автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Надежность функционирования системы зерноуборочного процесса "человек-машина-среда-транспорт" на прямом комбайнировании

На правах рукописи

г- Л

г\\

#

V

ВИЛЬЧИНСКИЙ ВИТАЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ

НАДЕЖНОСТЬ ФУКЦИОНИРОВАШШ СИСТЕМЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО ПРОЦЕССА "ЧЕЛОВЕК - МАШИНА - СРЕДА - ТРАНСПОРТ" НА ПРЯМОМ КОМБАЙНИРОВАНШ1

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1997

Работа выполнена на кафедре "Эксплуатации машинно-тракторного парка" Иркутской государственной сельскохозяйственной академии в период 1988... 19% г.г.

Научный руководитель -Научный консультант -

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент Н.И.Овчинникова

доктор технических наук, профессор,заслуженный деятель науки и техники РФ, академик ААО,И.П.Терских

доктор технических наук, профессор, залуженный деятель науки и техники РФ, академик ААО, И.Т.Ковриков

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.В.Кузнецов

Ведущее предприятие - Новосибирский

государственный агроуниверситет (НГАУ)

Защита состоится лм^я 1997 г. на заседании диссертационного совета Д.020.03.01 в Сибирском научо-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу : 633128,

Новосибирская область, пос.Краснообск, СибИМЭ.

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "££" млфЛл 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Е.Немцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Производство зерна в стране было и остается ключевой задачей сельскохозяйственного производства. Несмотря на большое количество исследований посвященных зерноуборке, ее проблемы решены не до конца. Наблюдаются большие потери зерна, затягивание агротехнических сроков, значительные простои комбайнов по всевозможным причинам. Увеличешге урожайности зерновых, снижение потерь зерна, повышение его качества неразрывно связаны с разработкой прогрессивных технологий и машин, использованием достижений науки и передового опыта, совершенствованием управления процессами производства.

Наиболее сложным и трудоемким процессом в общем комплексе работ по производству зерна является уборка урожая. Важнейшим направлением совершенствование зерноуборочных процессов и уменьшения периода уборочных работ является внедрение в производство более совершенных организационных форм, новых технологий и машин. Формируемая в настоящее время система машин и технологий требует для создания банка данных новых исследований, позволяющих выйти по эффективности и качеству техники и технологии на уровень мировых стандартов и конкурентноспособности. Такое возможно лишь при исследовании технологических процессов системными методами. Они позволяют выявлять резервы производства, сравнивать разные технологии и однотипные конструкции технических средств (тракторов, автомобилей, сельхозмашин, средств обслуживания) с учетом требований энерго- и ресурсосбережения, экономики и зональных условий эксплуатации техники, дают возможность выбрать альтернативные варианты решений и накапливать банк данных для создания автоматизированных систем управления функционированием агрегатов.

Исследования, посвященные выявлению функциональных связей между элементами системы и работоспособностью биомашинного зерноуборочного агрегата и разработка, на этой основе, комплекса мероприятий по совершенствовашпо технологических процессов производства зерновых культур, технического сервиса, повышению надежности уборочной техники и экономичности ее использования, являются актуальными.

Цель исследования. Повышение эффективности функционирования зерноуборочного процесса при прямом комбайнировании путем улучшения работоспособности техники за счет более полного учета факторов системы "человек-машина-среда-транспорт" (Ч-М-С-Т).

Рабочая гипотеза. На основе анализа исследований, опыта работы и предварительных поисковых экспериментов и наблюдений за работой зерноуборочных комбайнов выявлено, что на надежность функционирования, производительность и работоспособность влияют: человеческий фактор; конструкция и техшгческое состояние уборочных маппш; природно-климатические условия и впомогательные процессы (организация отвозки зерна

от комбайна). Перечисленные факторы системы уборочного процесса взаимосвязаны между собой, а их закономерности, количественные характеристики и взаимосвязи, изучены недостаточно.

Объект исследования. Процесс функционирования системы уборки зерновых Ч-М-С-Т при прямом комбайнировании комбайном "Енисей-1200".

Предмет исследования. Установление закономерностей, взаимосвязей и количественных характеристик параметров надежности функционирования и эксгагуатационнах показателей технологического зерноуборочного процесса как системы "человек"-"машина"-"среда"-"транспорт".

Научная новизна. Разработаны математические модели процесса зерноуборки и отказов, как системы Ч-М-С-Т. Установлены закономерности, взаимосвязи, количественные характеристики параметров надежности функционирования, эксплутационных показателей работы комбайна и уровня профессионального мастерства механизатора.

Практическая значимость. Выявленены взаимосвязи компонент системы Ч-М-С-Т с производительностью и работоспособностью зерноуборочного комбайна и на згой основе разработаны рекомендации и предложения по повышению эффективности его использования, снижению потерь зерна и сокращению сроков уборочных работ. Установленные зависимости уровня профессионального мастерства механизатора с надежностью функционирования зерноуборочного процесса позволили разработать предложения производству и внести коррективы в процесс подготовки кадров механизаторов.

Апробация. Производственная проверка разработанных рекомендаций и предложений осуществлялась в хозяйствах Эхирит-Булагатского района, учебно-опытном хозяйстве Иркутской государственной с.-х. академии "Оекское", учебно-опытных полях Усть-Ордынского и Нижнеудинского профессиональных училищ (ПУ). Хронометражные наблюдения за работой комбайнов проводились в указанных хозяйствах и на базе двух сельских профессиональных училищ Иркутской области.

Работа выполнялась с 1988 по 1996 годы в соответствии с планом решешм научно-технической проблемы на тему "Разработка комплекса мероприятий, направленных на повышение производительности с.-х. техники путем рациональной организации использования, технического обслуживания, внедрения технической диагностики и применения комбинированных агрегатов (номер гос.регастращш 01816007814) и по планам НИР ИГСХА на 1985... 1990, 1991... 1995г.г."

Основные положения и результаты исследований данной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутской государственной сельскохозяйственной академии в 1993... 1996г.г., на областных конференциях инженерно-педагогических работникаи ПУ управления начального профобразования в 1994, 1995г.г., на заседании отдела зерноуборки СибИМЭ (г.Новосибирск) 1996г., на областном производственно-экономическом совещании главных

инженеров хозяйств, районных управлений сельского хозяйства, РТП и заводов (г.Иркутск), 1997г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ. Из них 6 научных статей 2 учебно-методических указания общим объемом 3,2 п.л.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературт,I из 256 наименований, приложения. Она изложена на 172 страшщах основного текста, содержит 20 таблиц, 22 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы, определены цели и задачи исследований.

В первой главе приведен обзор исследований, посвященных уровню, состоянию и перспективам механизации сельскохозяйственного производства, человеко-машинным системам, надежности их функционирования и роли человеческого фактора. Описаны особенности технологического уборочного процесса и системность его исследования. Особо проанализированы работы по уровню профессионального мастерства механизатора, его количественной оценке и связи с эксплуатационными показателями использования с.-х. техники.

Научные труды Б.А.Линтварева, Б.С.Свирщевского, В.П.Горячкина, С.А.Иофинова, Х.Г.Барам, Ю.К.Киртбая, М.П.Сергеева, Г.В.Веденягаша, Н.Э.Фере, Г.П.Лышко, Ф.С.Завалиппгаа, И.П.Полканова и др. заложит основы науки ЭМТП, которые были развиты, расширены и дополнены их учениками и последователями.

Поискам выхода из кризисного состояния сельскохозяйственного производства его техническому перевооружению посвящены труды Г.А.Романенко, Л.П.Кормановского, В.М.Кряжкова, Н.Л.Краснощекова, В.И.Черноиванова, С.С.Черепанова, В.М.Михлина, М.А.Халфина, А.Э.Северного, П.Л.Гончарова, В.Ю.Грицык и др.

Вопросы функционирования человеко-машинных систем в сельском хозяйстве нашли отражение в работах А.В.Серова, Ю.Ф.Скидана, Б.А.Смирнова, Г.В.Суходольского, В.З.Бубнова, А.А.Мухина, С.В.Борисова, Н.В.Храмцова, И.Т.Коврикова, И.Т.Крашакова, А.М.Лейтас, В.М.Натарзана, И.М.Макарова, А.В.Пискарсва, И.Ф.Прибыткова, М.А.Путинцевой, Н.М.Мазуровой, А.И.Пригожина. А.И.Прохорова, Г.Е.Топилина, Е.А.Улицкого, Э.А.Фшша, И.Е.Янковского, В.С.Мкртумяна, А.Е.Кузьмина, А.М.Худоногова, В .А. Стремнина, В.Е.Синякова, В.И.Агаркова, А.М.Крикова, Б.И.Кашпура, Л.П.Карташова, И.П.Терских, Ю.Н.Упкунова, Н.И.Овчшшиковой и др.

Большое количество исследований посвящено уборке зерновых культур. В трудах В.А.Кубышева, М.С.Рунчева, Э.И.Липкович, В.Я.Жукова, А.Н.Пугачева, М.М.Портного, В.В.Лазовского, Э.В.Жалнина, Г.Е.Чепурина, П.Н.Федосеева, А. Д. Логина, Б.Д.Докина, М.Г.] Гстшпта, В.Д.Игнатова, Ю.Н.Блынского, А.В.Кузнецова, Г.П.Воровкина, А.Д.Лемайкина и многих других изложены

принципиальные положения по повышению эффективности зерноуборочных процессов.

Вопросам улучшения профессиональной подготовки квалифицированных рабочих в профессиональных училищах посвящены работы Ю.В.Рысева, Н.П.Кл1шанова, Н.И.Думченко, А.П.Беляева, Г.В.Дувинга и др.

Анализ литературных источников позволил сделать следующие выводы:

1 .Уровень комплексной механизации сельского хозяйства за последние годы снизился, техника обновляется мало, эксплуатация машин ухудшилась. В результате полевые, особенно, уборочные работы затягиваются. Теряется до 40% с.-х. продукции. Одним из важнейших направлений выхода из кризисной ситуации является разработка и реализация системы машин и технологий. Однако, для ее создания требуется большой теоретический I! экспериментальный материал по существующим и разрабатываемым технологиям и комплексам машин. При этом целесообразны исследования, проводимые на основе системных методов, в частности, с учетом не только конструктивных особенностей машин, но и человеческого фактора и природно-производственно-климатических условий.

2.Человеко-машинные системы с учетом влияния человеческого фактора на их функционирование позволяют полнее учесть возможности и резервы производства в организации, технологии, конструкциях машин, подготовке кадров, для повышения эффективности технологических процессов, улучшении качества и снижения себестоимости работ и продукции.

3.Системных исследований с.-х. производства недостаточно. Особую актуальность представляют исследования уборочных процессов, в частности, уборки зерновых, как системы "человек - машина - среда - транспорт".

4.Существующие методики оценки профессионального мастерства механизатора используются в основном для определешм уровня техшиеской эксплуатации тракторов и отсутствуют для выявления оценки фунюшонирования системы уборочного процесса и степени влияния на него человеческого фактора. Не раскрыты связи уровня профессионального мастерства механизатора с надежностью и эксплуатационными показателями зерноуборочного процесса.

Исходя из изложенного нами сформулированы следующие задачи исследований.

1.Разработать математические модели функционирования и отказов системы зерноуборочного процесса "человек - машина - среда - транспорт" на прямом комбайнировании и реализовать их с помощью программного обеспечения на ЭВМ.

2.Выявить и исследовать взаимосвязи элементов системы Ч-М-С-Т с надежностью функционирования уборочно-транспортного процесса и эксплуатационными показателями работы зерноуборочного комбайна.

3.Выявить зависимости надежности функционирования биомашинного

комбайнового агрегата, его эксплуатационных показателен от уровня профессионального мастерства механизатора.

4.Определить экономический эффект и разработать предложения по повышению эффективности функционирования уборочно-транспортного процесса на прямом комбайнировашш.

Во второй главе дано обоснование и математическое описание моделей функционирования и отказов человеко-машшптой системы уборочно-транспортного технологического процесса. Приведен баланс времиш рабочего дня и выделены из него составляющие по принадлежности к "человеку", "машине", "среде", "транспорту". Рассмотрены факторы, определяющие уровень профессиональной подготовленности механизатора и предложена формула для его определения. Рассмотрена взаимосвязь производительности и надежности функционирования процесса, получены математические зависимости их с уровнем профессионального мастерства механизатора.

Зерноуборочный технологический процесс можно представить как 4-х компонентную систему с последовательно соединенными элементами Ч-М-С-Т, рис.1. При отказе одного из элемнтов не работает вся система. Граф ее состояний можно изобразить в следующем виде, рис.2, где (Хч, кт \с, Ю и (цч, цс, Дт) означают интенсивности перехода системы соответственно из работоспособного состояния в неработоспособное по причинам "человека", "машины", "среды", "транспорта" и обратно (ц*).

Рис. 1 Схема 4-х элементной системы зерноуборочного процесса

Рис.2 Граф состояний функционирования системы зерноуборочного процесса при прямом комбайнировании

Основываясь на допущении, что отказы системы по указанным причинам независимы друг от друга (см. ГОСТ 27.201-83) и система восстанавливается после каждого отказа, а процесс перехода системы из одного состояния в другое является дискретным Марковским с непрерывным временем, составим и решим следующую систему дифференциальных уравнений Эрланга-Колмогорова

с!Р &

Л Л

<ДёС

Л

4ГТ А-

-ЦР + Йчёч + -^сР + Ис8с -Чр + ^т§т

(1)

Из теории массового обслуживания известно, что для любой системы с отказами существует предельный установившийся режим, т.е. при I со вероятности Р, gм, цт стремятся к постоянным пределам, а их производные - к нулю. Тогда (1) может быть заменена на систему алгебраических уравнений., а ее решение приводит к следующим результатам.

1 а

1 ^м ^с К ' + —+ —

Им

Ар; §м =—Р; Яс К =—Р; Ис Их

(2)

Следует иметь ввиду, что Р+ёч+Ем+ёс+ёт"! >

где Р-вероятность безотказной работы БМСА (системы Ч-М-С-Т)-надежность функционирования.

Обозначив: ^.¡/(¿¡=0(1, получим:

Р = --, (3)

1 + ач + ам + ас + ат

где а; - приведеттая плотность потока отказов системы по соответствующим причинам.

Выразив сумму ач + 01м + &с + будем иметь:

Р=ТГ-, (4)

1 +

Предположи, в порядке гипотезы, что суммарная приведенная плотность потока отказов системы будет зависеть от уровня профессионального мастерства мехашгзатора, выражение (4) можно записать:

р = гЛг-» (5)

1 + фУпм

где ф - символ функции;

Упм - уровень профессионального мастерства. Производительность за смену зерноуборочного комбайна, определяется по

формуле: —(6)

при условии Р=КГ= Е

р-й

или }_р

После подстановки (7) в (6) уравнение производительности будет вы глядеть:

Зб'ётзх Р^ и(1 + б) 1-Р

или после преобразовашпЧ

(7)

(8)

Ш = ^^"бшзх____1в--(9)

да и(1 + 5) 9-Упм'

В формулах (6)...(9):

gшк - максимальная пропускная способность молотилки комбайна; и -урожайность убираемой культуры; 5 - соломистость; 1В - время восстановления работоспособности системы; Кг - коэффициент готовности.

Степень реализации работоспособности (Ри) системы определяется отношением

(10)

р = дн

или

Р =-!

дн

36-ётж _

и(1 + б)'ф.уп

г.

(П)

Уровень профессионального потенциала механизатора определяется по методике проф. Н.В.Храмцова.

Учитывая, что при работе комбайнов, управляемых механизаторами, имеющими стаж работы и выпускниками профтехучилищ имеются отличия, нами на основе учебной документации с использованием методов экспертных оценок, была разработана методика определения уровня профессиональной подготовлешюсти мехшшзатора для работы в сельском хозяйстве, согласно которой

У = ■

з гт

УТ- ф 1+ Уц- Ф 2+ У о- ф 3+ Ур- ф 4+ Ух- ф 5

¿У,

(12)

где Ут, Уп, Уо - уровни соотвстствешю теоретической, практической, общеобразовательной подготовки, Ур и Ух - умение применять полученные знания при выполнении технологических процессов и постановки техники на хранение;

Ф; - уровень значимости соответствующих факторов.

Модель отказов системы зерноуборочного процесса можно представить следующей системой регрессионных уравнений

= К, + Ача, + Авам + А^а, + А^а, ём = Км+Ам1ау +Ам2ам +Ам3ас + Аы4ат ёс = кс + Ас1ач + Ас2ам + Ас3ас + Ас4ат ёт = Кт +Ат1оц +Ат2ам + Ат3ас + Ат4ат

(13)

где К„ К„, Кс, Кт - константы уравнений, соответствующие причинам отказов; А,ь АЧ2,• ■. Амь Ам2,... Ас[, АС2,... Ахь Ат2,... - коэффициенты назависимых переменных соотвествующих указанным причинам.

Полученные выражения моделей функционирования и отказов системы указывают на взаимосвязи параметров надежности функционирования,

эксплуатационных показателей и уровня профессионального мастерства механизатора, которые необходимо было экспериментально проверить.

В третьей главе описаны общие и частные методики экспериментальных исследований, основанных на хрономегражных наблюдениях и поэлементном анализе баланса времени рабочего дня. В журнал наблюдений хронокарты заносили данные по механизатору, комбайну и условиям работы. Перед наблюдениями были изучены природно-климатические условия в каждом хозяйстве и составлены карты полей, на которых предполагались исследования. Уборочные работы в указанных хозяйствах в основном проводились уборочно-транспортпыми отрядами и вахтенным методом. Полевой стан располагался ориентировочно в центре полей или вблизи проезжих дорог. Количество хрономегражных наблюдений подсчитшшое в соответствии с ГОСТ 27.502-83 составило 84, фактически было обработано 134 хронокарты. При этом предусматривалось, что отказы устраняются после их появления. Наблюдения были рассчитаны на весь уборочный период. Задаваясь достоверностью результатов у=0,90 и точностью 5=0,10 определяли количество комбайнов, необходимых для исследования. На основе хрономегражных наблюдений составлялся баланс времени рабочего дш и анализировались его составляющие с учетом их принадлежности к "человеку", "машине", "среде", "транспорту". Обработка хронокарт предусматривала, в первую очередь, определение коэффициента устойчивости хроноряда и, при необходимости, по известным методикам отсев грубых ошибок.

Для статистической оценки исследуемых величии были приняты соответствующие показатели согласно теории вероятностей и математической статистики (частота, вероятность случайной величины, срднеквадратические отклонения, дисперсия, мода, медиана, эксцесс и др.). При анализе данных по надежности функционирования (вероятность и интенсивность отказов системы, вероятность восстановления работоспособности, приведенная плотность потока отказов и др.) использовались основные положения теории надежности и теорт! массового обслуживания.

В работе нами были использованы известные методы подбора эмпирических формул, в частности, для получения уравнений линейной зависимости, степенной и экспоненциальной. Параметры коэффициентов формул определяли 1рафическим методом (построением графиков по экспериментальным данным) с последующим подбором эмпирической зависимости. Для получения линейной эмпирической зависимости использовали координатную сетку типа у-~ Г(х). Степенная функция линеаризировалась на логарифмической бумаге по зависимости типа ^у=1Т^х), экспонента выравшгеалась в прямую на полулогарифмической бумаге [lgy=f(x)]. Линеаризация эмпирических зависимостей и подсчеты соответствующих коэффициентов достаточно подробно описаны в математической учебной литературе, нами они использовались для контроля расчетных данных. Перед

подбором эмпирических формул убеждались в достоверности эксперименга, проверяли воспроизводимость результатов по критерию Кохрена.

Кроме указанных методов обработки экспериментальных данных нами также проводился регрессионный анализ. Оценку адекватности теоретических решений статистическим закономерностям осуществляли по критерию Пирсона х2

Для массовой обработки статистических рядов хронокарт, подборе эмпирических зависимостей, определении коэффициентов уравнений регрессии использовали ЭВМ ШМ РС 1те1-80486. Программное обеспечение осуществлялось пакетом прикладных программ "ЗШ^айсБ", программами, разработанными на кафедрах ЭМТП и кибернетики ИГСХА. Использование ЭВМ позволило обработать значительное количество экспериментального материала и получить достоверные рузультаты.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследовании. На первом этапе была проведена статистическая оценка основных характеристик технологического процесса по всему массиву хронокарт. Все хронокарты были сгруппированы по двум признакам - длине гона и уровню профессионального мастерства механизатора. Диапазон длин гона принят типовым. Количество хронокарт составило соответственно длине гона: менее 150м-0,7%; 150...200-0,0%; 200... 300-6;7%; 300...400-7,5%; 400... 600-14,2%; 600... 1000-34,3%; более ЮООм-36,6% от общего их количества. Наибольшее количество хронокарт снято при работе комбайнов на полях с длиной гона более 1000 и 600... 1000м. Обработка на ЭВМ статистического ряда показала, что средняя длина гона составила 806м. При этом, стандартное отклонение (о) получилось равным 233м., а стандартная ошибка (Д) 29м. Минимальная длина гона 56м., максимальная 1500. Размах составил 1444м. Уровехш профессионального мастерства Ут, соответственно составил: высокий (1,0..0,90)-27,6%, средний (0,89...0,64)-50,7%, низкий (0,63...0,38)-19,4% и очень низкий (0,37...0,20)-2,2 процента. Полученные данные говорят о том, что наибольшее количество механизаторов (50,7%) составило "среднего" уровня, наименьшее - "очень низкого". Из общего количества (134) среднее значаще У,„, получилось равным 0,747. При этом о=0,11, а стандартная ошибка Д=0,01. Минимальное значение Ут,=0,29, максимальное Упм=0,97.

Производительность зерноуборочного комбайна зависит от большого множества факторов (длины гона, способа движения, урожайности, соломистости, скорости движения, влажности, полеглости, засоренности и т.д.). Естественно, что полностью учесть все факторы практически невозможно. Однако основные из них учитывались поправочными коэффициентами, которые устанавливались к нормам выработки и расхода топлива. Во время экспериментов и при установлении в хозяйствах норм выработки определялась влажность, соломистость, урожайность, класс длины гона и другие показатели по паспортным данным полей и непосредственными замерами. Фактическую

производительность в га определяли замером убранной площади и сравнивали с расчетной. Прямое комбайнирование проводилось без измельчения соломы. Урожайность районированной пшеницы "Скала" на экспериментальных полях составляла от 1,4 до 2,6 т/га, влажность 16...24%. Отношение массы зерна к массе соломы колебалось от 1:1,13 до 1:1,17. Для расчетов принималась равной 1:1,15. Результаты обработки показаны в табл. 1.

Таблица 1

Статистическая оценка основных эксплуатационных показателей.

Характеристики технологического процесса Оценочные показатели

Математическое ожидание, X Стандартное отклонение, а Стандартная ошибка, д Дисперсия, % Минимум, х: mm Максимум, X max

Продолжительность рабочего дня, Ття, ч 12.039 2,000 0,085 4,000 4,120 19,498

Общая продолжительность цикла, 1,„ % 47,864 10,400 2,313 108,160 20,000 82,480

Средняя продолжительность одного цикла, ^,% 10,769 3,000 0,430 9,000 2,910 20,950

Основное (чисто рабочее) время работы, ¡р 3,756 0,625 0,134 0,390 1,075 8,615

Коэффициент использования времени рабочего дня, тш 0,340 0,090 0,015 0,080 0,135 0,664

Коэффициент сменности, 1 1,722 0,270 0,41 0,073 0,588 2,785

Дневная фактическая производительность, 6,429 1,970 0,209 3,881 2,071 13,893

Производительность за час дневного времени, со™ 0,562 0,144 0,018 0,021 0,189 1,058

Степень реализации работоспособности, Р„ 0,314 0,082 0,014 0,007 0,095 0,592

Анализ полученных дашшх показывает, что фактическая производительность зероуборочного комбайна ниже возможной примерно в два раза, табл. 1.

Анализ причин отказов системы проводился на основе баланса времени рабочего дня, рис.3.

1ъ

35 30 25 20 15 10 5

0-И

t„ %

tp tH tp {ф tnK f M-C ^ПТ tx [ top tjQj

t, ty tx2 tK tnn

Рис.3

Диаграмма составляющих баланса времени рабочего дня в порядке убывания:

to

основное время; t„ - продолжительность простоев из-за технических

неисправностей; tT - на технологическое обслуживание; 1ф - но физиологическим потребностям; tirK - подготовка комбайна к работе; tM.c - передвижение механизатора к месту работы; trrr - непредвиденных нарушений технологического процесса; txl - поворотов; top - организационные причины; tM1 -холостые преезды по полю; t3 - время на заправку; ty - техобслуживание в поле; tx2 - переезды от стоянки (заправки) до поля; tK - контроль качества работы; tm, -подготовка поля (trM-0 - подготовка поля проводилась другими механизаторами); tNfiy - простои по метеоусловиям (в системе причина "среда"),

tM-iy~0.

Анатиз элементов непроизводительных затрат времени при работе комбайна "Енисей-]200" на прямом комбайнировашш зерновых культур показывает, что наибольшие простои (в условиях эксперимента) наблюдались при уст ранении технических неисправностей (16,8%). Это объясняется тем, что комбайновый парк в хозяйствах достаточно устарел, а восстановление его работоспособности было недостаточным. Следующий показатель, характеризующий простои комбайна, - затраты времени на технологическое обслуживание (10,6%). В основном комбайны простаивали в ожидании транспортных средств для их разгрузки. Третьим по значимости элементом непроизводительных затрат времени является продолжительность простоев по физиологическим причинам (9,1%). В общем времени этой группы причин основную долю составляют простои на обед (в ряде случаев дополнительно на

ужин). Почти во всех случаях при уборке зерновых обед был организованным. Хронометражные наблюдения были проведены при хорошей погоде, ^,=0. Подготовка поля обычно проводилась другими механизаторами и хрономегражным наблюдениям не подвергшись, ^=0.

Результаты статистической обработки параметров надежности функционирования процесса показаны в табл.2.

Таблица 2

Статистическая оценка характеристик надежности функционирования уборочного процесса при прямом комбайнировании, как системы "Ч-М-С-Т"

Характерис- Оценочные статистические показатели

тики надеж-

ности функ- Сред- Меди- Мода, Стан- Дис- Стан- Мини- Мак- Раз- Асим- Экс-

ционирования процесса нее значение, ана, дартное отклонение, персия, дартная ошибка, мум, симум, мах, метрия, цесс,

X Ч М (У % А V Я А Э

1. Надежность

функциониро- 0,312 0,300 0,417 0,057 0,030 0,018 0,117 0,460 0,343 0,061 -0,565

вания, Р

2.Приведенная

плотность

потока отказов 0,727 0,719 0,843 0,307 0,095 0,026 0,076 2,077 2,001 1,242 2,922

по причине

"человек", а,

3.Приведенная

плотность

потока отказов 0,942 1,000 0,997 0,348 0,121 0,030 0,539 2,803 2,264 1,800 5,885

по причине

"машина", ач

4.Приведенная

плотность

потока отказов 0,528 0,427 0,428 0,416 0,173 0,041 0,175 2,672 2,497 1,611 3,053

по причине

"транспорт", аг

Из данных табл.2 видно, что надежность функционирования технологического процесса уборки зерновых прямым комбайнированием составляет всего лишь 0,312. Это довольно низкий показатель. Он свидетельствует о наличии значительных резервов повышения надежности уборочного процесса. Исследуя закономерность статистического ряда надежности функционирования, можно констатировать, что она изменяется для уборочного процесса прямым комбайнированием по закоггу Бета-распределение.

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила определить коэффициенты уравнений регрессии, описывающих модель отказов.

Уравнения регрессии статистической модели отказов системы Ч-М-С-Т выглядят следующим образом.

&,=0, 183-0,025ссч+0,044ам+0,018ат &,=0,250-0,034а„+0,100ам-0,045ат &=0

Иг=0,086+0,123^-0,058^+0,077^ Графическая интерпретация модели показана на рис.4

(14)

2..

Рис.4 Вероятностная модель отказов системы зерноуборочного процесса прямым комбайнированием (Енисей-1200): а - пространственное изображение составляющих §ч, gм, б - лучевая диаграмма модели; в - график лучей (§,,--0,227; с„=0,296; ёт=0,165; &=0).

Вторым этапом обработки экспериментальных дшшых было выявление законов распределения статистических рядов основных показателей технологического процесса.

Для большинства из них такие законы были получены. Основные из них приведены в табл.3.

Таблица 3

Законы распределения основных характеристик надежности функционирования

зерноуборочного процесса

№ Параметр процесса Закон Оценочный Уровень

п/п распределения критерий Пирсона х2 значимости

1. Надежность Бета-

функционирования, Р распределение 4,29 0,117

2. Фактическая дневная

производительность, V/* Вейбулла 5,14 0,38

3. Уровень профессиональ- Бета-

ного мастерства, УГО1 распределение 18,472 0,182

4. Приведенная плотность потока отказов системы по причинам: -человека, ач Показательное

-машины, ам распределение Показательное 2,617 0,106

-транспорта, а,- распределение Показательное распределение 0,611 0,482 0,434 0,079

Поиски закономерностей изменения g% показали, что они распределены соответственно по законам Бета-распределение (%2~ 13,009, уровень значимости 0,230) и нормальному (х2=11,202, у.з.0,184). Для вероятности появления отказов системы по причине "транспорт" закон распределения установить не удалось. Это объясняется тем, что процесс отвозки зерна является самостоятельной (подсистемой) системой со своими параметрами функционирования. Согласование функционирования двух подсистем в одной системе-специальная задача исследований.

На третьем этапе математической обработки проводилось выявление взаимосвязей параметров надежности функционирования, эксплуатациошгых показателей и уровня профессионального мастерства механизатора. В результате было установлено, что между параметрами надежности функционирования, эксплуатационными показателями и уровнем профессионального мастерства механизатора существуют вполне определенные и устойчивые связи. Основные (принщшиальные) из них показаны на рис.5, рис.6 и рис.7.

Рис.5 Зависимость надежности функционирования (Р) от приведенной плотности потока отказов (а,) системы соответстветпю по причинам: а)"человек"; б)"машгаи"; в)"транспорт" .

Рис.6 Взаимосвязь параметров надежности функционироваггая процесса и уровня профессионального мастерства механизатора: а)Р=Г(\]/); б)\;/-Г(Уам);

в)РН(Ут|).

Рис.7 Зависимость \Уда, Р И т от уровня профессионального мастерства механизатора (У1М).

Таким образом, результаты математической обработки всего массива хронографий рабочего дш подтвердили теоретические предпосылки исследований.

В петой главе приведена экономическая эффективность исследований, которая составила 33,4 млн. рублей на один зерноуборочный комбайн в год с учетом сложившихся среднереал из анионных цен на зерно.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ научно-исследовательских работ по изучению технологических сельскохозяйственных процессов показывает, что системных исследований явно недостаточно.Зерноуборочный технологический процесс представляет собой сложную биомашинную систему, на функщтонирование которой влияет большое множество факторов. Все влияющие факторы можно сгруппировать по принципу нх первопричин возникновения - "человек-машина-среда-транспорт". Исследования процесса зерноуборки системным методом позволяют полнее раскрыть внутрисистемные связи и выявить резервы повышения эффективности функционирования системы. При этом процесс уборки зерновых культур можно представить как Марковский и смоделировать его, описав системой уравнений Эрланга-Колмогорова, в которой предусмотрены все связующие компоненты Ч-М-С-Т.

2. Методика эксперементальных исследований по проверке математической модели зерноуборочного процесса, основанная на хронографических наблюдениях за работой биомашинной системы, позволяет дать количественную оценку параметров надежности функционирования и эксплуатационных показателей, выявить их взаимосвязи и закономерности. Применяемые при исследованиях теории: вероятностей, математической статистики, надежности и массового обслуживания, а также использование ЭВМ позволили получить достоверные результаты экспериментов.

3. Статистический анализ полученных при машинной обработке экспериментальных данных показывает, что математическое ожидание надежности функционирования процесса (Р) низкое и равно 0,312. Матожидания вероятностей возникновения отказов системы (§,) и приведенных плотностей их потока (а;) по причинам "человека", "машины" , "транспорта" составили соответственно: (0,227; 0,256: 0,165); (0,727; 0,949; 0,528). Фактическая производительность ( ) за рабочий день (Тда= 12,039) получилась равной 6,429 га, степень реализации работоспособности Р=0,314, коэффициент использования времени рабочего дня тдн=0,34, уровень профессионального мастерства механизаторов Ут1=0,747, общее цикловое время 1Ц=46,9% от общего времени рабочего дня, на один цикл затрачивается 1,3%.

4. Выявлено, что продолжительность рабочего дня, фактическая дневная производительность, степень реализации работоспособности и приведенная плотность потока отказов по причине "человека" распределены по закону

Вейбулла, каждый со своими параметрами. Нормальному закону распределения подчиняются: продолжительность циклового времени (У; вероятность отказов Надежность функционировагаш технологического процесса, вероятность возникновения отказов по причтше "человека" (цч) и уровень профессионального мастерства механизатора подчинены закону Бета-распределение.

Приведенные плотности потока отказов системы по всем причинам имеют показательное распределение, а для вероятности возникновения отказов по причине "транспорт" закона распределения выявить не удалось. Последнее подтверждает, что отвозка зерна - это самостоятельная подсистема, функционирование которой имеет свои закономерности.

5. Исследовштя взаимосвязей составляющих системы показали, что надежность функционирования, фактическая дневная производительность и степень реализации работоспособности с увеличением приведенной плотности потока отказов (а;) уменьшаются по экспоненте. Между надежностью функционирования и продолжительностью рабочего дня тесной связи не обнаружено (коэффициент корреляции составил 0,284...0,297), а зависимости Р=€(тдн) и 1М'(УШ,) линейные (коэффициенты корреляции соответственно 0,954 и 0,924). Надежность функционирования в обоих случаях увеличивается, а с увеличением вероятностей отказов (&) прямо пропорционально уменьшается. Модель отказов технологического уборного процесса Р=%„ Ем, ёт) описывается системой линейных регрессионных уравнений с соответствующими константами (0,512; 0,386; 0,427).

Дневная фактическая производительность и степень реализации работоспособности Р№ с ростом уровня профессиональнего мастерства увеличивается по степенной зависимости (показатели степени соответственно 1,09 и 1,365, свободные члены уравнений 8,405 и 0,447). Коэффициент использования времени рабочего дня (тдн) в зависимости от уровня профессионального мастерства (УюО увеличивается по экспоненте (показатель степени составляет 1,965, а коэффициент при е равен 0,074). Существенного снижения текущей производительности за каждый рабочий ход от продолжительности рабочего дня не выявлено.

6. При внедрении результатов исследований производительность зерноуборочного процесса увеличивается на 28,6%, а годовой экономический эффект с учетом сложившихся среднереализационных цен на зерно составляет 33,4 млн. рублей на один комбайн.

Полученные результаты исследований могут быть использованы при разработке систем технологий и машин, совершенствовании конструкций зерноуборочных комбайнов и средств автоматизации уборочных процессов, разработке мероприятий по улучшению их эксплуатации, внедрении прогрессивных технологий уборки зерновых культур, в учебном процессе при подготовке инженерно-технических кадров и кадров массовой профессии механизаторов для сельскохозяйственного производства.

Для повышения надежности функционирования зерноуборочного процесса, производительности комбайнов и степени реализации работоспособности необходимо наряду с уменьшением интенсивности (?.,) отказов и вероятностей (gj) увеличивать интенсивности восстановления работоспособности системы (ц;), а, следовательно, и снижения приведенной плотности потока отказов а,. Такое возможно за счет снижения всех непроизводительных элементов времетга, увеличения коэффициента использования времени рабочего дня (Тд„), повышения уровня профессионального мастерства механизатора (У™).

Реализация таких широкоизвестных и малозатратных мероприятий, как организация доставки мехатгзаторов к месту работы, помощь комбайнеру в проведении техобслуживания, оснащение рабочих мест оборудованием и инструментами, тщательная подготовка полей и комбайнов, оптимизация режимов их работы и выбор рациональных способов движения, бесперебойное транспортное и бытовое обслуживание и многих других способствуют повышению надежности, производительности и работоспособности зерноуборочной (и не только) техники. При соблюдении всех этих условий надежность функционирования технологического процесса может быть повышена в два раза. Даже частичные внедрения из числа укатанных мероприятий во время экспериментальных исследований надежность функционирования процесса была повышена с 0,312 до 0,401.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

¡.Овчинникова Н.И., Вильчинский В.М. Функциональная надежность уборочно-грансиортного отряда на уборке зерновых // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники в условиях Восточной Сибири: Сб.науч.трудов. Иркутск: ИСХИ, 1992. с.ЮО... 104.

2.0вчинникова Н.И., Вильчинский В.М. О количествешюй оценке степаш влияния факторов системы "человек-машина-среда-гранспорт" на надежность функционирования уборочно-транспортиого звена // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники в условиях Восточной Сибири: Сб.науч.трудов. Иркутск: ИСХИ, 1992, с. 104... 106.

3.Вильчинский В.М. О продолжительности устойчивой работоспособности зерноуборочного комбайна и коэффициента использования времени смены. // Тезисы докладов научной конференции посвященной 60-летгао ИСХИ "Сельскохозяйственная наука-нроизводству". Иркутск: ИСХИ, 1995. с.30.,.31.

4.Терских.И.П., Овчинникова Н.И., Вильчинский В.М., Иваньо Я.М. Зависимость эксплутадионных показателей и топливной экономичности биомашинных с.-х. агрегатов от длины гона // Механизация и электрификация с.-х. производства Восточной Сибири: Сб.научн.трудов. Иркутск: ИСХИ, 1996, С.34...40.

5.Вильчинский В.М. Некоторые результаты исследований функциональной надежности зерноуборочного процесса // Механизация и электрификация с.-х. производства Восточной Сибири: Сб.науч.трудов, Иркутск: ИСХИ, 1996, С.40...43.

6.Вильчинский В.М. Уровень профессионального мастерства комбайнера и функциональная надежность зерноуборочного технологического процесса // Механизация и электрификация с.-х. производства Восточной Сибири: Сб.науч.трудов. Иркутск: ИСХИ, 1996, с.43.,.47.

7.Терских И.П., Вильчинский В.М., Овчинникова Н.И. Количественная оценка уровня профессиональной подготовленности механизатора для работы в сельском хозяйстве // Методические указания. Иркутск: ИСХИ, 1996, 16с.

8. Терских И.П., Вильчинский В.М., Овчинникова Н.И. Количественная оценка уровня профессиональной подготовленности механизатора для работы в сельском хозяйстве // Главное управление народного образования администрации Иркутской области. Научно-методический центр професионального образования.Иркутск: 1996, 15с.