабатьшающе-посевного агрегата...............141

3.1.2. Оценки технологической надежности комбинированного почвообрабатьшающе-посевного агрегата..............................................................................153

3.2. Анализ технологических процессов мобильных сельскохозяйственных машин как объектов повышения и сохранения их технологической надежности в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.........................................................................................156

3.2.1. Модели функционирования технологических процессов мобильных сельскохозяйственных машин в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур ...............................................................................156

3.2.2. Анализ технологического процесса

рядовой зерновой сеялки типа СЗ................................173

3.2.3. Оценки технологической надежности посевных машин..............................................................178

3.2.4. Анализ технологических процессов

работы сеялок для посева овощных культур............179

3.2.5. Оценки технологической надежности

машин точного высева семян овощных культур......184

3.2.6. Анализ технологического процесса картофелепосадочных машин как объектов обеспечения их технологической надежности..........185

3.2.7. Оценки технологической надежности картофелепосадочных машин.......................................188

3.3. Анализ технологических процессов послеуборочной обработки продукции растениеводства как объектов повышения и

сохранения технологической надежности (на примере поточных линий для послеуборочной обработки зерновых и зернобобовых культур в условиях

повышенной влажности ...........................................................189

3.3.1. Поточные линии для послеуборочной обработки зерновых и зернобобовых культур как объекты обеспечения технологической надежности.......................................................................189

3.3.2. Особенности функционирования машин и оборудования в поточных линиях для обработки зернового вороха повышенной влажности ...............195

3.3.3. Модели функционирования технологических процессов машин и агрегатов в технологиях послеуборочной обработки продукции растениеводства (на примере линий по обработке зерновых и зернобобовых культур).......216

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ.......................................................................................226

4.1. Задачи и программа экспериментальных исследований...............................................................................226

4.2. Приборы, аппаратура и оборудование, используемые при полевых исследованиях

мобильных сельскохозяйственных агрегатов ....................229

4.2.1. Полевой экспериментальный комплекс ..........229

4.2.2. Устройство и принцип работы первичных преобразователей, используемых при исследованиях .................................................................238

4.2.3. Тарировка первичных преобразователей ........ 275

4.2.4. Методика полевых экспериментов....................279

4.3. Приборы и устройства, используемые при хозяйственных исследованиях процессов сушки зерна.................................282

4.4. Методика обработки экспериментальных данных.....285

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ

РАСТЕНИЕВОДСТВА.....................................................................303

5.1. Предварительные замечания ...........................................303

5.2. Результаты экспериментальных исследований мобильных сельскохозяйственных агрегатов .....................304

5.2.1. Анализ условий функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов............304

5.2.2. Анализ показателей эффективности функционирования технологических

процессов некоторых посевных машин......................310

5.2.3. Анализ показателей эффективности подготовки почвы при работе почвообрабатьгоающе-посевного агрегата грядоделателя-сеялки...................................................... 335

5.3. Результаты экспериментальных исследований

некоторых сушилок, используемых в поточных линиях для послеуборочной обработки урожая зерновых, зернобобовых и технических культур в условиях

повышенной влажности..........................................................342

5.4.Результаты идентификации моделей

функционирования сельскохозяйственных

агрегатов и их технологических процессов.......................354

5.4.1. Регрессионные модели технологических процессов некоторых посевных (посадочных) машин и комбинированных агрегатов ....................... 355

5.4.2. Динамические операторы моделей функционирования некоторых посевных (посадочных) машин и комбинированных агрегатов............................................................................361

6. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ КАК ОБЪЕКТОВ ПОВЫШЕНИЯ ИХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ..................................369

6.1. Постановка задачи.............................................................369

6.2. Разработка структурной схемы системы имитационного полунатурного

моделирования..........................................................................372

6.3. Методология и принципы имитационного полунатурного моделирования сельскохозяйственных агрегатов и их рабочих процессов.........................................376

6.4. Программно-аппаратный моделирующий

комплекс......................................................................................382

6.4.1. Разработка аппаратной части моделирующего комплекса...........................................386

6.4.2. Усилители мощности сигналов управления исполнительными устройствами моделирующего комплекса...........................................................................402

6.4.3. Разработка программного обеспечения моделирующего комплекса...........................................409

7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИМИТАЦИОННОГО ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ, ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ..........................................................421

7.1. Результаты имитационного полунатурного моделирования дозирующих систем посевных и посадочных машин...................................................................421

8. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ НАДЕЖНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ........................................................................................435

8.1. Совершенствование конструкции комбинированного почвообрабатьшающе-посевного агрегата .........................435

8.2. Микропроцессорные устройства обеспечения технологической надежности мобильных сельскохозяйственных агрегатов............................................440

8.2.1. Общие положения..................................................440

8.2.2. Универсальные элементы микропроцессорных систем автоматического контроля и управления технологической надежностью сельскохозяйственных агрегатов............................................................................441

8.2.3. Устройство для управления расходом клубней картофелепосадочной машины

(патент №2034430)............................................................454

8.2.4. Устройство контроля и управления расходом семян пневматической сеялкой

(патент № 2043006)...........................................................466

8.2.5. Устройство для настройки, контроля и управления расходом семян рядовыми сеялками (патент №2043007)............................................................477

8.2.6. Устройство управления процессом прикатывания почвы при работе почвообрабатывающе-посевного комбинированного агрегата (а.с.№ 1771552).................................................482

8.3.0беспечение технологической надежности

зерновых сушилок в условиях повышенной влажности ... 486

8.3.1 Совершенствование технологического процесса сушки зерна в ромбических сушилках.......486

8.3.2. Совершенствование конструкции карусельной сушилки.....................................................495

8.3.3. Совершенствование технологического процесса сушки зерна в шахтных сушилках конструкции Брейтовского кооператива "Строймонтажроект"......................................................499

8.3.4. Переоборудование тепловентиляционных агрегатов марки ТАУ на экономичные режимы работы ...............................................................................502

8.4. Результаты проверки эффективности мероприятий, обеспечивающих повышение технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов..................... 503

8.4.1. Результаты исследований эффективности систем автоматического контроля и управления технологическими процессами посевных и посадочных машин..........................................................503

8.4.2. Результаты сравнительных испытаний различных сушилок для зернового вороха повышенной влажноси, эксплуатируемых в хозяйствах Ярославской области.................................505

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.....................................................506

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................513

ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................................................562

и

ВВЕДЕНИЕ

Проведение экономических реформ в России привело к разрушению технической и технологической базы сельского хозяйства, и ситуация здесь продолжает усугубляться. Ежегодно, почти в два раза увеличиваются темпы выбывания из производства мобильной сельскохозяйственной техники, что может привести уже в самые ближайшие годы к критическому сокращению и ликвидации парка машин. К тому же, все это сопровождается заметным снижением качественных показателей эффективности функционирования технологических процессов сельскохозяйственных машин и агрегатов.

Сельскохозяйственные машины и агрегаты, являясь сложными многоэлементными системами, состоящими из соответствующим образом соединенных элементов - рабочих органов, объединяются для производства сельскохозяйственной продукции в еще более сложные системы. Для достижения желаемого результата, такие системы должны быть образованы из элементов, функционирование каждого из которых отвечает некоторым общим требованиям и не ухудшает функционирование системы в целом. Таким общим требованием к системе и ее элементам является условие обеспечения требуемого уровня технологической надежности. Под технологической надежностью понимается свойство агрегата (машины) выполнять свои функции в соответствии с агротехническими требованиями в течение заданного промежутка времени при определенных условиях функционирования.

Задача повышения эффективности функционирования системы связана с обеспечением и сохранением ее технологической надежности. Как и для любой сложной надежностной системы, ука-

занная задача не сводится только к простому повышению технологической надежности составляющих ее элементов. Технологические процессы, в основном последовательно выполняемые сельскохозяйственными агрегатами, машинами и их рабочими органами, как надежностные системы, могут оказаться малонадежными, в технологическом смысле, даже при достаточно надежных элементах.

Повышение эффективности технологических процессов и технологий возделывания сельскохозяйственных культур достигается эффективным управлением технологической надежностью на трех уровнях: высоком - за счет выбора технологии; на уровне типичных свойств (среднем) - за счет технологических операций; на уровне типичных признаков (нижнем) - изменением параметров и режимов работы отдельных сельскохозяйственных машин. Причем, последнее обеспечивается как за счет контроля и управления технологическими процессами, так и совершенствованием динамических свойств сельскохозяйственных машин и агрегатов с учетом условий их функционирования на основе оптимизации их конструктивных параметров.

Таким образом, установление научно обоснованных критериев и оценок технологической надежности средств механизации трудоемких процессов растениеводства и составляющих их элементов системы - технологических процессов, выполняемых отдельными сельскохозяйственными агрегатами и их рабочими органами, а также разработка, обоснование и исследование методов и средств, обеспечивающих их технологическую надежность предопределяют актуальность и большую народнохозяйственную значимость проблемы.

До настоящего времени, не смотря на ряд работ, выполненных в этом направлении, задача повышения эффективности функционирования сельскохозяйственных агрегатов решалась, в основном, в постановке, исключающей понятие технологической надежности.

Целью работы является - повышение эффективности функционирования сельскохозяйственных агрегатов на основе обеспечения их технологической надежности в условиях вероятностного характера внешних возмущающих воздействий.

Для достижения указанной цели перед настоящим исследованием были поставлены следующие основные задачи:

разработать методологию оценки технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов и комплексов как сложных многоуровневых, иерархически организованных динамических систем с учетом вероятностной природы условий их функционирования;

установить критерии и оценки технологической надежности средств механизации трудоемких процессов растениеводства и составляющих их элементов — технологических процессов, выполняемых отдельными сельскохозяйственными агрегатами, машинами и их рабочими органами;

разработать и исследовать математические модели для прогнозирования технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов и комплексов машин и их статистической идентификации с учетом вероятностной природы условий функционирования;

разработать систему методов и средств исследований и моделирования сельскохозяйственных агрегатов и их технологических процессов как объектов повышения и сохранения технологической надежности;

разработать методы, процедуры и алгоритмы решения задач по обеспечению технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- методология оценки технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов и комплексов, как сложных многоуровневых, иерархически организованных динам�