автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оценка эффективности зерноуборочных комбайнов по основным показателям надежности в условиях Сибири

СУБОЧЕВ СТАНИСЛАВ ВИКТОРОВИЧ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ ПО ОСНОВНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ НАДЕЖНОСТИ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СибИМЭ).

Научный руководитель: доктор технических наук, старший

научный сотрудник Немцев Анатолий Егорович

Официальные оппоненты: Корнилович Станислав Антонович

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО Омский государственный аграрный университет,

профессор кафедры «Технического сервиса, механики и электротехники»

Черныш Алексей Петрович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Кемеровского ГСХИ зав. кафедрой «Технологии металлов и ремонта машин»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Новосибирский

государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится 9 июня 2015 г. в 12 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 006.059.01 при ФГБНУ СибИМЭ. Телефон, факс: (383) 348-12-09 E-mail: sibime@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ СибИМЭ. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, а/я 460, ФГБНУ СибИМЭ.

Автореферат и диссертация размещены на сайте ФГБНУ СибИМЭ www.sibime-rashn.ru, автореферат на официальном сайте ВАК Минобрнауки России: http://vak2.ed.gov.ru,

Учёный секретарь

диссертационного совета ____В.В. Коротких

"НХ.1'И0КЛП

г.'/дмч: I иен идя

Ы1Г,ЛИ0 I ЕК<\ 7015

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Сложившееся за последний период положение с инженерно-техническим обеспечением сельских товаропроизводителей стало сдерживающим фактором в решении основных задач Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг.

Так, за годы реформ резко уменьшился парк машин и оборудования в сельхозпредприятиях в результате недостаточного обновления техники. Например, парк зерноуборочных комбайнов страны сократился с 408 тыс. в 1990 г. до 67,9 тыс. в 2013 г. Вследствие этого нагрузка на единицу техники сельхозтоваропроизводителей, увеличилась в 1,5-2,8 раза. Заметим, что средняя нагрузка на зерноуборочный комбайн в США составляет лишь 63 га, а в России она достигает 283 га.

Усредненный показатель поступления новой техники в агропромышленный комплекс России в последние годы составляет 0,9-2,7% от ев наличия, а списание -4,3-8,2%, т.е. выбытие опережает поступление в 2,3-5 раз. При этом сроки фактической эксплуатации машин и оборудования превышают нормативные в 2-3 раза и превышает нормативный у 70 % зерноуборочных комбайнов. Все это в совокупности приводит к нарушениям выполнения технологических процессов, снижению объемов производства сельскохозяйственной продукции, росту её себестоимости и снижению конкурентоспособности отечественной продукции сельского хозяйства.

Одним из путей выхода из сложившегося положения является переход к применению более надежной уборочной техники. Но такая техника отличается как показателями надежности, так и стоимостью. Так, наработка на отказ импортных зерноуборочных комбайнов составляет 100 и более часов, а у отечественных - лишь 25 часов, но они более дешевы. Отсутствие по ряду позиций конкурентоспособной техники отечественного производства, а также дефицит кадров механизаторов вынуждает наиболее крупные и экономически сильные хозяйства покупать более дорогие, но надежные зерноуборочные комбайны. Поэтому при приобретении новых зерноуборочных комбайнов сельскохозяйственные предприятия стоят перед выбором наиболее экономичных, но эффективных по показателям надежности комбайнов с целью дальнейшего комплектования и обновления их парка. Существующие методы выбора уборочной техники не учитывают показатели надежности. Отсутствуют и данные об эффективности зерноуборочных комбайнов с учетом показателей надежности и применительно к условиям Сибири. В связи с этим, актуальным становятся решения задачи направленные на оценку эффективности зерноуборочных комбайнов с учетом их надежности через безотказность, как один из её основных показателей, а также других показателей комбайнов, что и определяет актуальность этой работы.

Научная гипотеза. Эффективность парка зерноуборочных комбайнов (ЗК) хозяйства можно повысить путем учета основных показателей надёжности используемых моделей при его комплектовании.

Цель исследований - повышение эффективности использования комплектуемого парка зерноуборочных машин хозяйства за счет учета основных показателей надёжности моделей комбайнов в условиях эксплуатации Сибири.

Объект исследований - процесс функционирования зерноуборочных комбайнов с учётом основных показателей их надёжности в условиях эксплуатации Сибири.

Предмет исследований — показатели надёжности основных моделей зерноуборочных комбайнов и закономерности их влияния на эффективность применения в сельскохозяйственных предприятиях Сибири.

Методы исследований - методы анализа и синтеза производственных процессов, статистической обработки данных, математическое моделирование, теория надежности машин, теории вероятностей, теории массового обслуживания, статистический анализ.

Научную новизну представляют:

- основные показатели надёжности зерноуборочных комбайнов, влияющие на эффективность их использования в условиях Сибири. В качестве такого показателя надежности принята безотказность комбайнов, оцениваемая наработкой на отказ;

- экспериментальная оценка безотказности ряда основных моделей зерноуборочных комбайнов, используемых в Сибири, в разрезе их агрегатов и узлов, выявленная по результатам исследований в Краснозерском районе Новосибирской области за 84 комбайнами в течение двух лет;

- экономико-математическая модель оценки эффективности зерноуборочных комбайнов с учётом основных показателей надёжности, моделей и условий эксплуатации в хозяйстве, позволяющих оценить показатели эффективности рассматриваемых моделей комбайнов с учетом его условий по выполнению уборочных работ. Полученные результаты позволяют осуществить выбор более эффективной модели зерноуборочного комбайна применительно к условиям конкретного хозяйства;

- закономерности изменения эффективности зерноуборочных комбайнов в зависимости от основных показателей надёжности их моделей в условиях Новосибирской области.

Практическая значимость. Разработанная экономико-математическая модель позволяет определять удельные суммарные затраты на убранную площадь зерноуборочными комбайнами любого хозяйства, которые можно использовать в качестве рекомендаций при формировании комбайнового парка как новых хозяйств, так и уже действующих.

Результаты исследования используются в учебном процессе Новосибирского государственного аграрного университета.

Информация по показателям безотказности комбайнов в разрезе их марок, может быть использована хозяйствами при организации службы полевого ремонта в период уборочных работ, а также заводами-изготовителями конкретных зерноуборочных комбайнов при совершенствовании их конструкций повышением показателей надёжности наиболее недолговечных агрегатов и узлов. В частности, в результате принятых мер заводом-изготовителем ОАО «Ростсельмаш» по совершенствованию конструкции комбайнов «АСИОЗ 540» и «Вектор», по рекомендациям института СибИМЭ, наработка на отказ увеличилась в 2 раза с 25 до 50 часов, что позволило повысить их производительность на 6-8% за счет увеличения коэффициента готовности на 5,9% и снизить потребное количество запасных частей в расчете на 1 тонну намолоченного зерна на 12-15%. Время простоя за сезон одного зерноуборочного комбайна по техническим причинам сократилось на 17,7 часа.

Реализация результатов исследования. Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии «Разработать технологии и технические средства для обеспечения работоспособности сельскохозяйственной техники нового поколения в производственно-климатических условиях Сибири на основе комплексного использования информационных ресурсов при технической эксплуатации машин», номер государственной регистрации 09.06.(09.03.03) и «Обосновать основные параметры региональной системы обеспечения работоспособности мобильной сельскохозяйственной техники для растениеводства АПК Сибири», номер государственной регистрации 09.04.01.01.

Основные результаты исследований обсуждены и одобрены на заседании секции механизации, энергетики и транспорта научно-технологического совета департамента АПК Новосибирской области.

Экономико-математическая модель оценки эффективности зерноуборочных комбайнов с учётом основных показателей надёжности их моделей и условий хозяйства реализована на персональном компьютере в среде электронной таблицы пакета М5 ОЙ1се и пригодна для использования производственниками при планировании и организации уборочных работ. Производственная проверка результатов исследований подтверждена актами о внедрении рекомендаций оценки эффективности зерноуборочных комбайнов с учетом показателей надежности «ИП Нестеров А.П.», и управлением сельского хозяйства Краснозерского района Новосибирской области.

Показатели безотказности элементов зерноуборочных комбайнов отечественного производства применены заводом-изготовителем для совершенствования их конструкций.

Апробация работы. Основные положения диссертациЬнной работы доложены и одобрены на международной научно-практической конференции и на научно-практических конференциях в 2008-2013 гг. В 2008 г. на Международной научно-

5

практической конференции посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова. В 2012 г. в Новосибирском государственном аграрном университете на региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной памяти доцента М.А. Анфиногенова, работа отмечена сертификатом участника. В Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации (СибИМЭ), на научно-технических советах департамента АПК Новосибирской области, министерства сельского хозяйства Новосибирской области, на Ученых советах ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

На защиту выносятся:

- экономико-математическая модель оценки эффективности зерноуборочных комбайнов при проведении уборочных работ в хозяйстве с учетом их основных показателей надёжности и других показателей;

- основной показатель надежности (безотказность), учитываемый при оценке эффективности зерноуборочных комбайнов;

- показатели надёжности (безотказности) основных агрегатов и узлов моделей зерноуборочных комбайнов в условиях Сибири;

- закономерности изменения удельных суммарных затрат зерноуборочных комбайнов от их основных показателей надёжности (безотказности) и других показателей в условиях Сибири.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в трех статьях в изданиях, указанных в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий», рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованной литературы, включающей 125 наименований, в том числе 3 на иностранном языке, приложений. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержащего 12 таблиц, 15 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы и показана её практическая значимость. Приведена краткая характеристика работы и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе: «Анализ результатов исследований по оценке эффективности и надежности зерноуборочных комбайнов» проанализированы особенности эксплуатации зерноуборочных комбайнов (ЗК) в условиях Западной Сибири, их надёжность по причине возникновения отказов с приведением их классификации, и проведенные исследования, направленные на повышение надёжности ЗК.

Большой вклад в повышение надёжности и эффективности ЗК внесли исследования, выполненные Варнаковым В.В., Жалниным Э.В., Игнатьевым Г.С., Корнилович С.А., Кряжковым BJL, Лезиным П.П., Лисуновым Е.А., Ломоносовым Ю.Н., Терских И.П., Ульманом И.Е., Халфиным М.А., Чепуриным Г.Е., Черепановым С.С., Черноиваиовым В.М. и др.

Дальнейшее развитие проблема повышения эффективности использования ЗК получила в трудах Блынского Ю.Н., Голикова Р.П., Немцева А.Е., Николашкина В.И., Пискарева A.B., Черныша А.П., Швачко А.Н. и др.

Вопросами эффективного использования ЗК занимались такие НИИ и ВУЗы, как ГОСНИТИ, ВИМ, ЧИМЭСХ (ЧГАА), СибИМЭ, НГАУ, ИрГСХА и др.

Известны труды многих учёных-экономистов, направленные на решение этой проблемы. Среди них: Конкин Ю.А., Лопатин А.Н., Ораевская Г.А. и др.

Однако в настоящее время эта проблема ещё не решена. Надёжность отечественных комбайнов, используемых в Сибири находится ещё на недостаточно высоком уровне. Наработка на отказ отечественных комбайнов «Дон-1500» составляет 20-25 часов, у зарубежных комбайнов - 100 ч и более.

Спецификой условий уборки в Западной Сибири являются сравнительно крупные размеры хозяйств и большая разбросанность отделений, ферм, бригад, короткий вегетационный период, обусловливающий сжатые сроки проведения уборки, затяжная весна, а в степных районах - засушливый весенне-летний период с острым дефицитом влаги. Бездорожье, большая удаленность хозяйств как друг от друга, так и от районных центров и специализированных сервисных предприятий, отсутствие необходимых запасных частей в нужный момент оказывают большое влияние на надёжность ЗК и предъявляют повышенные требования к их безотказности.

Известно, что в среднем по стране в период уборки ежегодно, несмотря на недостаток машин, простаивает до 15% ЗК, а в Сибири - до 20%.

Комбайновый парк сильно изношен и продолжается его старение. Так, в 2012 г. средний возраст ЗК в АПК Новосибирской области составил 15 лет.

В последние годы хозяйства стали приобретать импортную технику. Однако следует учитывать, что сибирские условия эксплуатации резко отличаются от уело вий других зон и тем более, зарубежных стран.

Приведённый анализ научных исследований, направленных на исследование надёжности и эффективности ЗК, показал, что разработанные методики, базируясь на современных методах математического моделирования, не полностью отражают реальность многообразия связей в сфере их эксплуатации в сельскохозяйственных предприятиях и не дают однозначного ответа, какую техник у лучше приобретать -отечественную или импортную. С экономических позиций - менее надёжную, но относительно недорогую - отечественную, или более надёжную и дорогостоящую -импортную.

В приведённых методиках, как правило, обосновываются или рассматриваются отдельные параметры ЗК и его составных частей или уборочного процесса без должного учёта их взаимосвязей с другими параметрами и показателями, а также в них недостаточно полно учтены специфические особенности зон.

Поэтому обоснование эффективности ЗК с учётом безотказности, как одного из основных параметров надёжности, для условий Сибири требует дополнительных научных исследований, предусматривающих её взаимоувязку и взаимосвязь с надёжностью комбайнов, является актуальной.

Для реализации поставленной в работе цели сформулированы следующие задачи:

1. Обосновать основной показатель надёжности зерноуборочных комбайнов, влияющий на показатели эффективного их использования в условиях Сибири.

2. Разработать экономико-математическую модель оценки эффективности зерноуборочных комбайнов с учётом основных показателей надёжности их моделей.

3. Оценить параметры основного показателя надёжности (безотказности) агрегатов и узлов применяемых в Сибири моделей зерноуборочных комбайнов.

4. Провести производственную проверку основных результатов исследований и оценить их ожидаемую эффективность.

Во второй главе «Об оценке эффективности зерноуборочных комбайнов в зависимости от основных показателей надежности их моделей в условиях хозяйства».

При обосновании основного показателя надёжности зерноуборочных комбайнов - безотказности, влияющего на показатели эффективного их использования в условиях Сибири, исходили из условий выполнения технологического процесса в агротехнические сроки с учетом минимизации всех затрат, связанных с эксплуатацией ЗК.

Приведены методические предпосылки разработки экономико-математической модели, обоснован критерий оценки эффективности зерноуборочных комбайнов, разработана модель и дана оценка влияния выбора отдельных зерноуборочных комбайнов на эффективность работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия в целом.

В работе показано, что выполнение технологических процессов уборки зерновых в агротехнические сроки в значительной мере зависит от простоев машин по причине возникающих отказов по техническим причинам, которые определяют уровень надёжности зерноуборочных комбайнов. С другой стороны, зная уровень надёжности машин, возможно наладить рациональную работу сервисных служб и не допустить срыва выполнения технологических работ в агротехнические сроки.

При определении безотказности, как одного из показателей надёжности, исходили из оптимального плана использования зерноуборочных комбайнов, их надёжности. Необходимое количество машин (Л) определялось как:

-Тс •Допт • Кк •Кг

где Г— объём работ, необходимый для выполнения технологического процесса, га - средняя часовая производительность зерноуборочного комбайна, га/ч;

Тс - продолжительность смены, ч;

Дот - оптимальная продолжительность выполнения технологического процесса, дни;

Кк — коэффициент использования календарного времени по метеорологическим условиям;

Кг - коэффициент готовности машин, комплекса.

Для оценки эффективности зерноуборочных комбайнов по экономико-математической модели принимаем минимум удельных суммарных затрат, как критерий, наиболее объективно отражающий все составляющие затрат, связанных с эксплуатацией комбайнов.

Задача решается в два этапа:

- проводится оценка эффективности отдельных ЗК (по маркам) с учётом основных показателей их надёжности и других показателей;

- оценивается эффективность комбайнового парка хозяйства при его комплектовании комбайнами различных моделей.

Для выполнения первого этапа задачи - оценки эффективности отдельного ЗК по экономико-математической модели в качестве критерия оценки его эффективности, как было указано ранее, принимаем удельные суммарные затраты на уборку зерновых (Зу), которые можно представить в виде:

Зу = А + 3„ + + Зр + С, + С, + Ст + С, гп т; (2)

где Зу - удельные суммарные затраты на уборку 1 га урожая, руб./га;

А - сумма амортизационных отчислений ЗК, руб./га;

Зп - заработная плата комбайнера и вспомогательных рабочих, рубУга;

Зтт - затраты на топливно-смазочные материалы, руб./га;

Зр - затраты на техническое обслуживание, ремонт и хранение комбайна, руб./га;

С, - стоимость потерь урожая комбайном, руб./га;

С6 - стоимость биологических потерь урожая, зависящих от сроков уборки, руб./га;

С„р - стоимость потерь урожая по техническим причинам (из-за простоев комбайна), руб./га;

С„ - затраты на отчисления и налоги, руб./га.

Особенностью этой модели является то, что в ней учитываются потери урожая, которые складываются: из потерь урожая непосредственно комбайном (С/с) из-за его технического несовершенства, из биологических потерь урожая (Се), завися-

щих от сорта возделываемой культуры и сроков уборки и потерь урожая по техническим причинам (Спр) из-за простоев комбайнов в связи с возникновением отказов. Остановимся на определении потерь урожая более подробно, поскольку определение первых четырёх составляющих в формуле 2 затруднений не вызывает.

При проведении государственных испытаний новых комбайнов для них устанавливаются нормативные потери, которые включают потери за жаткой, вследствие негерметичности, от недомолота и наличия свободного зерна в соломе при очистке.

Стоимость потерь (С*), для разных марок отечественных комбайнов представим в виде выражения:

СК=УБЦ- К^ ; (3)

где УБ - средняя биологическая урожайность, ц/га, Ц-рыночная закупочная цена продукции, руб./ц, Кюш- коэффициент потерь комбайном.

Стоимость биологических потерь урожая (Сб) определяем по формуле:

/- _ Кб "Ут йх'Ц ' К ПО ' 3Г . (Л\

и/ ' V

"ДЦ

где Ущах - максимальная урожайность в период полного созревания пшеницы, ц/га; Кпо - коэффициент потерь за периодом полного созревания пшеницы, %; К6 - коэффициент биологических потерь урожая;

- дневная производительность комбайна, га/день.

Стоимость потерь урожая по техническим причинам (Спр) (из-за простоев комбайнов) за период уборки Т составит:

С-пр = СПР • Тпр ; (5)

где С°ПР - стоимость 1 ч простоя комбайна за период Т, руб./ч; Гпр - время простоя комбайна за период Т, ч.

Поскольку продолжительность простоев по техническим причинам (Тпр) - величина случайная, среднее время простоя комбайна из-за отказов можно представить в виде:

ТХ

Х + р (Х + /1)1

где X - интенсивность отказов за период уборки Т, 1/ч;

¡1 - интенсивность восстановления ЗК за период уборки Г, 1/ч.

Для определения величины X и // необходимо знать наработку на отказ, среднее время восстановления и факторы, на них влияющие.

В общем случае, время восстановления является величиной случайной и зависит от сложности отказавшего узла, агрегата, детали, наличия запасных частей, инструмента, организации процесса восстановления и т.д. Его можно определить на основании статистического материала по формуле:

тПр=т(6)

тв = —— ; (7)

т

где - время восстановления работоспособности комбайна после /-го отказа, ч; т - количество отказов за период уборки. Экспериментальные исследования показали, что закон распределения времени восстановления близок к экспоненциальному, а вероятность спроса на запасные части распределяется по Пуассоновскому закону.

Наработка на отказ является основной величиной, характеризующей надёжность машины, и определяется из выражения:

Е'о,

(8)

т

где /0, - наработка комбайна до /-го отказа.

Значения Ли ц являются обратными величинами наработки на отказ и времени восстановления, т.е.

1-у-; (9)

; (Ю)

1 в

В окончательном виде стоимость потерь урожая по техническим причинам определится как:

' Тк Л

СПг = К„УфЦ

Величину Я можно также определить по формуле:

(П)

л = ; (12)

I фг

где ГфГ - фактический годовой фонд рабочего времени комбайнера машины г-ой марки, ч.

Подставив значения составляющих затрат в формулу (2), для зерноуборочных комбайнов разных марок можно определить удельные суммарные затраты на уборку 1 га или на 1 т бункерного веса и затем их сравнением определить марки наиболее эффективных комбайнов.

Для реализации экономико-математической модели введены следующие ограничения:

(продолжительность уборки); У„ ш(урожайность культуры); Ят1„ ^ Я ^ А1тх (интенсивность отказов); Имп^Р^!*™* (время восстановления);

ЦЫа Цт (рыночная закупочная цена продукции);

Ц6тш Цвти (балансовая стоимость комбайна);

<.ТК <-ТЭпшх (срок службы (возраст) комбайна).

Второй этап задачи выполнялся следующим образом. От уровня эксплуатационной надёжности отдельных комбайнов, как компонентов парка, зависит эксплуатационная надёжность всего комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия, что непосредственно влияет на сроки уборки урожая.

При этом возможны следующие ситуации:

1. Простои из-за технически ненадёжных комбайнов приводят к затягиванию уборки и увеличению потерь урожая.

2. Потребители вынуждены содержать более многочисленный парк машин, чтобы компенсировать снижение темпов работ (из-за отказов по техническим причинам).

3. Потребители в случае недостаточного количества машин могут привлечь их со стороны (из соседних хозяйств, на основе аренды, проката и других форм временного использования техники).

Однако для потребителя предпочтителен вариант, когда парк комбайнов хозяйства укомплектован рациональным способом. Поэтому при приобретении новых комбайнов встает задача выбора наиболее эффективного комбайна и влияния его на показатели работы парка в целом. Для потребителя такими показателями являются период уборки и коэффициент готовности, непосредственно на него влияющий. Исходя из условия выполнения уборки в агротехнические сроки, с учетом коэффициента готовности комбайнового парка и эффективности отдельных комбайнов, рассмотрены приведенные выше три ситуации с целью рационального комплектования комбайнового парка хозяйства.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований по оценке безотказности зерноуборочных комбайнов в условиях эксплуатации» представлена профамма экспериментальных исследований и этапы её выполнения.

Программа экспериментальных исследований включала выполнение следующих этапов:

- выбора места проведения экспериментальных исследований и его характеристика;

- определения количества объектов наблюдений;

-сбора информации об отказах зерноуборочных комбайнов и времени простоев по техническим причинам;

- обработки экспериментальных данных;

- оценки погрешности экономико-экономической модели эффективности зерноуборочных комбайнов;

- выбора зерноуборочных комбайнов прн комплектовании парка хозяйства с учётом безотказности.

При проведении исследований в работе использовались методы теории вероятностей, теория надёжности, дисперсионный анализ, статистические методы сбора и обработки экспериментальных данных.

При выборе места проведения экспериментальных исследований приняты во внимание следующие условия:

- природно-климатические;

- численность зерноуборочных комбайнов по маркам;

- классность механизаторов;

- сезонная наработка зерноуборочных комбайнов.

Эти показатели должны быть близки к среднеобластным. Исходя из этих условий, выбран Краснозерский район. Он обладает необходимой материально-технической базой и отвечает другим предъявленным требованиям для обоснования безотказности наблюдаемых зерноуборочных комбайнов.

Для обоснования их безотказности было выбрано 84 отечественных комбайна «Енисей-1200», СК-5 «Нива» («Нива-Эффект»), «Дон-1500», «Вектор», «ACROS 540». В структуре комбайнового парка Новосибирской области комбайны этих марок составляют 97%. При выборе комбайнов для наблюдений основными критериями послужили их возраст и постоянство работы на них механизаторов. Эти показатели также близки к среднеобластным. Кроме отечественных комбайнов, под наблюдением находились импортные комбайны: CLAAS МЕГА 370, TUCANO 450, LEXION 570, JOHN DEERE 9660 (9670) и Полесье КЗС-1218, КЗС-7, КЗС-812.

По каждому комбайну проводился сбор исходной информации по разработанной карте наблюдений (приведена в диссертации).

Обработка собранной информации проводилась методами математической статистики. При этом определялась средняя наработка на отказ и среднее время устранения последствий отказа по всем одноименным деталям, узлам и агрегатам зерноуборочных комбайнов.

Количество хрономегражных наблюдений за временем простоев по техническим причинам определено из условия получения достоверных статистических величин и составило 24.

Для измерения сопряжений отказавших деталей, узлов и агрегатов применялся универсальный измерительный инструмент и специальное оборудование мобильных агрегатов для проведения технического обслуживания.

Реализация экономико-математической модели проведена с использованием разработанных программно-алгоритмических и информационных средств.

Расчеты по оценке эффективности комбайнов выполнены в среде электронной таблицы Microsoft Excel. Ввиду того, что общее число всех переменных, используе-

мых в модели, как исходной информации, при подсчёте её составляющих более 30, они объединены в следующие содержательные блоки-формы: «Хозяйство», «Комбайн», «Константы».

В среде электронной таблицы для удобства оперирования изменяемыми (переменными) величинами по каждой компоненте формулы введены специальные таблицы, называемые в среде «Лист».

По этим величинам определялись суммарные удельные затраты по каждому зерноуборочному комбайну, входящему в состав выборки комбайнового парка определенных хозяйств.

Проведена оценка погрешности экономико-математической модели для определения эффективности зерноуборочных комбайнов путём сравнения по двум выборкам значений удельных суммарных затрат, полученных по модели и фактических (экспериментальных).

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований по оценке эффективности зерноуборочных комбайнов с учётом их безотказности» приведены данные по отказам наблюдаемых комбайнов, сравнительные показатели комбайнов, рассчитанные по разработанной модели с учётом их безотказности и позволяющие судить об их эффективности по удельным суммарным затратам на уборку 1 га, а также влияние отдельных комбайнов на показатели работы комбайнового парка сельскохозяйственного предприятия в целом.

В таблице 1 приведены данные по распределению отказов (в количественном и в %-м выражении) по основным агрегатам и узлам зерноуборочных комбайнов, находившихся под наблюдением.

Таблица 1. Распределение отказов по основным узлам и агрегатам зерноуборочных комбайнов (шт., %)

Агрегаты, узлы Распределение отказов зерноуборочных комбайнов, %

Енисей-1200 Дон-1500 РСМ-101 «Вектор» АСЯОБ 540 Полесье КЗС-1218, КЗС-7, КЗС-812 CLAAS МЕГА 370, TUCANO 450, LEMON 570 JOHN DEERE 9660 (9670)

Жатка, наклонная камера 16/15,8 41/47,7 25/50 31/29,5 5 /10,9 8/36,4 0

Молотилка, измельчитель 44/43,6 23/26,7 15/30 11/10,5 10/21,7 5/22,7 3/60

Двигатель 24/23,8 3/3,5 4/8 15/14,3 9 /19,6 1/4,5 0

Трансмиссия и ходовая часть 7/6,9 0 0 12/11,4 2/4,3 0 0

Продолжение таблицы 1.

Агрегаты, узлы Распределение отказов зерноуборочных комбайнов, %

Енисей-1200 Дон-1500 РСМ-101 «Вектор» ACROS 540 Полесье КЗС-1218, КЗС-7, КЗС-812 CLAAS МЕГА 370, TUCANO 450, LEXION 570 JOHN DEERE 9660 (9670)

Гидросистема, элек-

трогидропривод, 10/9,9 19/22,1 6/12 36/34,3 20/43,5 8/36,4 2/40

электрооборудование

Наработка на отказ по зерноуборочным комбайнам приведена в таблице 2. При этом среднее время восстановления комбайнов при возникновении отказов составило 3,6 ч.

Таблица 2. Наработка на отказ зерноуборочных комбайнов, ч.

Марка комбайна Енисей-1200 Дон-1500 РСМ-101 «Вектор» ACROS 540 Полесье КЗС-1218, КЗС-7, КЗС-812 CLAAS МЕГА 370 TUCANO 450 LEXION 570 JOHN DEERE 9660 (9670)

Наработка на отказ, ч. 10 30 20 50 100 120 210 220 250

Как видно, отечественные зерноуборочные комбайны по надёжности значительно уступают импортным. На рис. 1-3 приведены зависимости периода уборки, времени простоев по техническим причинам и надёжности комбайнового парка от количества зерноуборочных комбайнов в хозяйстве.

Зависимости получены по формуле (1) для хозяйства, имеющего общий объём работ 10 ООО га, агротехнический срок проведения уборки - 14 дней, продолжительность рабочего дня - 18 часов. Из рис. 1 следует, что в агротехнические сроки уборка будет выполнена при наличии 24 комбайнов в хозяйстве, а при большем количестве комбайнов будет проведена в ещё более сжатые сроки.

Из рис. 2 видно, что уборка будет проведена в агротехнические сроки 24 комбайнами с простоями, не превышающими 1,24 ч, 25 комбайнами с простоями, не превышающими 1,9 ч. и т.д.

Рис. 3 следует трактовать так, что для выполнения уборки в агротехнические сроки коэффициент готовности комбайнового парка при 24 шт. не должен быть ниже 0,92, при 25 шт. - не ниже 0,88 и т.д. (при 29 комбайнах - не ниже 0,76).

Рис.1. Зависимость периода уборки от количества зсриоуборочвыхкомбайиов._

24 26 28 30

X, шт.

имость времени простоев по тежнческим от количества зерноуборо чямх комбайнов.

6

тыс р. 5,5 5 4,5 4

3,5 3 2,5 2

Получены графики зависимости удельных суммарных затрат по каждой марке комбайнов от их основных показателей и характеристик: наработки на отказ и времени восстановления, характеризующих их надёжность с позиции безотказности и ремонтопригодности, а также других показателей, влияющих на их эффективность: балансовой стоимости комбайнов, срока эксплуатации, цены реализации продукции, урожайности культуры и продолжительности уборки.

На рис. 4 и 5 приведены зависимости удельных суммарных затрат от наработки на отказ и времени восстановления комбайна АСЯОЗ 540.

Зависимости, приведенные на рис. 4—10, получены по экономико-математической модели при изменяющихся переменных только по оси абсцисс и постоянных значениях остальных переменных. При расчётах для конкретного хозяйства естественно все значения будут приведены применительно к тому хозяйству.

14

Х.шт

X, шт.

РисЗ. Зависимость коэффициента готовности от количества а/у комбайнов.

Рис.4. Зависимость удельных простоев по техническим причинам отказ комбайна А СКОБ 540.

Рис. 7. Зависимость удельных суммарных затратот сроков эксплуатации комбайна АСЖ55 540.

Рис.8. Зависимость удельных суммарных затрат комбайна стоимости комбайна А СКОБ 540 от стоимости реализации зерна. _

Й1С.9. Зависимость у дельных сумм арных затрат Рис.10. Зависимость удельных суммарных затрат

комбайна АСКОБ 540 отурожайности пшеницы комбайна АСИОв 540 отпродолжительностя уборки.

2 4 Б 8 10 12 14

С,х 10\тыс. руб.

Рпс.5. Зависимость удельныхсуммарных затрат от времени восстановления комбайна АСКОЭ 540.

12 руб./т

3,, 3900

3700

3500

3300

3100

2900

2700

2500

1 2

50 60 Т, дни

Рис.б. Зависимость удельных суммарныхзатрат от балансо вой стоимости комб айна А СКОБ 540.

б

У,т/га

9000

3,,

с*6- 8000

7000 6000 5000 4000 3000

3, 29А0 2920

2900

2880

2860

2840

2820

2800

3900

3».

руб. 3700 3500 3300 3100

2900

2700

5 10 15 20 25 30 Т,,лет

3900 руб. 3700 3500 3300 3100 2900 2700 2500

4 6 8 10

Ц.тые.

Используя информацию, приведенную на этих графиках, хозяйства имеют возможность формировать рациональный парк зерноуборочных комбайнов с учётом своей специфики.

Погрешность экономико-математической модели, определенная путём сравнения расхождений между совокупностями двух выборок удельных суммарных затрат, полученных расчётным методом и экспериментально составила 10,95%.

В пятой главе «Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований», представлены результаты опытно-производственной проверки рекомендаций и оценка экономической эффективности их применения.

Опытно-производственная проверка проводилась в хозяйствах Краснозерско-го района Новосибирской области. При этом проводилась сравнительная комплексная оценка отечественных и зарубежных зерноуборочных комбайнов по показателям: надёжность (по коэффициенту готовности), наработка на отказ 1, 2 и 3 групп сложности за сезон и срок службы, затраты труда на 1 тонну намолоченного зерна, снижение потерь и дробление зерна, расход ТСМ, затраты на ремонт и техническое обслуживание, условия труда механизаторов.

Предложения по совершенствованию агрегатов и узлов комбайнов по результатам обследований были переданы на завод-изготовитель ОАО «Ростсельмаш». В результате принятых заводом мер по совершенствованию конструкции наработка на отказ по комбайнам «АСИ-ОБ 540» и «Вектор» увеличилась в 2 раза с 25 до 50 ч, что позволило повысить производительность комбайна на 6—8% и снизить потребное количество запасных частей на 1 т намолоченного зерна на 12-15%.

Значение коэффициента готовности зерноуборочных комбайнов в результате внедрения рекомендаций повысилось на 5,9%. Определялось по формуле

как разница величин до внедрения и после внедрения рекомендаций при Т. = 3,6 ч -времени устранения последствий отказа, определённому экспериментально. Это соответствует сокращению времени простоев за сезон одного комбайна на 17,7 ч.

Экономический эффект от применения разработанных рекомендаций, полученный в результате сокращения простоев при устранении последствий отказов составил 10 200 рублей (в расчёте на один комбайн).

Это подтверждает целесообразность применения экономико-математической модели для расчёта удельных суммарных затрат для оценки эффективности зерноуборочных комбайнов.

Производственная проверка реализации экономико-математической модели и внедрение рекомендаций по оценке эффективности зерноуборочных комбайнов по

основным показателям надежности проводилась в «ИП Нестеров А.П.» Краснозер-ского района Новосибирской области.

Полученные результаты научно-исследовательской работы применяются в учебном процессе ФГБОУ ВПО НГАУ при подготовке специалистов инженерного профиля.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлено, что основным показателем надежности зерноуборочных комбайнов является безотказность, от которого зависит их эффективность. Из проведенного анализа исследований следует, что сокращение парка зерноуборочных комбайнов приводит к увеличению нагрузки на единицу техники в 1,5-2,8 раза и приводит к опережению списания по сравнению с поступлением в 2,3-5 раз. Превышение фактических сроков эксплуатации машин над нормативными и значительный фактический срок службы и износ сказываются на эффективности применяемых зерноуборочных комбайнов. Повышение их эффективности можно обеспечить повышением безотказности агрегатов и узлов и комбайнов в целом.

2. Разработана экономико-математическая модель, которая учитывает и позволяет оценить эффективность зерноуборочных комбайнов по обоснованному критерию - суммарным удельным затратам на один гектар уборочной площади, или одну тонну намолоченного зерна, с учётом наработки на отказ и на основании этого делать выводы об эффективности зерноуборочных комбайнов.

3. Выявлено, что наработка на отказ отечественных комбайнов составила для: СК-5М «Нива-Эффект» -17 ч, «Енисей-1200НМ» -10 ч, «Енисей 950, 954» -12 ч, «Вектор-410, 420» - 20 ч, «Дон-1500Б» - 30 ч, «Акрос 540» - 50 ч, а импортных комбайнов: «John Deere 9870 STS» - 250 ч, CLAAS «Мега-370» - 120 ч, «Tucano-450» - 210 ч, «Lexion-570» - 220 ч, «КЗС-1218» - 100 ч.

Наработка на отказ составила: по отечественным комбайнам 10-50 часов по сравнению с 100-250 у импортных.

На одну тонну намолоченного зерна комбайном, затраты на запасные части составили по отечественной технике 120 рублей, по импортной -140 рублей.

4. Установлено, что при комплектовании комбайнового парка новыми комбайнами перед хозяйством встаёт задача выбора наиболее эффективного комбайна и влияние его на показатели работы парка в целом. Для потребителя такими показателями являются период (продолжительность) уборки и надёжность комбайна, определяемая через наработку на отказ и влияющая непосредственно на коэффициент готовности парка. При оптимальном количестве комбайнов для хозяйства, равном 24, среднее время простоев (по техническим причинам) составило 3,6 ч, а при избытке комбайнов более 24, могут быть допущены простои комбайнов по техниче-

ским причинам до 37,8 ч (рис. 2), при числе комбайнов равном 28, уборка также будет проведена в агротехнические сроки - 14 дней (рис. 1).

При избытке комбайнов уборка может быть проведена в агротехнические сроки даже при пониженном коэффициенте их готовности. Так, при избытке количества комбайнов на 25% уборка может быть проведена даже при снижении коэффициента готовности на 23,1%, а при недоукомплектовании комбайнового парка на 25%, его коэффициент готовности должен быть повышен на 28,9%, по сравнению с его нормативным значением, т.е. нужно или повышать надёжность комбайна (наработку на отказ) или доукомплектовывать комбайновый парк хозяйства. В противном случае уборка будет затягиваться (рис. 3).

5. Получены зависимости удельных суммарных затрат по каждой марке зерноуборочных комбайнов, кроме наработки на отказ и времени восстановления, от других показателей, влияющих на их эффективность: балансовой стоимости комбайнов (рис. 6), срока их эксплуатации (рис. 7), рыночной стоимости реализации продукции (рис. 8), урожайности культуры (рис. 9) и продолжительности уборки (рис. 10).

6. Установлено, что погрешность экономико-математической модели при определении суммарных удельных затрат на основе дисперсного анализа составила 10,95%.

7. В результате принятых мер заводом ОАО «Ростсельмаш» по совершенствованию конструкции зерноуборочных комбайнов, на основе проведенных исследований по надёжности основных составляющих частей и принятых заводом, наработка на отказ по комбайнам «Акрос 540» и РСМ-101 «Вектор» возросла в 2 раза с 25 до 50 часов, что позволило повысить коэффициент готовности на 5,9%, за счет снижения времени простоя за сезон комбайна на 17,7 часа, производительность комбайна возросла на 6-8% и удалось снизить потребное количество запасных частей в стоимостном выражении на 1 т намолоченного зерна на 12-15%. Экономический эффект, полученный в ходе производственной проверки от применения разработанных рекомендаций в «ИП Нестеров А.П.» Краснозерского района Новосибирской области, в результате сокращения времени простоев составил в расчёте на один комбайн 10 200 рублей.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Немцев А.Е., Коротких В.В., Субочев C.B. Обоснование рационального уровня надёжности машин / Вестник ИрГСХА / Вып. 51. - Иркутск, ИрГСХА. -2012.

2. Субочев C.B., Немцев А.Е. Метод обоснования эффективности зерноуборочных комбайнов / Труды ГОСНИТИ, т. 113, ч. 2. - М., ГОСНИТИ. - 2013, С. 96-99.

3. Субочев C.B., Немцев А.Е., Коптева И.В. Влияние основных показателей надежности на эффективность зерноуборочных комбайнов / Вестник НГАУ / Вып. № 2 (31). - Новосибирск, НГАУ. - 2014, С. 157-164.

Публикации в других изданиях:

4. Немцев А.Е., Субочев C.B. Обновление парка зерноуборочных комбайнов / Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири: материалы Межцунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (п. Краснообск, 9-11 июня 2008 г.) / Россельхозакадемия. Сиб. отд-ние. ГНУ СибИМЭ. - Новосибирск, 2008. - С. 65-69.

5. Немцев А.Е., Коротких В.В., Субочев C.B. / Обновление парка зерноуборочных комбайнов Новосибирской области / Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии // труды ХП-й Межцунар. науч.-практ. конф. (Шымкент, 16-17 апреля 2009 г.) том II, С. 463-465.

6. Немцев А.Е., Субочев C.B. Техническая оснащенность села / Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Монголии, Сибири и Казахстана/ сб. науч. докладов ХП-й Межцунар. науч.-практ. конф. (Улан-Батор, 6-7 июня 2010 г.) / Рос. Акад. с.-х. наук. - Новосибирск, 2010. - С. 175-179.

7. Субочев C.B., Немцев А.Е. Экономико-математическая модель оценки эффективности зерноуборочных комбайнов с учётом показателей надёжности / Актуальные вопросы научногообеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири: материалы Межцунар. науч.-практ. конф. / Рос. акад. с.-х. наук ГНУ Сиб. науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сельского хозяйства Рос-сельхозакадемии. - Новосибирск, 2011. - С. 313-320.

8. Оснащение хозяйств Новосибирской области отечественной и зарубежной техникой для уборки и обработки урожая зерновых культур: рекомендации / Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. регион, отд-ние, Сиб. науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сельского хозяйства, М-во сел. хоз-ва Новосиб. обл.; [сост. Н.М. Иванов и др.]. - Новосибирск, 2010. - 92 с.

9. Уборка и послеуборочная обработка зерна в Новосибирской области 2010 год: рекомендации / Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. регион, отд-ние, Сиб. науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сельского хозяйства, М-во сел. хоз-ва Новосиб. обл.; [сост. Н.М. Иванов и др.]. - Новосибирск, 2010. - 92 с.

10. Субочев C.B. Роль инспекции Гостехнадзора при обосновании претензий по отказам сельскохозяйственной техники / Актуальные вопросы научного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири: материалы Между-нар. науч.-практ. конф. / Рос. акад. с.-х. наук ГНУ Сиб. науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхоэакадемии. — Новосибирск,

2011.-С. 43-48.

11. Криков А.М., Немцев А.Е., Субочев C.B., Коптева И.В. Разработка программно-алгоритмических и информационных средств оценки эффективности зерноуборочных комбайнов / Актуальные проблемы сельского хозяйства горных территорий: матер. Ш Междунар. науч.-практ. конф. / Горно-Алтайск, 2011. -С. 342-347.

12. Повышение эффективности технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники в условиях Сибири: Учебно-методическое пособие / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибИМЭ; науч. ред. Н.М. Иванов, А.Е. Немцев. - Новосибирск, 2011. - 108 с. (в соавторстве).

13. Субочев C.B., Немцев А.Е. Оценка эффективности зерноуборочных комбайнов с учбтом их безотказности. / Состояние и инновации технического сервиса машин и оборудования / Матер, регион, науч.-практ. конф. Студентов и аспирантов, поев, памяти доцента М.А. Анфиногенова. (12.11.2012г. НГАУ). - Новосибирск,

2012.-С. 3-11.

Подписано в печать 31.03.2015. Формат 60x84 '/|б. Объем 1 п.л. Заказ 17. Тираж 120 экз. Отпечатано в СибНСХБ 630501, Новосибирская обл., пос. Краснообск

1 5 - - 5 О Л 8

2012477424

2012477424