автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы технологических комплексов машин природообустройства с учётом их надёжности при обводнении торфяников

На правах.рукописи

ТИМОФЕЕВ Артём Михайлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МАШИН ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА С УЧЁТОМ ИХ НАДЁЖНОСТИ ПРИ ОБВОДНЕНИИ ТОРФЯНИКОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 Ш ¿и 13

0050б085и

Москва-2013

005060850

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» (ФГБОУ ВПО МГУП)

Научный руководитель: Апатенко Алексей Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет

природообустройства», ФГБОУ ВПО МГУП

Официальные оппоненты: Голубев Иван Григорьевич

доктор технических наук, профессор Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК», ФГБНУ «РОСИНФОРМАГРОТЕХ», заведующий отделом технического сервиса

Абдулмажидов Хамзат Арсланбекович

кандидат технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет

природообустройства», ФГБОУ ВПО МГУП, доцент кафедры мелиоративных и строительных машин

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Всероссийский

научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. АН. Костякова»

(ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии)

Защита диссертации состоится 25 июня 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 19, ауд. 1/201. Тел./факс: 8 (499) 976-10-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУП Автореферат размещен на официальных сайтах Минобрнауки РФ и разослан 25 мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Т.И. Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

В связи с ростом в последнее время количества мелиоративных работ на передний план выступает вопрос оптимизации парков мелиоративных организаций для выполнения заданных видов работ в срок и с надлежащим качеством и при этом с минимальными затратами. Решение этой проблемы лежит в применении методик повышения эффективности работы парков машин природообустройства. Состав парка должен обеспечивать эффективное использование техники с наименьшими эксплуатационными затратами.

Данная работа посвящена вопросу снижения эксплуатационных затрат

парка машин для мелиоративных работ.

В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 21ЮУ-2013 годах исследований в области вопроса снижения эксплуатационных затрат парка мелиоративных и строительных машин за счёт учёта времени простоя в ожидании ремонтного воздействия.

Цель работы заключается в снижении эксплуатационных затрат парка машин природообустройства за счет учёта показателей надёжности машин. Задачи исследования заключаются в:

- проведении обзора и анализа вопроса безотказной работы мелиоративной и строительной техники, организации и проведения ТО и ТР, оптимизации эксплуатации парков мелиоративных и строительных машин;

- проведении анализа состояния технологии, организации работ и применяемых механизмов и машин на мелиоративных работах;

- проведении статистических исследований о работе мелиоративных и

строительных машин;

- разработке методики оптимизации парка мелиоративных и строительных

машин;

- проведении обоснования технико-экономической эффективности

предлагаемой методики.

Объектами и предметом исследования явились технологические машины применяемые на мелиоративных работах, где предметом исследования выступает процесс повышения эффективности работы парка мелиоративных и строительных машин за счёт снижения эксплуатационных затрат парка машин.

Методической основой проведенных исследований послужили труды выдающихся ученых, посвященные вопросам повышения эффективности эксплуатации машин в мелиорации, строительстве. В работе использованы

методы математической статистики.

Научная новизна полученных результатов заключается в разработанной методике, позволяющей повысить эффективность работы комплекса технологических машин природообустройства, которая включает в себя элемент, учитывающий вероятные затраты от неплановых простоев

технологических машин.

Практическая ценность выполненной работы заключается в том, что ее научные результаты на основе системного подхода объединены общей

методологией, позволяющей на основе статистического материала по времени наработки и времени устранения отказов произвести эффективное комплектование парка машин природообустройства для выполнения конкретных задач.

На защиту выносятся следующие положения:

- методика оптимизации эксплуатации парка мелиоративных и строительных машин за счёт снижения эксплуатационных затрат;

- экономико-математическая модель повышения эффективности работы парка машин природообустройства;

- экономическая оценка эффективности использования разработанной методики по повышению эффективности работы парка машин природообустройства за счёт снижения эксплуатационных затрат.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2012 г.), ФГБОУ ВПО МГУП (20092013 гг.).

Публикации.

Всего по результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из наименований и приложений. Основная часть работы изложена на страницах машинописного текста,

содержит рисунков и таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится анализ эксплуатационной надёжности мелиоративных и строительных машин.

В данной главе проведён анализ литературных источников. Вопросами повышения эффективности эксплуатации мелиоративных и строительных машин занимались такие известные учёные как: Ким Б.Г., А.В.Каракулев, В.В. Лазовский, Г.И. Кириллов, И.И. Кургачёв, В.М. Кряжков, Б.С. Свирщевский, O.A. Бардышев, А.К. Алферов, И.А. Луйк, Бразилович Е.Ю., Барам Х.Г., Зотова Л.В., Саньков В.М., Евграфов В.А. и другие.

Анализ информации об эксплуатационной надёжности объектов исследований дал следующие результаты: эксплуатация мелиоративных и строительных машин, хотя и возможна круглый год, носит сезонный характер; среднее машинное время работы в смену составляет 5-6 часов; коэффициенты использования мелиоративных машин по рабочему времени К„ имеют низкое значение. Невысокая величина Ки и, следовательно, низкая эксплуатационная производительность, являются следствием большого количества простоев машин по техническим причинам.

23% -Отсутств ие зап. частей

Рис. 1.1. Причины простоев технологических машин

Труды ряда авторов таких как: Бардышев O.A., Гаркави Н.Г., Ратнер А.М.,Тесленко Н.Г., Ратнер А.М., Тайц В.Г., Каракулев A.B., Кириллов Г.Н., Фейгин Л. А. и т.д. посвящены вопросам организации ТО.

По результату анализа литературных источников по нашешу мнению актуальным вопросом в настоящее время является вопрос оптимизации эксплуатации парка машин природообустройства за счёт снижения эксплуатационных затрат.

Во второй главе приведён анализ состояния технологии и организации проведения мелиоративных работ.

В конце июля, августе и начале сентября 2010 года в России на всей территории сначала Центрального федерального округа, а затем и в других регионах России возникла сложная пожарная обстановка из-за аномальной жары и отсутствия осадков. Торфяные пожары Подмосковья сопровождались запахом гари и сильным задымлением в Москве и во многих других городах. По состоянию на начало августа 2010 года, в России пожарами было охвачено около 200 тыс. га в 20 регионах (Центральная Россия и Поволжье, Дагестан). Торфяные пожары были зафиксированы в Московской области, Свердловской, Кировской, Тверской, Калужской и Псковской областях. Самые сильные пожары были в Рязанской, Нижегородской областях и Республике Мордовия, где фактически произошла настоящая катастрофа

Одним из эффективных способов предотвращения и профилактики торфяных пожаров является обводнение ранее осушенных торфяников.

Исходя из этого, в работе была рассмотрена технология проведения данного вида работ, которая включает в себя следующие операции: заполнение водой системы открытых каналов существующих и вновь построенных; очистка русла существующих каналов от ила и заваленности ветками, поваленными и сгоревшими деревьями; строительство водозаборных площадок, на которых размещаются передвижные насосные станции; обустройство эксплуатационных дорог; обустройство пожарных водоемов для резервного запаса воды; строительство перегораживающей дамбы вдоль канала в пониженных местах.

Организация проводящая работы по обводнению в Центральном федеральном округе ФГБУ «Управление «Спецмелиоводхоз»» рекомендует следующий комплекс машин, включающий в себя:

- Экскаватор ЕТ-26;

- Автокран КС-55713;

- Бульдозер ДЗ-170;

- Автосамосвал КАМАЗ-6520;

- Автогрейдер ДЗ-122.

В третьей главе представлена методика сбора и обработки статистических данных.

Программа исследований предусматривала определение исходных данных, необходимых для реализации экономико-математической модели задачи определения оптимальной обеспеченности ремонтно-технических

6

воздействий на агрегаты технологических комплексов, с учётом показателей надёжности машин, и включает следующие этапы:

ЬСбор экспериментальных данных о работе мелиоративных и строительных машин;

2.Обработка экспериментальных данных методами математической статистики с целью определения законов распределения и средних опытных значений случайных величин (наработка между техническими отказами технологических машин и время восстановления их работоспособного состояния).

В рамках исследуемого вопроса, постановка полевого эксперимента должна включать наблюдение и анализ функционирования машин природообустройства, при этом условия эксперимента для всех сравниваемых машин должны быть идентичны. Этот путь заведомо неприемлем ввиду значительной продолжительности по срокам, большой трудоёмкости и конечной высокой стоимости работ. К тому же, если и удастся обеспечить выполнение всех экспериментов, то выводы по результатам исследования будут не справедливы при изменении условий эксплуатации.

В работе была проведена обработка статистических данных по наработке на отказ и времени устранения отказов. Данные брались из полевых журналов ФГБУ «Управление «Спецмелиоводхоз»».

В главе, по обработке статистического материала, проверялась гипотеза о нормальном распределении случайных величин наработки на отказ и времени устранения отказов рассматриваемого комплекса машин.

Для обработки статистических данных бралась выборка из 28 значений наработки на отказ и времени устранения отказов машин. В результате обработки были получены следующие результаты: математическое ожидание, дисперсия и среднее квадратичное отклонение случайной величины.

Выборка из 28 значений наработки на отказ для ЕТ-26 представлена в таблице 3.1. Данные по наработке на отказ и времени устранения отказов для остальных машин представлены в диссертации.

Таблица 3.1.

№ 1 2 3 4 5 6 7

Моточасы 92 90 100 110 96 152 150

№ 8 9 10 11 12 13 14

Моточасы 110 101 98 98 101 100 115

№ 15 16 17 18 19 20 21

Моточасы 135 141 146 120 110 105 98

№ 22 23 24 25 26 27 28

Моточасы 123 143 132 144 100 127 131

Математическое ожидание наработки на отказ:

Мх =116,71

Дисперсия наработки на отказ: Вх = 377,7

Среднее квадратичное отклонение:

ах =19,43

Так же после обработки статистических данных были построены графики: кривая накопленных вероятностей (Рисунок 3.1), интервальный ряд вероятностей (Рисунок 3.1).

Наработка, моточасов

Рисунок З.1.: Кривая накопленных вероятностей наработки на отказ ЕТ-26.

93 99 105 111 117 123 129 135 141 147 153 Интервалы, моточасы

Рисунок 3.2.: Интервальный ряд вероятностей наработки на отказ ЕТ-26.

8

"Скачкообразность" интервального ряда наработки на отказ можно I объяснить тем, что машина, для которой приведены данные наработки, была доставлена с другого объекта с наработкой близкой к значению, при котором проводится капитальный ремонт.

, Интервальный ряд вероятностей наработки на отказ даёт возможность прогнозирования вероятности возникновения отказов на тех или иных периодах (интервалах) наработки.

Достоверность полученных данных была подтверждена Критерием

1 Пирсона X2 - ПРИ котором %2 была меньше критического значения.

=20,07 <44,31

Выборка из 28 значений времени устранения отказов для ЕТ-26 представлена в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

№ 1 2 3 4 5 6 7

Часы 1 0,7 1,3 2,4 1,8 8,2 8

№ 8 9 10 11 12 13 14

Часы 4,5 4 2,6 4,2 4 3 5

№ 15 16 17 18 19 20 21

Часы 7 7,2 7,8 5,3 4,8 2 4

№ 22 23 24 25 26 27 28

Часы 5,7 7,4 6,8 7,6 3,4 6 6,3

Математическое ожидание наработки на отказ:

Мх = 4,71

Дисперсия наработки на отказ:

Я, =5,11

Среднее квадратичное отклонение: <7 х = 2,26

В результате обработки статистических данных были построены графики: 1 кривая накопленных вероятностей (Рисунок 3.3), интервальный ряд вероятностей (Рисунок 3.4).

0,7 1,3 2 2,6 3,4 4,2 4,8 5,3 6 6,8 7,2 7,6 8 Время устранения отказов, часы

Рисунок 3.3.; Кривая накопленных вероятностей времени устранения отказов ЕТ-26.

Рисунок З.4.: .: Интервальный ряд вероятностей времени устранения отказов ЕТ-26.

X2 = 13,57 < 44,31

Критерием согласия Пирсона была подтверждена гипотеза

3,6 4,2 4,8 5,4 6 Интервалы, часы

нормальном распределении наработки на отказ и времени устранения отказов. Следовательно, полученные данные могут быть использованы в дальнейших исследованиях.

С помощью кривых накопленных вероятностей (рисунок 3.1, рисунок 3.3) можно определить величину изучаемого параметра при любом значении распределения данного параметра или при разности значений распределения этого параметра.

Интервальный ряд вероятностей времени устранения отказов показывает, с какой вероятностью ремонт будет иметь ту или иную продолжительность.

Полученные результаты статистических исследований дают возможность заранее запланировать выходы из строя машин, время устранения отказов и принять решение о ремонтно-технических воздействиях, тем самым уменьшая время простоя в ожидании устранения отказа и снижая затраты.

В четвёртой главе представлен алгоритм решения задачи по повышению эффективности работы технологического комплекса машин природообустройства с учётом показателей надёжности.

1. Определение начального (исходного) типоразмерного ряда машин.

Номенклатурный ряд машин подбирается по видам работ с привязкой к

типоразмерам и грунтовым условиям, а также на основе технико-экономических обоснований.

При технологической необходимости в номенклатурный ряд следует включать также технику, выполнение работ без которой невозможно, даже если её применение невыгодно по экономическим соображениям.

2. Определение годовой эксплуатационной производительности машин.

Годовая эксплуатационная производительность машин определяется по

общепринятым методикам на основании ЕНиР на производство земляных работ.

3. Определение стоимости машино-часа эксплуатации ¡-й машины.

Производится на основании методики определения стоимости машино-

часа для мелиоративных и строительных машин.

4. Определение начальных (исходных) объёмов работ, выполняемых каждым ^м типоразмером машин.

Объёмы работ по видам (т.е. удельные объёмы работ того или иного вида) в натуральных показателях принимаются пропорционально объёмам работ, выполняемых организацией в соответствии с отчётными данными организации об общем объёме выполненных ею в отчётном периоде земляных работ.

Структура земляных работ делится по конфигурации и характеру работ, по объёму работ, по дальности транспортировки фунта и другим признакам.

Земляные работы по видам распределяются на основании проектов производства работ (ППР) в соответствии с их технологической последовательностью. Для облегчения дальнейшей формализации задачи и приведения системы показателей к определённому ряду считаем, что все работы, указанные в ППР, проводятся в соответствии с данными ЕНиР на производство земляных работ.

5. Определение исходных объёмов работ, выполняемых наобъектах ¡-ми типоразмерами машин.

Определение исходных объёмов работ осуществляли на основе проектов производства работ (ППР) на объектах, которые выполняет организация.

6. Определение оптимального количества ¡-х машин, выполняющих ]-е работы, и суммарных минимальных приведённых затрат на выполнение заданных объёмов .¡-х работ (первый этап определения оптимального парка).

7. Определение оптимального состава парка машин с учётом имеющейся в организации техники.

8. Определение и корректировка эксплуатационных затрат на содержание парка машин, отличного от оптимального.

9. Определение затрат от простоя техники в неработоспособном состоянии: затрат на транспортировку к месту ремонта, затрат на ремонт и затраты на ввод в эксплуатацию, затраты от простоя работ в ожидании техники.

Математическая модель задачи оптимизации парка машин представляется следующим образом.

Имеется п различных видов работ, на которых могут быть использованы ш типоразмеров землеройных машин. Машины должны обеспечить выполнение необходимых объёмов ]-х видов работ в к-е периоды.

Необходимо определить количество Х1]к землеройных машин ¡-го

типоразмера на >м виде работ в к-й период.

Критерий оптимизации - минимум приведённых затрат на выполнение всего комплекса работ:

Целевая функция предлагаемой методики имеет вид:

/г=11", IXх,,++ой,, х+(сР)х^ т,п /4.1./

где Сук - текущие затраты на эксплуатацию ¡-го типоразмера машин на уй

работе в к-й период;

Затраты на эксплуатацию включают следующие затраты:

- затраты на транспортирование машин с объекта на объект;

- затраты на замену и ремонт сменной оснастки, приспособлений инструмента;

- затраты на топливо;

-затраты на смазочные материалы;

-затраты заработанную плату машинистов и помощников машинистов;

- затраты на хранение машины;

- затраты на плановое ТО и ремонт.

Хук - количество машин ¡-го типоразмера на .¡-й работе в к-й период; 1,3, к — индексы типоразмера машин, виды работ и периода соответственно

tn - продолжительность k-ro периода; А, - норма амортизационных отчислений на i-ю машину; Е - нормативный коэффициент экономической эффективности, £ = 0,12;

Ц - цена i-й машины;

СР - затраты на проведение непланового ремонта

С,, = Сш, + Ппр /4.2./

где, СВР- затраты на неплановый ремонт, руб.;

Ппр - потери от простоев машин по техническим причинам (руб./ч.),

CßP - Срр + С3ч 143./

где, СРР- затраты на заработную плату ремонтных рабочих, руб.; Сзч - стоимость запасных частей и ремонтных материалов, руб.

п

СРР = ^ СЧР К п Тт

1=1 /4.4./

где Сцр - часовая тарифная ставка средневзвешенного разряда ремонтных рабочих, руб/час;

Кп - коэффициент, учитывающий премиальную надбавку;

Тт -среднее время проведения ремонта, час.

п

сзч ' У! СРР к„м

,=1 /4.5./

где, КРМ - переходной коэффициент от заработной платы ремонтных

рабочих к стоимости запасных частей и ремонтных материалов. При следующих ограничениях:

1. Обязательное выполнение всех работ:

х;:, nukxXyk>vJka\j\,k\k\%

где Пljk - эксплуатационная производительность i-й машины на j-й

работе в k-й период;

Vjk - объём работ j-ro вида в к-й период.

2. Неотрицательность переменных:

^>оа|/|,лИл|*|) /4.7./

3. Количество машин в используемых периодах не больше, чем в оптимальном парке:

т

£ V -xjk (^М) /4.8./

4. Обязательное первоочередное использование техники, имеющейся в парке:

N ^ Р

х0 - X, > X, /4.9./

где X, - количество 1-х машин, имеющихся в парке:

р

X, - количество приобретаемых 1-х машин.

В пятой главе было проведено обоснование технико-экономической эффективности разработанной методики на примере комплекса машин по обводнению торфяников.

Данные, использованные в расчёте технико-экономической эффективности в ценах 2010 года, представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Машины Текущие затраты на эксплуатацию, руб. Количество, шт. Период, год Цена, руб. Затраты на неплановый ремонт, руб. Потери от простоев машин, руб.

Разработанная Существующая

ЕТ-26 2391000 5 0,25 3100000 29952 68688 343440

КС-55713 439600 2 0,16 4450000 13478,4 3600 12000

ДЗ-170 4042000 4 0,35 2000000 26607,36 11793,6 54432

КАМАЗ-6520 4768800 6 0,5 2800000 32947,2 14400 48000

ДЗ-122 689000 2 0,12 3000000 16074,24 9828 42120

Разница потерь от простоев машин по техническим причинам по разработанной и существующей методике заключается в разнице времени простоя. Время простоя машины в ожидании ремонтно-технического воздействия уменьшилось за счёт прогнозирования возможных неплановых выходов из строя, которые организация заранее планирует, резервируя запасные части и готовя ремонтно-технические воздействия для приведения техники в работоспособное состояние в кратчайшие сроки.

Расчет проводился по разработанной методике с учётом показателей надёжности машин для рассматриваемого парка машин в сравнении с существующей методикой.

Результаты, полученные при расчётах эксплуатационных затрат на комплекс машин по обводнению торфяников по существующей и разработанной методикам, представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2.

Вид Техники Затраты, рассчитанные по методикам, руб

Разработанная Существующая

Экскаватор ЕТ-26 3001140 3287872,8

Автокран КС-55713 769958,4 787094,4

Бульдозер ДЗ-170 4696400,96 4750770,56

Автосамосвал КАМАЗ-6520 6664147,2 6706483,2

Автогрейдер ДЗ-122 873302,24 917075,84

Всего 16004948,8 16449296,8

□ ЕТ-26(разработанная методика)

□ ЕТ-26 (существующая методика)

□ КС-55713 (разработанная методика)

О КС-55713 (существующая методика)

□ ДЗ-170 (разработанная методика)

□ ДЗ-170 (существующая методика)

□ КАМАЗ-6520 (разработанная методика)

Технологические машины

По данным из таблицы 5.2 строим гистограмму, приведённую на рисунке

5.1.

Рисунок 5.1.: Сравнение эксплуатационных затрат, рассчитанных по существующей и разработанной методикам.

Ш Разработанная методика

□ Существующая методика

□ Неучтённые ранее затраты на неплановый ремонт

Методики

Рисунок 5.2.: Сравнение существующей методики, неучитывающей затраты не неплановые ремонты, с разработанной методикой.

На рисунке 5.2. представлены в сравнении эксплуатационные затраты, рассчитанные по разработанной методике, которая учитывает показатели надёжности машин, (16004,9488 тыс. руб.), эксплуатационные затраты, рассчитанные по существующей методике (14176,21648 тыс. руб.), затраты от неучтённых неплановых ремонтов машин (2273,08032 тыс. руб.) и суммарные затраты, включающие в себя затраты на неплановые ремонты (16449,297 тыс. руб.).

Разработанная методика обеспечила экономию затрат в размере 444,348 тыс.руб. по сравнению с существующей методикой на проведении комплекса мероприятий по обводнению торфяников на площади в 100га. Уменьшение эксплуатационных затрат связано с уменьшением времени простоя машин в ожидании ремонтно-технического воздействия и, как следствие, уменьшении потерь от простоев.

Основные результаты диссертационной работы

1. Анализ статистических данных по эксплуатации мелиоративных и строительных машин в Центральном федеральном округе показал, что большая часть простоев связана с простоями по техническим причинам 35-45 %.

2. Анализ погодных условий и проводимых в настоящее время мелиоративных работ показал, что наиболее актуальным видом работ является обводнение торфяников.

Обводнение ранее осушенных торфяников является одним из эффективных способов предотвращения и предупреждения их возгорания.

3. Полученные данные в результате обработки статистического материала ают возможность прогнозировать выходы из строя машин, время устранения тказов и принять решение о резервировании запасных частей необходимых емонтно-технических воздействиях, для приведения техники в аботоспособное состояние в кратчайшие сроки, тем самым уменьшая время

простоя в ожидании устранения отказа и снижая затраты от простоя комплекса ехнологических машин в целом..

4. Разработана методика, позволяющая повысить эффективность работы парка машин природообустройства за счёт учёта показателей их надёжности.

5. Эксплуатационные затраты снижаются за счёт учёта простоя машин по ехническим причинам, вследствие планирования возможных неплановых

выходов из строя и их устранения.

6. Разработанная методика реализована в ФГБУ «Управление «Спецмелиоводхоз»». Затраты на проведение комплекса работ по обводнению

орфяников снижены на 444,348 тыс.руб..

7. Разработанная методика повышения эффективности работы парка технологических машин с учётом показателей их надёжности может применяться и для других технологических комплексов машин, эксплуатируемых в различных отраслях народного хозяйства.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:'

1. Тимофеев A.M. Грузовые автомобили марки Ford в сравнении с другими представителями перевозчиков на российском рынке транспортных услуг [Текст]/ Тимофеев A.M., Апатенко A.C.// Материалы научно-технической студенческой конференции «Технологии и разработки в природообустройстве». -М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2009. 217с. (с. 175-180) ISBN978-5-89231-290-5

2. Тимофеев A.M. Показатели влияющие на эффективность эксплуатации технологических машин [Текст]/Тимофеев A.M., Апатенко A.C.// Материалы международной научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства». Часть 4 «Технология и средства механизации в природообустройстве». - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2010. 220 с. (с. 13-17) ISBN 978-5-89231-319-3

3. Тимофеев A.M. Влияние климатических факторов на технико-экономические показатели эксплуатации технологических машин [Текст]/Тимофеев A.M., Апатенко A.C.// Прирородообустройство: научно-практический журнал. - М.,2011. - Двухмесячник. - ISSN 1997-6011, №4. -(с.76-80)

4. Тимофеев A.M. Разработка методики расчёта эксплуатационных затрат парка строительных и мелиоративных машин с учётом показателей надёжности машин [Текст]/Тимофеев A.M., Апатенко A.C.// Прирородообустройство:

научно-практический журнал. - М.,2013. - Двухмесячник. - ISSN 1997-6011, №1

5. Тимофеев A.M. Минимизация эксплуатационных затрат парка строительных и мелиоративных машин за счёт учёта неплановых простоев [Текст]/Тимофеев А.М.//Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный униврситет имени В.П. Горячкина: научный журнал. -М., 2012. - ISSN 1728-7936, №5 (56)-(с.35-38)

Подписано в печать 14.05.2013. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в лаборатории множительной техники ФГБОУ ВПО МГУП

® Московский государственный университет природообустройства 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

На правах_ рукописи

04201358057 ТИМОФЕЕВ АРТЁМ МИХАЙЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МАШИН ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА С УЧЁТОМ ИХ НАДЁЖНОСТИ ПРИ ОБВОДНЕНИИ ТОРФЯНИКОВ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Апатенко А.С.

Москва-2013

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ МЕЛИОРАТИВНЫХ МАШИН............................................................................9

1.1 Общие сведения..........................................................................................9

1.2 Виды и качественная характеристика отказов агрегатов технологических комплексов...............................................................................11

1.3 Анализ существующих исследований по оценке надёжности агрегатов в технологических комплексах...........................................................12

Выводы по главе..............................................................................................22

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ МЕЛИОРАТИВНЫХ РАБОТ..............................................................................24

2.1. Современное состояние мелиорируемых земель в России.................24

2.2. Виды мелиоративных работ....................................................................28

2.3 Обводнение торфяников...........................................................................31

2.4. Описание проекта по обводнению торфяников....................................34

2.5. Парк машин используемый при выполнении работ.............................39

2.6. Требования к выполнению мелиоративных работ...............................41

2.6.1. Экологические требования к планированию мелиоративных систем. .................................................................................................................................41

Выводы по главе..............................................................................................45

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ.. 46

3.1. Задачи и программа исследования.........................................................46

3.2. Выбор и обоснование метода исследования.........................................46

3.3. Объекты испытаний и обследований...................................................48

3.4. Методика сбора опытно-статистических данных по показателям

надёжности.............................................................................................................48

2

3.4 Обработка статистического материала...................................................53

Выводы по главе..............................................................................................90

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРКА МАШИН ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА............91

4.1 Алгоритм методики повышения эффективности эксплуатации парка машин.....................................................................................................................91

4.2 Математическая модель задачи повышения эффективности эксплуатации парка машин..................................................................................93

Выводы по главе..............................................................................................96

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.......................................................................97

5.1 Исходные данные к расчёту.....................................................................97

5.2. Проверка технико-экономической эффективности..............................98

Выводы по главе............................................................................................113

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................................................114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.....................................116

ПРИЛОЖЕНИЕ.............................................................................................126

ВВЕДЕНИЕ

Задача обеспечения эффективности использования основных производственных фондов и в большей степени их активной части является одной из наиболее важных задач производственной деятельности организаций. Особенно остро данная проблема стоит в отраслях с повышенным уровнем механизации работ.

Постановка задачи рационального использования технических средств весьма актуальна в водохозяйственном и мелиоративном строительстве, вследствие высокого уровня комплексной механизации основных видов работ. В мелиоративном строительстве задействовано свыше 600 марок машин и механизмов, при этом на долю земляных работ приходится 60-90% стоимости мелиоративного строительства в целом.

Наличие на рынке строительной и мелиоративной техники большого количества отечественных и зарубежных фирм-производителей, представляющих широкий ассортимент видов и типоразмеров общестроительных и специальных машин, с одной стороны, способствует оснащению современных мелиоративно-строительных организаций высокопроизводительной и эффективной техникой, позволяющей производить любые виды мелиоративно-строительных работ, с другой -требует детального технико-экономического обоснования в потребности той или иной машины, в большей степени соответствующей условиям производства и финансовым возможностям предприятия. Такие расчёты необходимы, в частности, и потому, что на их основе формируется тактика организации материально-технического обеспечения предприятия, система технического обслуживания и ремонта, с учётом гарантийного и послегарантийного технического обслуживания, вплоть до окончания эксплуатации машины; определяются поставщики и другие связанные с вопросами приобретения и эксплуатации технических средств моменты,

составляющие неотъемлемую часть всего комплекса задач, решаемых в процессе управления производственной и коммерческой деятельностью МСО.

Однако, степень оснащённости производственных организаций современной техникой характеризует только их потенциальные возможности. Фактически данный потенциал, с учётом влияния ряда объективных и субъективных причин (природно-климатические условия, организация производства, техническое состояние машин и др.) реализуются далеко не в полной мере. Как показывает практика, при, на первый взгляд, одинаковых технических возможностях машин, одна, в условиях эксплуатации, показывает лучшие эксплуатационные показатели, а другая большую часть времени простаивает по различного рода причинам.

Анализ данных по эксплуатации технических средств в мелиоративно-строительных организациях показывает, что из-за низкой надежности машин до 40% в себестоимости их работ составляют затраты на техническое обслуживания и ремонт, при этом доля затрат временных ресурсов на простои по техническим причинам в общем фонде рабочего времени достигает 40.50%. Необходимо отметить, что это только часть ущерба, причиняемого в результате недостаточной надёжности машин. Так, вследствие широкого распространения в мелиоративном строительстве комплексной механизации, остановка одной машины технологического комплекса приводит к остановке всего технологического процесса, особенно ситуация осложняется при отказе машины, применяемой на ведущей операции.

Исходя из вышеизложенного, вопросы, связанные с прогнозированием эффективности работы технических средств в составе парка МСО и определение оптимального состава последнего по номенклатуре и количеству, с учётом надёжности предлагаемых на рынке технических

средств, являются весьма актуальными для эксплуатирующих организаций и требуют теоретического и экспериментального обоснования.

Обоснование актуальности темы исследования. Одним из основных направлений технического прогресса в мелиоративном строительстве является комплексная механизация производственных процессов. Комплексная механизация - метод полностью механизированного выполнения тех или иных технологических процессов в строительстве, осуществляемая одной или несколькими машинами. При большом количестве операций применение комплекта машин значительно повышает производительность. Требование оптимальности при подборе комплекта машин достигается взаимной увязкой их по производительности и другим параметрам.

Но комплексы технологических машин не всегда обладают высокой эффективностью при эксплуатации. Это обусловлено тем, что машины комплекса имеют разный уровень надёжности, организации не всегда имеют необходимые запасные части для приведения машин в работоспособное состояние. По этому из-за отказа одной машины может встать весь технологический комплекс, особенно когда эта машина "ведущая" в комплексе.

В связи с этим появляется необходимость в повышении эффективности работы комплексов технологических машин с учётом их надёжности ещё на стадии комплектования.

Цель н задачи исследования. Цель исследования заключается в создании методики, позволяющей повысить эффективность эксплуатации комплексов технологических машин. При этом методика призвана обеспечить минимизацию эксплуатационных затрат и учесть затраты, связанные с неплановыми простоями технологических машин. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- проведён обзор и анализ вопроса безотказной работы мелиоративной техники;

- проведён анализ состояния технологии, организации работ и применяемых механизмов и машин на мелиоративных работах;

- проведены статистические исследования данных о работе машин природообустройства с целью определения интенсивности возникновения технических отказов и времени устранения их, а также основных технико-эксплуатационных показателей рассматриваемых машин;

- разработана методика повышения эффективности эксплуатации комплекса технологических машин с учётом показателей их надёжности;

- произведена проверка эффективности разработанной методики.

Объекты, предмет исследований. Объектами исследований явились

технологические машины применяемые на мелиоративных работах, где предметом исследования выступает процесс повышения эффективности работы парка мелиоративных и строительных машин за счёт снижения эксплуатационных затрат парка машин

Методика исследований. Основой проведенных исследований послужили труды выдающихся ученых, посвященные вопросам повышения эффективности эксплуатации машин в мелиорации, строительстве. В работе использованы методы математической статистики.

Научная новизна.

Научная новизна исследования заключается в разработанной методике, позволяющей повысить эффективность работы комплекса технологических машин природообустройства, которая включает в себя элемент, учитывающий вероятные затраты от неплановых простоев технологических машин.

Практическая ценность работы и результаты реализации исследований. Научные результаты на основе системного подхода объединены общей методологией, позволяющей на основе статистического материала по времени наработки и времени устранения отказов произвести эффективное комплектование парка машин природообустройства для

выполнения конкретных задач. Методика успешно внедрена в ФГБУ «Управление «Спецмелиоводхоз»».

Апробация работы. Исследования выполнялись в соответствии с индивидуальным планом выполнения НИР аспиранта МГУП. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2012 г.), ФГБОУ ВПО МГУП (2009-2013 гг.).

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ МЕЛИОРАТИВНЫХ МАШИН

1.1 Общие сведения

Мелиоративные и строительные машины при эксплуатации, из-за специфики их работы, подвергаются значительным динамическим нагрузкам. В связи с этим даже незначительные дефекты деталей приводят к преждевременному нарушению работоспособности машин.

Также следует заметить, что особенностью эксплуатации этих машин является работа вдали от ремонтных баз. Это предъявляет повышенные требования к безотказности и долговечности всех деталей и механизмов.

Поэтому, определение характеристик надёжности исследуемых машин, законов их распределения, установление физической природы отказов и выявление причин их возникновения является необходимым условием выбора именно той машины, которая обеспечит необходимые эксплуатационные и экономические показатели работы всего технологического комплекса в конкретных условиях эксплуатации.

Анализ информации об эксплуатационной надёжности объектов исследований дал следующие результаты: эксплуатация мелиоративных машин, хотя и возможна круглый год, носит сезонный характер; среднее машинное время работы в смену составляет 5-6 часов; коэффициенты использования мелиоративных машин по рабочему времени Ки имеют низкое значение. Невысокая величина Кн и, следовательно, низкая эксплуатационная производительность, являются следствием большого количества простоев машин.

По виду все простои исследуемых машин можно разделить на пять группы: плановые; по метеорологическим причинам; из-за отсутствия кадров; из-за отсутствия фронта работ; из-за отсутствия запасных частей; аварийные [9].

3%- 10%-ТО и Р отсутствие |~7 ^^кадров 1% _

/ Метеорологиче

(7 ские условия

17%-Отсутствие фронта работ

23%-Отсутствие зап. частей

Рис. 1.1. Причины простоев агрегатов технологических комплексов

Плановые простои, связанные с необходимостью проведения технического обслуживания или текущего ремонта и составляют незначительную часть общего годового фонда рабочего времени, ориентировочно 2-3 %;

Простои из-за отсутствия кадров достигает 10 %;

Простои по метеорологическим условиям составляют в среднем 5-8 %;

Простои из-за отсутствия фронта работ составляют 15-19 %;

Простои из-за отсутствия запасных частей составляют 21-26 %.;

Аварийные простои 35-45 %.

Анализируя статистическую информацию видно, что большее количество простоев связано с аварийными отказами приблизительно 35-45 % от всех простоев машин.

В результате анализа статистической информации выявлено, что затраты, связанные с неплановыми простоями, имеют размер 10-13% от общего числа эксплуатационных затрат.

Таким образом, в первую очередь необходимо рассмотреть простои, связанные с аварийными отказами.

1.2 Виды и качественная характеристика отказов агрегатов технологических комплексов

Простои мелиоративных и строительных машин по техническим причинам обусловлены различными отказами их элементов.

На основании исследований ряда авторов (23, 76, 80), установлено что, согласно теории надёжности в зависимости от признака классификации отказы подразделяются на зависимые и независимые, постепенные и внезапные, полные и частичные, конструкционные, производственные, эксплуатационные и др. Для определения характера изменения основных параметров мелиоративных машин в эксплуатации большое значение имеет выявление природы постепенных и внезапных отказов.

Воздействие динамических нагрузок и влияние неблагоприятных климатических условий эксплуатации вызывают в элементах машин различные и необратимые изменения. Эти изменения являются причинами постепенного ухудшения установленных эксплуатационных показателей: увеличение шумности и вибрации, снижение производительности, повышение расхода топлива и т.п. Процесс изменения свойств элементов происходит постепенно и неуклонно. До тех пор, пока их количественные характеристики не выходят за допустимые пределы, машина продолжает сохранять работоспособность. Когда же происходящие в элементах машины отрицательные физико-механические явления приводят к выходу параметров за определённые пределы, считается, что произошёл отказ [17, 65, 67].

Таким образом, физическая природа постепенных отказов заключается в протекании необратимых процессов, происходящих в элементах машины

в результате внешних воздействий и проявляющихся в основном в виде выхода эксплуатационных показателей за установленные пределы.

Иную картину представляют собой внезапные отказы. В большинстве случаев эти нарушения работоспособности происходят из-за резкой концентрации нагрузки в элементах машины или же являются следствием накопления микроповреждений.

Физическая сущность внезапных отказов сводится к сравнительно быстрому (скачкообразному) изменению физико-механических свойств и параметров объекта, что приводит к резкому ухудшению эксплуатационных характеристик и нарушению нормальной работы машин.

Аварийные простои мелиоративных машин обусловлены возникновением в эксплуатации как внезапных, так и постепенных отказов.

Выявить конкретные причины их возникновения, дать характеристику свойственных им повреждений и определить законы распределения наработок на отказы обеих категорий, необходимо для качественной оценки надёжности исследуемых машин.

1.3 Анализ существующих исследований по оценке надёжности агрегатов в технологических комплексах

Тяжёлые условия эксплуатации мелиоративных и строительных агрегатов обуславливают более быстрое проявление дефектов и неисправностей отдельных элементов в виде нарушений работоспособности агрегата в целом.

Особенностью эксплуатации агрегатов является работа вдали от ремонтных баз. Это предъявляет по