автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки для овец

На правах рукописи

Махинина Наталья Васильевна

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НАЖИМНОГО МЕХАНИЗМА И РЕЖУЩИХ ПАР СТРИГАЛЬНОЙ МАШИНКИ ДЛЯ ОВЕЦ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград, 2006

Работа выполнена на кафедре «Механизация и технологии животновод-

и

ства» в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования - «Азово- Черноморская государственная агроинженерная академия»

Научный руководитель: кандидат технических наук, донент

Алексенко Николай Петрович Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Агафонов Николай Иванович (ГНУ ВНИПТИМЭСХ) кандидат технических наук, доцент Ковальков Сергей Васильевич (ФГОУ ВПО АЧГАА) Ведущее предприятие' Федеральное государственное учреждение

«Северо-Кавказская машиноиспытательная зональная станция» (ФГУ СевероКавказская МИС)

&

Защита состоится « 19 » МОЯ 2006 г. в /5 часов на заседании диссертационного совета Д 220 001.01 при ФГОУ ВПО АЧГАА по адресу 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, в зале диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА Автореферат разослан «У^ » ОПр^^^Я 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ТН.И Шабанов

¿оовА_

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

3

Актуальность темы. Стратегией развития АПК до 2010 года предусмотрено наличие поголовья овец до 30 млн. Увеличение производства сельскохозяйственной продукции невозможно без его технического перевооружения. Особое значение приобретают вопросы снижения себестоимости продукции и повышения рентабельности. Одним из таких направлений является обеспечение надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки Повышение надежности в конечном итоге приводит к экономическому эффекту. Важно выбрать способ обеспечения надежности, при котором этот эффект будет максимальным. На основании анализа данных, полученных при исследовании надежности высокочастотных стригальных агрегатов в условиях эксплуатации в хозяйствах Ростовской области, нами сделан вывод: существующим на данное время оборудованием качественное выполнение стрижки затруднено. Необходимо повысить его надежность за счет конструктивного совершенствования оборудования, улучшения технологии изготовления, организационных мероприятий: резервирования комплекта запасных частей и принадлежностей, повышения качества технического обслуживания Исходя из вышеизложенного, целью исследований является -повышение надежности режущих пар и нажимного механизма стригальной машинки для животных.

Объект исследований — процесс функционирования машинки для стрижки живоIных и ее наименее надежных узлов: нажимного механизма и режущей пары.

Предмет исследований — закономерности износов и показатели надежности, методы и способы повышения надежности стригальных машинок.

Методы исследований. Теоретический анализ факторов, влияющих на надежность стригальной машинки, разработка экономико-математической модели повышения надежности режущих пар машинки для стрижки овец, экспериментальное определение усилий прижима в нажимном механизме стригальной машинки, а также, используя математический аппарат теории вероятностей, проводится расчет необходимых показателей надежности отдельных узлов и машинки в целом.

Научная новизна:

• определены значения коэффициента скользящего трения в режущей паре в зависимости от усилия прижима в нажимном механизме стригальной машинки;

• выявлена закономерность между усилием прижима в нажимном механизме и износом кинематически связанных с ним узлов, приводящая к снижению качества и производительности технологического процесса стрижки;

• определены структурные и диагностические параметры состояния нажимного механизма и кинематически свя

• изучена динамика изменения параметров и найдены предельные значения величины износа контрольных деталей нажимного механизма, определен их остаточный ресурс;

• определены нормируемые оценочные показатели безотказности и ремонтопригодности, единичные и комплексные показатели надежности режущих пар, нажимного и эксцентрикового механизма;

• проведен оптимизационный расчет надежности деталей стригальной машинки.

Практическая ценность. Предложены пути предотвращения и устранения отказов стригальных машинок в условиях стригальных пунктов. Предложены способы повышения надежности деталей и узлов стригальной машинки.

На защиту выносятся следующие научные результаты

1. Результаты анализа эксплуатационных отказов нажимного механизма стригальной машинки и кинематически связанных с ним эксцентрикового механизма и режущих пар.

2. Теоретические предпосылки по повышению надежности нажимного и эксцентрикового механизмов и режущих пар.

3 Результаты экспериментальных исследований нажимного механизма.

4. Меюд повышения надежности деталей нажимного механизма и связанных с ним узлов и оптимизация показателей их надежности.

5. Рекомендации и организационные мероприятия обеспечения надежности стригальных машинок.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно - технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА (2004 -2006 гг.), Дон ГАУ (2004i.), Ставр ГЛУ (2006г.).

Публикации результатов исследования. По материалам исследования опубликовано 5 статей, в том числе 2 в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 108 наименований, 3 приложений. Работа содержит 159 страниц основного текста, 48 рисунков, 34 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования и ее практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" проведен анализ существующих средств механизации стрижки овец.

Надежность является важнейшей характеристикой любой современной технической системы, главным образом определяющей ее эффективность

Вопросами управления надежностью машин занимались Р.В. Кугель, А С. Проников, A.M. Шейнин, Д.М. Беленький, H.JI Вернези, В.В Гнеденко, Г.В. Дружинин, A.M. Половко и др. Исследованиям и оценке надежности оборудования для животноводства посвящены работы B.C. Мкртумяна,

В.И. Земскова, В.А. Стремнина, В.Г. Ермохина, Г.Л. Кальбуса, И.А Хозяева. Исследованиями параметров отдельных узлов стригальной машинки занимались С.С. Ходыко, JI.H Алимпиев, Б.А. Курмантаев, Н.П. Малашенко, О.Г. Ангилеев, Н.Д. Прутков, В.И. Крисюк, Д.Г. Молчанов, И.А. Шишина. Вопросам теоретических и экспериментальных исследований конструкции нажимного механизма, определению усилия прижима ножа к гребенке посвящены работы следующих отечественных и зарубежных ученых: A.B. Перчихина, Ю.И. Краморова, A.M. Пашкова, В.И. Шалпан, А.Н. Русакова, П.Л. Полозова.

При отказе стригальной машинки уменьшается производительность стригального пункта, затягиваются сроки стрижки, что приводит к снижению выхода шерсш, повышению себестоимости продукции. Наиболее часто прерывается технологический процесс стрижки из-за отказа режущих пар В режущей парс ненадежным элементом является гребенка, имеющая низкую износостойкость, на которую влияют материал, геометрия режущей пары и качество заточки. А износостойкость непосредственно связана с надежностью работы стригальной машинки.

Копе I рукти вного совершенствования требует также нажимной механизм стршальной машинки. Существующий нажимной механизм с наклонным расположением стержня упорною является неудачным. Горизонтальная соствляющая силы прижима ножа к гребенке, при наклонном расположении стержня ynopiioi о, выталкивае i рыча! из корпуса стригальной головки, что приводит к преждевременному износу сферы центра вращения рычага и нарушению нормального режима работы стригальной машинки. Надежность нажимною механизма существенно влияет как на энергетические затраты, так и на качество стрижки. При недостаточном усилии прижима ножа к гребенке на коже овцы остакнся полосы повышенного среза шерсти, а при повторном проходе машинки по этому месту появляется «перестрига» или сечка. При чрезмерном усилии прижима начинает нагреваться режущая пара, нажимной и передаточный механизмы, а также перегревается от перегрузки электродвигатель.

Обобщая вышеизложенную информацию можно сделать вывод, что одним из ответственных этапов производства шерсти является сгрижка овец, которая должна производиться в определенный период, в сжатые сроки и с высоким качеством. И хотя много работ было направлено на обоснование параметров стригальных машинок, но, однако, изменения, внесенные в их конструкцию, ожидаемого эффекта роста производительности не дали. Необходима разработка практических методов, обеспечивающих и повышающих надежность режущих пар и нажимного механизма стригальной машинки для животных.

На основании анализа литературных источников в качестве рабочей гипотезы выдвинуто предположение, что при обеспечении надежности стригальной машинки, представляющей собой сложную систему, в ней сущест-

вуют элементы и связи, совершенствуя которые возможно оказывать управляющее воздействие на их надежность.

Сформулированы основные задачи исследований.

1. Выявить причины возникновения отказов стригальных машинок и установить возможности повышения надежности ее деталей и узлов.

2. Обосновать показатели надежности нажимного механизма, режущих пар, кинематически связанного с ними эксцентрикового механизма и способы повышения их надежности. Выявить допустимые и предельные износы контрольных деталей нажимного механизма.

3. Разработать рекомендации по повышению и обеспечению надежности стригальных машинок с оптимизацией показателей безотказной работы нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма.

4. Уточнить нормы расхода запасных частей для нажимного механизма и кинематически связанных с ним узлов.

Во второй главе "Теоретические предпосылки к обоснованию оптимального значения вероятности безотказной работы" произведено уточнение количества нормируемых показателей надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки и описан принцип выбора оптимального значения вероятности безотказной работы.

Основными показателями надежности изделий, подлежащими оптимизации являются: вероятность безотказной работы, наработка на отказ, среднее время восстановления (замены). В качестве критерия оптимизации показателей надежности нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма сгригальной машинки принимаем минимум приведенных затрат на их создание, производство и эксплуатацию, учитывая важную составляющую этих затрат - ущерб от недополучения животноводческой продукции, обусловленный отказами. Нормирование безотказности и ремонтопригодности стригальной машинки необходимо и достаточно осуществлять коэффициентами готовности Кг, оперативной готовности Ка, и коэффициентом технического использования Кги.

Коэффициент готовности стригальной машинки МСУ-200А определяется по формуле

Т

КГ=г~Т-' 0)

Т + ' Восст

где Т - наработка машинки за период испытаний, час; ТВосст ~ суммарное время восстановления, час.

Коэффициент технического использования стригальной машинки:

Кти=---И-, (2)

Т + ТВосст +ТТО где Тт 0 - время, затраченное на техническое обслуживание, час.

Коэффициент оперативной готовности стригальной машинки-

КОГ = КГ-Р^Ц), (3)

где Р((и) - вероятность безотказной работы в течение заданного цикла.

Повышение надежности связано с определенными затратами. Более надежные изделия дешевле в эксплуатации Следовательно, существует некоторое оптимальное значение надежности, при котором общая стоимость разработки, изготовления и эксплуатации изделия минимальна. Смысл оптимального моделирования здесь заключается в том, чтобы, используя показатели надежности, разработать такую методику, которая позволит получить максимальную надежность изделия при минимальных затратах.

Так как режущая пара является наиболее ответственным узлом стригальной машинки, влияющим как на надежность самой машинки, так и на качество и производительность процесса стрижки, рассмотрим оптимизацию ее безотказной работы с выбором экономико-математической модели повышения надежности, а также нахождения оптимальных значений надежности и количества, необходимых при этом резервных изделий. Режущая пара является подсистемой стригальной машинки, а гребенка и нож - невосстанав-ливаемые элементы подсистемы, то есть неремонтируемые изделия. Стоимость режущей пары повышенной надежности, с учетом постоянных затрат, в общем виде описывается следующей экономико-математической моделью:

- Со + Сс

Л0

или Сн = Ссн

А ■ ' (4)

L

где Cq - составляющая стоимости, не зависящая от надежности, руб; Т и Т о - среднее время наработки на отказ новой режущей пары и изделия

прототипа (Г = —);

Ä

Л о и Ä— ишенсивности отказов, соответс1вующие надежности Р о и Р\

а - коэффициент, характеризующий эффективность вложения средств в повышение надежности;

Сн, Ссн - стоимости режущей пары повышенной надежности и с исходным уровнем надежности, руб. Под оптимальной надежностью следует понимать такое значение параметра надежности, при котором все затраты, связанные с разработкой, производством и эксплуатацией системы, будут наименьшими. Суммарные затраты, минимум которых соответствует максимальному экономическому эффекту, запишем следующим образом:

Ccvm=Cm3F+C-, -> min, руб (5)

где СИц - стоимость системы (затраты на разработку и изготовление), руб; С j - эксплуатационные расходы, руб.

Первая составляющая суммы с повышением надежности возрастает из-за дополнительных затрат на мероприятия по повышению надежности при разработке и производстве системы Вторая же с повышением надежности имеет тенденцию к снижению, так как эксплуатация и ремонт надежной тех-

ники требуют меньше затрат. При подобном характере изменения обеих составляющих общая стоимость имеет минимум, которому соответствует оптимальное значение надежности Рот- В качестве составляющей стоимости эксплуатации принимается стоимость всех отказов в течение наработки (ресурса) стригальной машинки. В стоимость отказов необходимо включать непосредственно стоимость ремонта, стоимость запасных частей, а также стоимость ущерба, вызываемого отказами (рисунок 1).

г, С,, С

Смин

Аналитически величину оптимального уровня надежности возможно определить при известном а

Рот = ехр

а+1

С0а

1п

Ро

С{ГР

(6)

Ропг

Рисунок 1 - График зависимости затрат от надежности

где С0 - стоимость изделия прототипа, руб; Ро - исходная надежность изделия прототипа; С/ - стоимость одного отказа, руб; 7> - суммарная наработка, ч; / - время эксплуатации, ч.

М-

(7)

Основываясь на вышеизложенном, по данным, полученным при испытаниях стригального оборудования в условиях эксплуатации, в 4 главе определено значение Роит-

Одновременно с решением вопроса оптимизации надежности нами решается вопрос оптимального резервирования деталей. Количество изделий М, необходимых для достижения требуемого значения надежности Р„ возможно определить из формулы

1п(1-Р3) 1п(1 - Р )

где Р, ~ требуемая надежность Мизделий; Р - исходная надежность изделия. Экономический эффект при повышении уровня надежности режущей пары вычисляется по формуле

/ \ _С

С0

где Л о и Я - интенсивности отказов, соответствующие надежности Рп (исходного варианта) и Р„ (с повышенной надежностью) Р л' плуа!ации; Л - годовой выпуск продукции, единиц.

Ао1 „Я/ е ^---е

АС о ,

(8)

е , где / - время экс-

Затраты по повышению надежности окупаются увеличением срока службы режущей пары за время т, называемое сроком окупаемости, который определим из выражения:

с

1п

г = -

с0

Лд — Л

Остальные параметры режущей пары определим из выражений

т(Л0 - Л) _ а 1

л от - —--г" > 1 — ~~---•

ЛОПТ

а ■

X

(1 -а)г

(9)

(10)

Наработка на отказ изделия зависит от наработки на отказ составных частей. Стригальная машинка представляет собой систему, состоящую из последовательно соединенных элементов. Ее надежность определяется числом этих элементов и надежностью каждого из них. Следовательно, для повышения надежности машинки необходимо увеличить надежность каждого элемента. Вероятность безотказной работы д-ой сборочной единицы согласно принципу равноущербности:

Ра = ехр

зй I V:

= ехр[-И(? ],

(П)

9=1' Ч _

хде Ко - задаваемое за срок службы число отказов, соответствующее оптимальной надежности машины;

Зч - средние суммарные затраты, связанные с устранением одного отказа ц-ой сборочной единицы, рассчитываемые из предположения, что каждая из г деталей д-ой сборочной единицы может отказать;

пч- число отказов £/-ой сборочной единицы.

Суммарный ущерб от отказов за срок службы изделия (с учетом затрат на запасные элементы) должен быть минимальными и находится по выражению:

N ч

N.

3Р.У = =

д=1 <7=1,

Ко

• Ш1П,

(12)

' 3д II Зд

где Л'% - число сборочных единиц.

При увеличении значения вероятности безотказной работы металличе ских деталей рассматриваем: применение более прочного материала, введе ние дополнительной упрочняющей обработки, резервирование запасных час гей, разработку стратегии предупредительных замен детали

!

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований" представлены программа исследований, общая и частная методики проведения экспериментальных исследований. Объектом исследования является электростригальный агрегат ЭСА-12/200, в состав которого входят стригальные машинки с исследуемыми в данной работе узлами и деталями. Наблюдения за его работой проводились в условиях эксплуатации в хозяйстве Обработка полученных данных производилась по методике А.И. Селиванова, изложенной в учебнике «Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники».

Программа частной методики включает в себя измерение прижимного усилия (РПр) в упорном стержне и определение значения коэффициента скользящего трения ножа по поверхности гребенки (/тр), а также оценке неравномерности прижимного усилия при различном положении режущей пары в новом, не подверженном износу нажимном механизме. Измерение усилий осуществляется образцовыми динамометрами ДО -100 и ДО - 25 на специальном сгенде (рисунок 2). Усилие нажима создается болтом через специальную рамку с шариком, для чего на патроне сделана лунка. Усилие сдвига ножа относительно гребенки (Р(дв) фиксировалось динамометром с меньшим диапазоном измерений. При оценке неравномерности прижима измерялось усилие в стержне при среднем положении рычага (нейтральное положение) и при крайних правом и левом. Повторность измерений - не менее 3-х раз для обеспечения достаточной надежности опытов, а при оценке неравномерности прижима принята пятикратная повторность.

При проведении микрометража для контроля износа определены следующие контрольные детали, относящиеся к нажимному механизму патрон нажимной, стержень упорный, подпятник стержня упорного. Эги детали составляют единую размерную цепь, в которой суммарный износ входящих звеньев может считаться критерием их предельного состояния. При измерении применяются микрометр и штангенциркуль. Кратность измерений принята равной 3. Измерения проводились перед началом испытаний, через 50...55 часов работы и через 100 часов.

В четвертой главе "Анализ экспериментальных данных по надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки" приведены результаты экспериментальных исследований нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма, определен предельный износ деталей нажимного механизма (для стержня упорного ¿///=3,5 мм; для патронов ме-

таллических и металлокерамических Г/г/=1.5 мм; для подпятника стержня упорного (/;/= 1.8 мм), произведен микрометраж контрольных деталей и определен их остаточный ресурс (стержень упорный- tocm =202 ч.; патрон нажимной и подпятник стержня упорного: tOLm =168 ч.). Определено значение коэффициента скользящего трения ножа по гребенке (fTP) в зависимости от усилия прижима (Рщ>) в нажимном механизме. Экспериментально усыновлено, что усилие прижима режущей пары при работе стригальной машинки должно находиться в пределах 100.. 150 Н, а при затуплении режущей пары допускаемое максимальное усилие прижима - 200 Н. При проведении расчетов учитывали, что в качестве тангенциальной силы, затрачиваемой на преодоление сопротивления относительному перемещению режущих кромок ножа, коюрый имеет коробчатую форму и гребенки, при их скольжении выступает сила сдвига (РсдвХ а в качестве нагрузки, сжимающей их - сила прижима в нажимном механизме (Рцг). Коэффициент скользящего трения (fu,) это отношение РГдв к Рш>. Следовательно, при увеличении силы прижима (свыше 200 Н) уменьшается коэффициент скользящего трения вследствие перераспределения плоскостей соприкосновения деталей, 1ак как нож коробится, а гребенка прогибается, качество среза ухудшается из-за защемления шерсти, уменьшается скорость перемещения машинки.

Расчешые значения неравномерности прижима в зависимости от положения ножа даже в новых нажимных механизмах составляют почти 4%. При изношенных деталях степень неравномерности прижима увеличивается и может доходить до 30...40% в зависимости от величины износа. В процессе стрижки детали нажимного механизма постепенно изнашиваются. Показателем этого износа является ухудшение качества среза и затрудненное продвижение машинки по шерсти. Предельный суммарный износ деталей, входящих в размерную цепь,составил, 3,5 мм. Эти данные подтверждают необходимость совершенствования конструкции механизма стригальной машинки МСУ-200. Для уменьшения усилий на прижим ножа к гребенке необходимо нажимной механизм выполнить вершкально и дополнить его устройством, ограничивающим усилие прижима.

Сделан анализ отказов деталей исследуемых узлов стригальной машинки. Вероятность бе км казной работы нажимного механизма по результатам испытаний составила 0,25 (стержень упорный Р=0,56; патрон нажимной Р=0,61; подпятник стержня упорного Р 0,72), режущей пары - Р=0,11 (гребенка Р 0,45; нож Р=-0,24). Построены гистограмма и полигон распределения наработки исследуемых узлов, кривая накопленных опытных вероятностей, дифференциальные и интегральные кривые теоретических ¡акопов распределения показателя надежности (рисунки 3 и 4). На основании их анализа, а также полученного расчетного значения коэффициента вариации v = 0,36, проведена оценка применимости законов к выравниванию опытной информации. После расчета критерия согласия Пирсона выбран теоретический закон распределения показателей надежности - закон распределения

Вейбулла, как наиболее точно описывающий распределение наработок нажимного механизма, режущих пар и кинематически связанного с ними эксцентрикового механизма. Относительная предельная ошибка переноса характеристик показателя надежности 5 составила 6%.

Расчет показателей безотказности исследуемых узлов показал, что удельные затраты времени на устранение одного эксплуатационного отказа составили 0,017 ч/отказ; удельные затраты денежных средств на устранение одного 0£каза (без стоимости запасных частей): 0,34 руб/отказ; удельные затраты денежных средств на устранение одного эксплуатационного отказа, отнесенные к единице наработки (мотто-час): 0,1 руб/мото-ч. Средняя наработка на отказ агрегата 70=333 ч/отказ; стригальной машинки: 27,75 ч/отказ; средний параметр потока отказов на одну стригальную машинку: 0,036 от-каз/мото. час; среднее число отказов тср за планируемое время 100 часов

наработки: 3,6 отказа на 1 машинку за 100 часов.

№

0,25 •

t, час

0 50 100 150 200 250 300 350 400 "Полигон

-Дифференциальная кривая ЗГ'В ■Дифференциальная кривая ЗРН

50 100 150 200 250 300 350 400 —О—Кривая накопленных опытных _ вероятностей ■ Интегральная кривая ЗНР

IÍI Интеграт.ная кривая 3PB

Рисунок 3 - Полигон, дифференциальные кривые законов нормального распределения и Вейбулла

Рисунок 4 - Кривая накопленных опытных вероятностей, интегральные кривые законов нормального распределения и Вейбулла

Результаты расчета показателей ремонтопригодности: суммарные затраты времени на проведение технического обслуживания (ТО), устранение эксплуатационных отказов (ЭО) и ремонт одной стригальной машинки: 0,01 ч/мотто-ч; суммарные затраты денег на проведение ТО, устранение ЭО и ремонт стригального агрегата: 1289 руб; удельные затраты на 1 стригальную машинку: 0,27 руб/мотто-ч. Данные о заработной плате стригалей и обслуживающего персонала взяты из ведомости оплаты работников ГУСХП «Северное» ФКБ ОАО Ростпромстройбанк г. Сальск.

С повышением безотказности уменьшаются число отказов и затраты на устранение их последствий, увеличивается сменная выработка, обеспечение требуемой вероятности безотказной работы позволяет выполнять эту работу в оптимальные сроки. Выбор оптимального значения вероятности безотказной работы производим по следующей схеме. На первом этапе определяем

затраты на устранение отказов для различных вариантов конструктивно-технологического исполнения деталей (таблица 1). Затраты на восстановление (ремонт)

Ср.с =Тр.с -Зрс -пс, руб (13)

где Трс - время разборочно-сборочных работ, ч;

Зрс - стоимость 1 часа разборочно-сборочных работ, руб; пс - количество отказов детали на всех 12 стригальных машинках. Ущерб от простоя машинки

У = Тв-Усм пс, руб (14)

где Тц - среднее время восстановления детали, ч;

Усч( - ущерб от одного часа простоя стригальной машинки с учетом стоимости настриженной шерсти. Затраты на запасные части

сз.ч =С'зм пс, руб (15)

где С'зч - стоимость детали;

Суммарные затраты на устранение отказов деталей

СЭО =Срс +У + Сзч >РУб (16)

Затраты на эксплуатацию рассчитываются по формуле

С)-Суу(2, руб, где (9 - вероятность отказа детали, ()= 1-Р, %. (17)

Таблица 1 - Определение Ропт для режущей пары

У8 сталь40 сталь40 20Х 40Х 40Х 18ХГ1 30X1 Г ЗОХП

цемен- 01 жиг, отжиг, цемен- норма- норма- улуч- цемен- закалка

тация улуч- улуч- тация, лиза- лиза- шение. тация г.в ч.

шение шение, закалка 1 в.ч закалка 1 в ч. ция, улучшение ция, улучшение, закалка т.в.ч цементация, закалка т.в.ч

р 0,11 0,8 0,92 0,94 0,97 0,98 0,99 0,995 0,999

о, 1300 1521,5 1539,2 1554,8 1591,7 1612 1651 1718 1 1765

о 0,89 0,2 0,08 0,06 0,03 0,02 0,01 0.005 0,001

У _9133,5 9133,5 ,9133,5 9133,5 9133,5 9133,5 9133,5 9133,5 9133,5

(-рс 94,54 94,54 94,54 94,54 94,54 94,54 94,54 94,54 94,54

Сю 10528,0 10749,6 10767,2 10782,8 10819,8 10840,0 10879,0 10946,0 10993,04

Сэ 9369,9 2149,9 861,4 649,9 324,6 216,8 108,8 54,7302 10,99304

("СУМ 10669,9 3671,4 2400,6 2201,8 1916,3 1828,8 1759,8 1772,73_] 1775.993

С„ - стоимость деталей по вариантам.

В ходе работы был определен коэффициент эффективности вложения денежных средств в повышение надежности, который составил «=0,1...0,3 (Методические рекомендации. Надежность в технике. Оптимизация требований к надежности элементов (составных частей): МР 130-84).

По табличным данным посгроена зависимость C=f(P) (рисунок 5). С,р>б

2500 2000 1500 1000 500 0

0 9 0 91 0 92 0 93 0 94 0 95 0,96 0 97 0 98 0 99 1 ' '

—♦— ЗА! РАТЫ НА СОЗДАНИЕ —*— ЗАТРАТЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ -»-СУММАРНЫЕ ЗАТРАТЫ

Рисунок 5 - Выбор оптимального значения безотказности для режущей пары

Ропт, рассчитанное по (6), также составило 0,994. На основании полученных данных за оптимальное значение вероятности безотказной работы принимаем равное 0,99.

На втором этапе рассчитали затраты на увеличение вероятности безотказной работы (ВБР) всех отказывающих деталей до значения 0,99 без капитальных затрат. Мы предлагаем изменить марку стали металлических деталей с применяемой ранее инструментальной У8 на 18ХГТ и к ней применить такие виды термической обработки как улучшение, цементацию и закалку токами высокой частоты.

Количество деталей при оптимальном и действительном показателях надежности определяем по выражению (7) (Кулаков H.H. «Методы оценки повышения надежности технических изделий по технико-экономическим показателям»).

Для решения вопроса плановых регулировок при техническом обслуживании стригальной машинки рассчитано время между плановыми заменами или регулировками деталей. При заданных параметрах закона распределения Вейбулла tCM и «б», найденном параметре а и принятом значении ВБР=0,99 рассчитали время между профилактическими заменами и регулировками детали

T-ip - а[-(\пО,99)]Уб +tLM. (18)

Для нахождения удельных суммарных затрат, связанных с устранением эксплуатационных отказов Ф^о, просуммировано основное время работы стригального агрегата - 12 машинок и преобразователь. За время испытаний наработка агрегата составила 395 часов основного времени, следовательно, Г , =5135 часов. Суммарные затраты на устранение всех эксплуатационных отказов с учетом ущерба ог простоев составили 50975,72руб.

Удельные суммарные затраты, связанные с устранением эксплуатационных отказов Ф ю стригального агрегата

50975,72 Ф )п =----— = 9,9 руб/ч.

IV 5]35 VI

Минимизируемые удельные суммарные затраты, связанные с беютказ-ностью, определяем по формуле

фк, = ф*> ~ + %) т'т > (19)

(2)

где £ Ут\ - удельные суммарные затраты на увеличение безотказности /-той 1

16

детали вторым способом (конструктивно-технологическим); £ Уит - удель-

1

ный суммарный ущерб, вызванный отказами металлических деталей с увеличенной ВБР при вероятности отказа О(Т)=1-0,99.

На основании произведенных расчете получены следующие данные.

Удельные суммарные затраты, связанные с безотказностью, равны:

ФБ = 9,9 - 7,48 = 2,42 руб/ч.

Удельный суммарный ущерб, вызванный отказами деталей в процессе наблюдений за стригальным агрегатом = = 9 руб/ч.

Удельный суммарный ущерб от предполагаемых отказов деталей с по-38528

вышенной ВБР=0,99: У,,т =-= 7,5 руб/ч.

ит 5П5

Снижение удельных суммарных затрат от ущерба, связанного с отказами деталей с повышенной безотказностью. Фб =9-7,5 = 1,5 руб/ч.

Экономия суммарных затрат в рублях от использования деталей с ВБР=0,99 на один агрегат составляет: Эит = 1,5 - 5135 = 7702,5 руб.

За счет увеличения безотказности отказывающих деталей предлагаемым способом наработка между отказами увеличилась для деталей с ВБР=0,99 на 0,8 часа.

Коэффициент готовности стригальной машинки МСУ-200 по резуль-87 2

татам испытаний: К у =--'-= 0,996, где 87,2ч - наработка (средняя)

87,2 + 0,27

на отказ по результатам испытаний; 0,27ч - время восстановления

Коэффициент техническото использования стригальной машинки:

Кт и = ---= 0,986, где 0,9ч - время технического обслуживания

87,2 + 0,27 + 0,9

за период наработки машинки до отказа.

Такое высокое значение коэффициентов при проведении испытаний получено за счет ненормированного расхода запасных частей при проведении испытаний. Это была необходимая мера для того, чтобы не сорвать стрижку в хозяйстве и выявить предельный ресурс стригальной машинки. Рассчитав коэффициент оперативной готовности по данным испытаний, воспользовавшись формулой (3), мы получили очень низкое его значение из-за того, что вероятность безотказной работы стригальной машинки маленькая (по принципу: надежность системы равна надежности самого ненадежного узла, примем надежности стригальной машинки, равной надежности режущих пар Р=0,11), тогда ЛГот-0,11. Исходя из этого, мы повышаем вероятность безотказной работы деталей стригальной машинки до 0,99, и после внедрения этих мероприятий получаем К1=К0!= 0,97. Таким образом, все поставленные задачи решены, цель исследования достигнута.

В процессе испытаний агрегата замена деталей и узлов производилась из комплекта запасных частей и принадлежностей (ЗИП), а недостающие - со склада хозяйства или приобретались на складе РТП «Сельхозтехника». Замену деталей и узлов производили мастера-наладчики. Если сравнить таблицу с перечнем ЗИП и таблицу расхода запасных частей при испытаниях, то выясняется, что в перечне ЗИП нет патронов нажимных, а практически по всем деталям обнаруживается недостаток, по сравнению с реальными расходами. Для обеспечения надежной работы стригальных машинок и технологического процесса стрижки предлагается внести коррективы в ЗИП на основании произведенных выше расчетов по оптимизации безотказности. Составленные на основании многолетних испытаний в условиях стрижки рекомендации содержат перечень необходимых операций ежедневного технического обслуживания (ЕТО) и технического обслуживания (ТО). Представлено рекомендуемое время регулировок деталей стригальной машинки и теоретическое время наработки до предельного состояния для каждой детали (таблица 2), основываясь на которых наладчик может ориентироваться в целесообразности проведения своевременных замен до того, как произошел отказ. Смазку предлагаем производить перед началом работы и в обеденный перерыв, чтобы не прерывать стрижку и повысить производительность стригальной машинки.

В пятой главе "Экономическая эффективность результатов исследований" рассчитаны показатели экономической эффективности повышения надежности режущих пар и агрегата в целом, а также экономическая эффективность от повышения вероятности безотказной работы до 0,99 Анализ полученных результатов показал, что необходимое оптимальное количество резервных гребенок на сезон стрижки (/=100 часов) составило 13 штук; экономический эффект от повышения уровня надежности режущей пары (годовая

программа производства гребенок - 26000 штук): 1 231 620 руб; срок окупаемости затрат на повышение надежности режущей пары: ! ,8 года

Рост производительности агрегата составил 4,15 %. Экономический эффект за счет сокращения сроков стрижки и экономии труда работников -повременщиков:672,9 тыс. руб. Повышение вероятности безотказной работы деталей до 99% позволяет сократить затраты на стоимость запасных частей на 710 руб только по деталям режущих пар, нажимного и эксцентрикового механизмов, количество необходимых запасных частей при увеличении вероятности безотказной работы до 99% сократилось на 21 Разница в ущербе от отказов деталей до внедрения мероприятий по повышению надежности и деталей с ВБР=0,99 составила 8469,9 руб. Общие суммарные затраты сократились на 12447,7 руб.

50 100 150 200 250 300 350 400 - исходная -41— после повышения ВБР

Таблица 2 - Рекомендации по эксплуатации стригальных машинок

Наименование де!али Необходимое количество деталей для поддержания ресурса, iiir Наработка до отказа ч Наработка до предельного состояния ч

Стержень упорный 5 105,75 300

Патрон нажимной 5 132,6 250

Подиягник сг упорн 4 110,78 250

Пружина стопорная 4 123,2 150

Пружина ст упори 3 123,2 150

Ролик 9 94,86 250

Рычаг 1 179 400

Рычаг в сборе 3 132,6 270

Подпятник рычага 9 94,86 150

Центр вращения 10 92,96 150

Лапка нажимная ир 5 105,75 200

Лапка нажимная пеп 4 115,3 200

Пружина лапок 2 150,5 200

Винт гребенки 9 94,86 200

Режущая пара 19 95 150

р

Рисунок 6 - Зависимость надежности агрегата от наработки

Выполнение всех рекомендаций ведет к увеличению надежности работы всего агрегата и сокращает расход запасных частей на 20-30% Г амма-процентная наработка увеличивается на 50 часов.

ВЫВОДЫ

1. Применяемое стригальное оборудование имеет низкие показатели надежности- вероятнос1ь безотказной работы нажимного механизма по результатам испытаний составила Р=0,25 (стержень упорный Р=0,56; патрон нажимной Р=0,61; подпятник стержня упорного Р=0,72), режущей пары -Р=0,11 (гребенка />=0,45; нож Р=0,24), К0г=0,11. Отказы стригальных машинок относятся к параметрическим и возникают из-за усталостного износа Большинство отказов связано с режущими парами и нажимным и эксцентриковым механизмами. Общий ресурс стригального агрегата составил 395 часов, что составляет 80% от заданного ресурса.

2. Надежность исследуемых узлов стригальной машинки в работе оценивается безотказностью и ремонтопригодностью, а также комплексными показателями надежности. Предельный износ контрольных деталей составил: для стержня упорного IIц=3,5 мм; для патронов металлических и металлоке-рамических и[¡=1,5 мм; для подпятника стержня упорного 0/7=1,8 мм. Суммарный предельный износ деталей нажимною механизма 3,5 мм.

3. Отказы деталей нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма подчиняются закону распределения Вейбулла и могут быть перенесены на другие совокупности машинок с относительной предельной ошибкой переноса характеристик показателя надежности 6 %.

4. Для металлических деталей исследуемых узлов применить сталь 18ХГТ с цементацией рабочей поверхности. Предложенные в работе способы оптимизации уровня надежности по удельным затратам позволяют оптимизировать вероятность безотказной работы металлических изделий стригальной машинки до 0,99.

5. Расход запасных частей снижается: по режущим парам - на 30%, по остальным деталям - на 20%. Предложенная номенклатура и нормы расхода запасных частей обеспечивают вероятность безотказной работы стригальной машинки с надежностью 97% в течение ресурса 500 часов.

5. Наработка между отказами увеличилась для деталей с вероятностью безотказной работы равной 0,99 на 30%.

6. Экономический эффект от повышения уровня надежности режущей пары (годовой выпуск) 1 231 620 рублей при сроке окупаемости затрат на повышение надежности режущей пары 1,8 года.

Экономия суммарных затрат в рублях от использования деталей с л

ВБР=0,99 на один агрегат 7702,5 руб.

Экономический эффект за счет сокращения сроков стрижки и экономии труда работников-повременщиков 672,9 тыс. руб.

Рекомендации производсгву•

1. Нажимной механизм предлагается выполнить вершкальным и снабди i ь ограничителем усилия прижима.

Для ограничения усилия прижима ножа к гребенке и повышения надежности стригальной машинки предложено техническое решение стригальной машинки с вертикально расположенным нажимным механизмом и ограничителем прижима (заявочное решение № 2005 - 119219/02).

2. Для повышения производительности труда и износостойкости ножа предложены варианты вменения конструкции ножей с полосами рифления, распределенными равномерно, или с изменяющимся шагом от носика зуба к его основанию и выполненными с выступами и впадинами, очерченными линейными поверхнос1Ями (Патенты РФ № 2057636, № 2113344).

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Махинина Н.В. Анализ сил в прижимном механизме стригальной машинки МСУ 200 и возможности повышения ее надежности / Н.П. Алек-сенко, Н.В. Махинина // Изв. вузов Сев - Кав. peí ион. Технические науки. -2005. - № 2.-е. 112-113.

2. Махинина Н.В. Надежность деталей стригальной машинки МСУ-200А / Н П. Алексенко, Н.В. Махинина // Механизация элекфифика-ция сельского хозяйства. - 2005. - № 3.-е. 29.

3. Махинина Н.В. Методика измерений усилий в прижимном механизме стригальной машинки и способы повышения его надежности / П.П. Алексенко, Н.В. Махинина, М.Н. Алексенко // Технология и механизация животноводства. Межвузовский сборник научных трудов 2004. - № 2. с. 59-61.

4. Махинина Н.В. Анализ отказов в прижимном механизме стригальной машинки / Н.П. Алексенко, Н В. Махинина // Технология и механизация животноводства. Межвузовский сборник научных трудов к 75-летию АЧГАА. - 2005. - № 3. - с. 21-23.

5. Махинина Н.В. Анализ сил в прижимном механизме стригальной машинки МСУ-200 и возможности повышения ее надежности /НИ Алексенко, Н.В. Махинина, М.Н. Алексенко // Texnojioi ия и механи5апия животноводства. Межвузовский сборник научных трудов - 2004. - № 2.-е 74-77.

6. Заявочное решение №2005-119219/02 от 21.06.2005г. Машинка для стрижки животных / H.IT. Алексенко, М.Н. Алексенко, Н В. Махинина. A.M. Семенихин, А.П. Стрюков, В.И Щербина, В.И Фирсов.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Формат 60x84/16 Подписано в печать 11.04. 2006 г Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 162 РИО ФГОУ ВПО АЧГ АА

347740. г. Зерноград Ростовской области, ул. Сове1Ская, 15

P- 82 89

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Современное состояние и перспективы развития механизации стрижки овец.

1.2 Обзор исследований по надежности животноводческого оборудования.

1.3 Влияние надежности нажимного механизма и режущих пар на технологический процесс стрижки овец.

1.4 Цель, объект и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ

2.1 Уточнение количества нормируемых показателей надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки.

2.2 Выбор оптимального значения вероятности безотказной работы на примере режущих пар.

2.3 Экономическая эффективность повышения надежности режущих пар.

2.4 Оптимизация вероятности безотказной работы по составляющим элементам машинки и резервирование деталей.

Выводы.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа исследований.

3.2 Выбор объекта исследования.

3.3 Методика сбора данных и оценка показателей надежности по результатам наблюдений.

3.4 Методика определения усилий в нажимном механизме стригальной машинки.

3.5 Методика микрометража контрольных деталей нажимного механизма.

4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО НАДЕЖНОСТИ НАЖИМНОГО МЕХАНИЗМА И РЕЖУЩИХ ПАР СТРИГАЛЬНОЙ • МАШИНКИ р 4.1 Результаты испытаний агрегата.

4.2 Определение предельного износа нажимного механизма.

4.3 Оценка прижимного усилия в нажимном механизме. Определение коэффициента скользящего трения ножа по гребенке.

4.4 Микрометраж контрольных деталей.

4.5 Обработка информации о показателях надежности. ф 4.5.1 Построение статистического ряда информации и определение смещения.

4.5.2 Определение смещения начала рассеивания показателя надежности.

4.5.3 Определение среднего значения t и среднего квадратического отклонения сг показателя надежности.

4.5.4 Проверка информации на выпадающие точки.

Ф 4.5.5 Построение гистограммы, полигона и кривой накопленных опытных вероятностей.

4.5.6 Определение коэффициента вариации.

4.5.7 Выбор теоретического закона распределения для выравнивания опытной информации. р 4.5.8 Построение дифференциальной функции закона нормального распределения.

4.5.9 Построение интегральной функции закона нормального распределения. 4.5.10 Построение дифференциальной функции закона ф распределения Вейбулла.

4.5.11 Выбор теоретического закона распределения по критерию согласия.

4.5.12 Определение доверительных границ рассеивания одиночного и среднего значений показателя надежности и относительной предельной ошибки переноса характеристик показателя надежности.

4.6 Обработка информации о показателях надежности по группам сложности.

4.6.1 Обработка информации о показателях надежности

I группы сложности.

4.6.2 Обработка информации о показателях надежности

II группы сложности.

4.7 Расчет показателей безотказности нажимного механизма, режущих пар и кинематически связанного с ними эксцентрикового механизма.

4.8 Расчет показателей ремонтопригодности.

4.9 Оптимизационный расчет безотказности по деталям нажимного механизма, режущих пар и кинематически связанного с ними эксцентрикового механизма.

4.10 Расчет комплексных показателей надежности стригальной машинки.

4.11 Рекомендации по комплекту ЗИП и проведению ТО.

Выводы.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Экономическая эффективность и срок окупаемости режущих пар.

5.2 Экономическая эффективность за счет сокращения сроков стрижки.

5.3 Экономическая эффективность от повышения вероятности безотказной работы до 99%.

Для обеспечения механизации основных работ в животноводстве необходимо перейти на использование высококачественных и экономичных машин, поднять их производительность, надежность и срок службы.

Овцеводство является одной из важнейших отраслей животноводства. Эта отрасль обеспечивает промышленность такими ценными видами сырья, как шерсть, овчины, каракуль и поставляет населению продукты питания - мясо, а так же молоко, из которого производят сыры и брынзу. По разнообразию производимой продукции овцеводство не имеет себе равных среди отраслей продуктивного животноводства.

В области заготовки шерсти немаловажное значение имеет увеличение производительности электростригальных агрегатов. Стрижка овец - одна из важных и трудоёмких работ в овцеводстве. По своей значимости она стоит в одном ряду с разведением, кормлением и содержанием овец, так как при плохой стрижке и хорошая по качеству шерсть может превратиться в брак. Период стрижки является весьма напряжённым, так как связан с сезонностью и совпадает со сроками производства других сельскохозяйственных работ. В связи с этим необходимы машинки с хорошими техническими возможностями, падёжные в эксплуатации.

До нашей эры, когда стали приручать овец, их не стригли, а выдергивали и вычёсывали шерсть вручную. Позднее, с появлением ремёсел, для стрижки овец стали применять ручные ножницы. В 19 веке, во время развития овцеводства, возникла необходимость замены ручных ножниц механическими. Первая стригальная машинка была сконструирована в 1887 году в Австралии ирландцем Фреодориком Иорком Волслей и состояла из гребёнки и дискового ножа, а привод осуществлялся с помощью канатной передачи.

Достоинства машинной стрижки заключаются в облегчении труда стригалей и повышении их производительности. Ручными ножницами на стрижку одной овцы затрачивалось 20 - 25 минут, машинкой от 3 до 8 минут в зависимости от навыков стригаля; улучшается качество и настриг шерсти за счёт более равномерного среза. Все эти преимущества дали повсеместное внедрение машинной стрижки в овцеводстве.

В России машинная стрижка овец импортными машинками начала применяться с 1929 года в хозяйстве «Овцевод» Омской области. Первые отечественные стригальные машинки марки РМЗ были освоены Ростовским механическим заводом в 1934 - 1936 гг. Начиная с 1938 года, этот же завод выпускал широкозахватную машинку ШЗМ-2 с гибким валом и подвесным электродвигателем.

Инициаторами разработки более совершенной конструкции с электродвигателем, встроенным в рукоятку стригальной машинки стали русские учёные Ю.И. Краморов, В.В Перчихин. Были изготовлены принципиально новые малогабаритные машинки МС-400, МС-200 и МС-200М с асинхронным трёхфазным короткозамкнутым электродвигателем переменного тока повышенной частоты, соответственно на 400 и 200 Гц. Наиболее удачные модели стригальных машинок впоследствии подверглись незначительной модернизации со стороны ГСКБ Ростовского машиностроительного завода и переданы в ГСКБ завода «Актюбинсксельмаш».

История развития машинной стрижки овец шла в основном по пути совершенствования конструкции стригальной машинки. Однако даже совершенная стригальная машинка не в состоянии резко разрешить в целом проблему повышения производительности труда, так как сам технологический процесс машинной стрижки почти не изменился и мало чем отличается от ручного. Труд стригалей по-прежнему остается самым трудоёмким и ответственным в сельском хозяйстве.

Анализируя вышеизложенное можно сказать, что машинная стрижка животных с помощью ручных электрических машинок остаётся основной в овцеводстве.

Увеличение производства сельскохозяйственной продукции невозможно без его технического перевооружения. Особое значение приобретают вопросы снижения себестоимости продукции и повышения рентабельности. Назрела необходимость в совершенствовании машинок для стрижки животных. Одним из таких направлений является обеспечение качества технологического процесса стрижки и надежности нажимного механизма и режущих пар стригальной машинки. Повышение надежности в конечном итоге приводит к экономическому эффекту. Важно выбрать способ обеспечения надежности, при котором этот эффект будет максимальным. Решение проблемы надежности машинки для стрижки животных основано на расширении научно-исследовательских и конструкторских работ. Научная проблема заключается в разработке методов, технологий и технических решений, направленных на повышение надежности стригальных машинок и получении экономического эффекта.

Цель исследования - повышение надежности режущих пар и нажимного механизма стригальной машинки для животных.

Объектом исследования является процесс функционирования машинки для стрижки животных и ее наименее надежных узлов: нажимного механизма и режущих пар.

Предмет исследования - закономерности износов и показатели надежности, методы и способы повышения надежности стригальных машинок.

Таким образом, исходя из целей данной работы, определены основные задачи исследования:

1. Выявить причины возникновения отказов стригальных машинок и установить возможности повышения надежности ее деталей и узлов.

2. Обосновать показатели надежности нажимного механизма, режущих пар и кинематически связанного с ними эксцентрикового механизма и способы повышения их надежности. Выявить допустимые и предельные износы контрольных деталей нажимного механизма.

3. Разработать рекомендации по повышению и обеспечению надежности стригальных машинок с оптимизацией показателей безотказной работы нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма.

4. Уточнить нормы расхода запасных частей для нажимного механизма и кинематически связанных с ним узлов.

Методы исследования: теоретический анализ факторов, влияющих на надежность стригальной машинки, разработка экономико-математической модели повышения надежности режущих пар машинки для стрижки овец, экспериментальное определение усилий прижима в нажимном механизме стригальной машинки, а так же, используя математический аппарат теории вероятностей, проводится расчет необходимых показателей надежности отдельных узлов и машинки в целом.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• определены значения коэффициента скользящего трения в режущей паре в зависимости от усилия прижима в нажимном механизме стригальной машинки;

• выявлена закономерность между усилием прижима в нажимном механизме и износом кинематически связанных с ним узлов приводящая к снижению качества и производительности технологического процесса стрижки;

• определены структурные и диагностические параметры состояния нажимного механизма и кинематически связанных с ним узлов;

• изучена динамика изменения параметров и найдены предельные значения величины износа контрольных деталей нажимного механизма, определен их остаточный ресурс;

• определены нормируемые оценочные показатели безотказности и ремонтопригодности, единичные и комплексные показатели надежности режущих пар, нажимного и эксцентрикового механизма;

• проведен оптимизационный расчет надежности деталей стригальной машинки.

Практическая значимость:

- предложены пути предотвращения и устранения отказов в условиях стригальных пунктов;

- предложены способы повышения надежности деталей и узлов стригальной машинки;

На защиту выносятся:

1. Результаты анализа эксплуатационных отказов нажимного механизма стригальной машинки и кинематически связанных с ним эксцентрикового механизма и режущих пар.

2. Теоретические предпосылки по повышению надежности нажимного и эксцентрикового механизмов и режущих пар.

3. Результаты экспериментальных исследований нажимного механизма.

4. Метод повышения надежности деталей нажимного механизма и связанных с ним узлов и оптимизация показателей их надежности.

5. Рекомендации и организационные мероприятия обеспечения надежности стригальных машинок.

Исследование выполнено в ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» по плану НИР и согласно программе РАСХН по проблеме 12.Механизация, электрификация и автоматизация, шифр 04.02. Разработать методы повышения надежности агрегатов и поддержания их работоспособности, координатор ГНУ ВНИПТИМЭСХ.

Разработанные рекомендации по обеспечению надежности стригального оборудования переданы в институт животноводства «Аскания-Нова» (Украина) и овцеводческие районы и хозяйства Ростовской области.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Применяемое стригальное оборудование имеет низкие показатели надежности: вероятность безотказной работы нажимного механизма по результатам испытаний составила Р=0,25 (стержень упорный Р=0,56; патрон нажимной Р=0,61; подпятник стержня упорного Р=0,12), режущей пары - Р=0,11 (гребенка Р=0,45; нож Р=0,24), Ког^0,11. Отказы стригальных машинок относятся к параметрическим и возникают из-за усталостного износа. Большинство отказов связано с режущими парами и нажимным и эксцентриковым механизмами. Общий ресурс стригального агрегата составил 395 часов, что составляет 80% от заданного ресурса.

2. Надежность исследуемых узлов стригальной машинки в работе оценивается безотказностью и ремонтопригодностью, а также комплексными показателями надежности. Предельный износ контрольных деталей составил: для стержня упорного £///=3,5 мм; для патронов металлических и металлокерамиче-ских £//т=1,5 мм; для подпятника стержня упорного £//7=1,8 мм. Суммарный предельный износ деталей нажимного механизма 3,5 мм.

3. Отказы деталей нажимного механизма, режущих пар и эксцентрикового механизма подчиняются теоретическому закону распределения Вейбулла и могут быть перенесены на другие совокупности машинок с относительной предельной ошибкой переноса характеристик показателя надежности 6 %.

4. Для металлических деталей исследуемых узлов применить сталь 18ХГТ с цементацией рабочей поверхности. Предложенные в работе способы оптимизации уровня надежности по удельным затратам позволяют оптимизировать вероятность безотказной работы металлических изделий стригальной машинки до 0,99.

5. Расход запасных частей снижается: по режущим парам - на 30%, по остальным деталям - на 20%. Предложенная номенклатура и нормы расхода запасных частей обеспечивают вероятность безотказной работы стригальной машинки с надежностью 97% в течение ресурса 500 часов.

5. Наработка между отказами увеличилась для деталей с вероятностью безотказной работы равной 0,99 на 30%.

6. Экономический эффект от повышения уровня надежности режущей пары (годовой выпуск) 1 231 620 рублей при сроке окупаемости затрат на повышение надежности режущей пары 1,8 года.

Экономия суммарных затрат в рублях от использования деталей с ВБР=0,99 на один агрегат 7702,5 руб.

Экономический эффект за счет сокращения сроков стрижки и экономии труда работников - повременщиков 672,9 тыс. руб.

Рекомендации производству:

1. Нажимной механизм предлагается выполнить вертикальным и снабдить ограничителем усилия прижима.

Для ограничения усилия прижима ножа к гребенке и повышения надежности стригальной машинки предложено техническое решение стригальной машинки с вертикально расположенным нажимным механизмом и ограничителем прижима (заявочное решение № 2005 - 119219/02).

2. Для повышения производительности труда и износостойкости ножа предложены варианты изменения конструкции ножей с полосами рифления, распределенными равномерно или с изменяющимся шагом от носика зуба к его основанию и выполненными с выступами и впадинами, очерченными линейными поверхностями (Патенты РФ № 2057636, № 2113344).

147

1. Алексенко Н.П. Надежность технологического процесса и оборудования для стрижки овец / Н.П. Алексенко. - Ростов н/Д.: ООО «Терра», 2005. -240 с.

2. Ангилеев О.Г. Исследование эксплуатационных показателей и обоснование некоторых параметров стригальных машинок и точильных аппаратов: Автореф. дис. . канд. техн. наук; Ставроп. с.-х. ин-т. Ставрополь, 1967. - 24 с.

3. Анилович В .Я. Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин / В.Я. Анилович. Минск: Ураджай, 1974. - 264 с.

4. Артемьев Ю.Н. Основы надежности сельскохозяйственной техники / Ю.Н. Артемьев. -М.: МИИСП, 1973.- 162 с.

5. Беленький Д.М. Управление надежностью машин / Д.М. Беленький. -М.: Изд-во института управления народным хозяйством, 1974. 187 с.

6. Беленький Д.М. Управление надежностью машин / Д.М. Беленький // Надежность машин: Сб. статей. Ростов н/Д, 1971. - С.3-8.

7. Беленький Д.М. Экономико-математическая модель надежности машины / Д.М. Беленький, Е.И. Мышрис // Надежность машин: Сб. статей. Ростов н/Д, 1976. -Вып.7. - С.159-166.

8. Борозенец В.Н. Прогнозирование потребности в запасных частях к дождевальным машинам / В.Н. Борозенец, В.И. Тарасов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1999. - №8. - С.22-25.

9. Бурцев В.К. О надежности и эффективности систем автоматического контроля и регулирования / В.К. Бурцев, Б.В. Свечкарник // Приборостроение. -1963.-№8.

10. Валуев Н.В. Сокращение простоев комбайнов путем создания резерва узлов и деталей / Н.В. Валуев. Ростов н/Д: Сев.-Кав. ЦНТИ, 1979.

11. Валуев Н.В. Методика расчета непополняемого резервирования запасных частей для сельскохозяйственных машин / Н.В. Валуев // Вопросы исследования гидроприводов и тепловых процессов в с.-х. производстве. Ростов н/Д, 1979.-С. 179-184.

12. Валуев Н.В. Оптимальность резервирования запасных частей / Н.В. Валуев // Науч. тр. Ленинград. СХИ. 1976. - Т.316. - С.79-84.

13. Валуев Н.В. Управление надежностью комбайнов на стадии эксплуатации путем резервирования / Н.В. Валуев // Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф; ГОСНИТИ. М., 1980. - С.32-34.

14. Валуев Н.В. Обоснование необходимости резервирования запасных частей и ремонтных средств для повышения показателей надежности рисоуборочных комбайнов / Н.В. Валуев // Динамика и прочность с.-х. машин. Ростов н/Д, 1983. - С.87-94.

15. Валяев Н.Н. К вопросу обоснования уровня надежности сельскохозяйственных машин / Н.Н. Валяев, Н.А. Петренко // Анализ и оценка эффективности конструкции конструкций сельхозмашин. Ростов н/Д, 1972. -С.115-121.

16. Веньцинь Щ. Анализ нажимного механизма стригальной машины / Щ. Веньцинь, Ч. Жанцзянь, В. Чунья // Тракторы и с.-х. машины. 1993. - №9. -С.28-29.

17. Вернези Н.Л. Разработка метода оценки оптимальной безотказности сельскохозяйственных и мелиоративных машин: Автореф. дис. . канд. техн. наук; Рост, инж.-строит. ин-т. Ростов н/Д, 1990. - 18 с.

18. Власов П.А. Надежность сельскохозяйственной техники / П.А. Власов. Пенза: ПГСХА, 2001.- 124 с.

19. Временная методика определения коэффициентов технического использования машин и оборудования для животноводства и кормопроизводства: РТМ 105-0-149-81.-М.: ВНИИКОМЖ, 1982.

20. Гнеденко Б.В. Математические методы в теории надежности. Основные характеристики надежности и их статистический анализ / Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев. М.: Наука, 1965. - 524 с.

21. Государственные испытания заточного аппарата «Листер»: Отчет № 24-10-87 (6012610); Сев-Кав МИС. Зерноград. - 1987.

22. Ермолов JI.C. Основы надежности сельскохозяйственной техники: Учеб. пособие / JI.C. Ермолов, В.М. Кряжков, В.Е. Черкун. М.: Колос, 1974. -220 с.

23. Ермохин В.Г. Оптимизация показателей надежности доильных установок: Автореф. дис. . канд. техн. наук / Сиб. НИИ механизации и электрификации сел. хоз-ва. Новосибирск, 1991. - 18 с.

24. Земсков В.И. Оптимальная надежность комплектов машин и оборудования кормоцехов / В.И. Земсков // Механизация и электрификация сел. хоз-ва.- 1982.- №2.- С. 18-20.

25. Земсков В.И. Оценка эффективности оборудования кормоприготови-тельных цехов / В.И. Земсков // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -1980. -№12. — С.20-21.

26. Земсков В.И. Расчет надежности оборудования кормоприготовитель-ных предприятий / В.И. Земсков // Механизация и электрификация сел. хоз-ва.- 1980. — №5. С.22-25.

27. Земсков В.И. Расчет показателей надежности кормоприготовительных машин / В.И. Земсков // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 1981. -№ 1. С. 18-20.

28. Зудин А.А. Обеспечение оптимального уровня надежности новых и модернизированных сельхозмашин / А.А. Зудин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1988. -№ 2. - С.50-52.

29. Испытание сельскохозяйственной техники. Тракторы, машины сельскохозяйственные, машины для животноводства и кормопроизводства. Показатели и методы их оценки: ОСТ 70.6-77. М.: Изд-во стандартов, 1978.

30. Испытания сельскохозяйственной техники. Сбор и обработка информации: РД 10.2.8-92. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 169 с.

31. Кальбус Г.Л. Аналитическое определение оптимальных значений коэффициентов готовности и технического использования машин / Г.Л. Кальбус

32. Исследование и конструирование машин для животноводства и кормопроизводства. Киев,1977. - Вып.З. - С. 87-93.

33. Касьянов В.Е. Выбор оптимальной стратегии повышения надежности машин / В.Е. Касьянов // Надежность и контроль качества. — 1980. №5. — С.13-16.

34. Касьянов В.Е. Принципы создания практически безопасных машин / В.Е. Касьянов // Стандарты и качество. 1988. -№7. - С.39-42.

35. Керимов У. Исследование и обоснование основных параметров машинки со встроенным электродвигателем колебательного движения для стрижки овец: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ашхабад, 1973. - 205 л.

36. Колотев А.А. К методике экспериментальных исследований стригальных машинок типа МСО /А.А. Колотев, С.О. Назаров // Научные основы повышения эффективности животноводства в Киргизии. Фрунзе, 1983. — С.99-109.

37. Комплекс машин и оборудования для содержания коз и овец. Программа и методы испытаний: ОСТ 70.21.2-75. -М.: Изд-во стандартов, 1976.

38. Краморов Ю.И. Исследование и обоснование основных параметров машинки со встроенным электродвигателем для стрижки овец: Автореф. дис. . канд. тех. наук. -М., 1965. 172 л.

39. Кугель Р.В. Некоторые вопросы управления надежностью машин / Р.В. Кугель. М.: Знание, 1975. - 60 с.

40. Кулаков Н.Н. Методы оценки повышения надежности технических изделий по технико-экономическим показателям / Н.Н. Кулаков, А.О. Загоруй-ко. Новосибирск: Наука, 1969. - 142 с.

41. Мадалиев А. Исследование и обоснование основных параметров кинетических схем стригальных машинок: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — Ашхабад, 967. 162 л.

42. Методика расчета оптимальных значений уровня надежности машин для животноводства и кормопроизводства. -М.: ВНИИКОМЖ, 1984. 71 с.

43. Методические рекомендации. Управление надежностью изделий машиностроения с применением интегрального показателя надежности: MP 133— 84. М.: ВНИИНМАШ, 1984. - 65 с.

44. Методические рекомендации. Определение экономической эффективности повышения надежности выпускаемых машин: MP 92-83. — М.: ВНИИНМАШ, 1983.-24 с.

45. Методические рекомендации. Надежность в технике. Оптимизация требований к надежности элементов (составных частей): MP 130-84. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 43 с.

46. Методические указания по оценке, прогнозированию и нормированию ресурса и безотказности сельскохозяйственной техники. -М., 1975.

47. Методические указания. Технико-экономическое обоснование и расчет оптимальных, обеспечивающих максимальный народохозяйственный эффект показателей надежности сельскохозяйственной машины как системы в целом: МУ 23.2.30-85. М.: ВИСХОМ, 1985.

48. Методические указания. Надежность в технике. Установление норм показателей надежности изделий. Основные положения: РД 50-576-85. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 21 с.

49. Методические указания по определению предельных и допустимых износов деталей и их соединений. — М.: ГОСНИТИ, 1988. 85 с.

50. Методические указания по оценке, прогнозированию и нормированию ресурса и безотказности сельскохозяйственной техники. — М.: ГОСНИТИ, 1975. -199 с.

51. Методы расчета надежности деталей и узлов бытовых машин и приборов / Под ред. к. т. н. Е.А. Панфилова. М.: Легкая индустрия, 1979. - 320 с.

52. Митряков А.В. Надежность восстановительной технологии / А.В. Митряков. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1979. - 184 с.

53. Мкртумян B.C. Оптимизация показателей надежности доильных установок / B.C. Мкртумян, В.Г. Ермохин. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 1984.-№ 5. - С. 110-115.

54. Мкртумян B.C. Обеспечение надежности технологических систем и их элементов / B.C. Мкртумян // Механизация и эксплуатация оборудования животноводческих ферм и комплексов. Новосибирск, 1985. - С. 13-25.

55. Мкртумян B.C. Научные основы надежности технологических систем животноводческих ферм: Автореф. дис. . д-ра. тех. наук; СИБИМЭ. Новосибирск, 1972.

56. Моисеев Н.Н. Методы оптимизации / Н.Н. Моисеев, Ю.П. Иванилов^ Е.М. Столярова. -М.: Наука, 1978. 352 с.

57. Мурадов Б.Н. Исследования работы режущего аппарата стригальных машинок / Б.Н. Мурадов // Электропривод с-х машин и оборудования: Тезисы доклад. Всесоюз. науч.-техн. совещ. 19-21 сентября М., 1972. - С.56-58.

58. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности: ГОСТ 27.003-90 М.: Изд-во стандартов, 1994. - 19 с.

59. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин, Н.А. Тельнов, К.А. Ачкасов и др. / Под ред. В.В. Курчаткина. М.: Колос, 2000. - 776 с.

60. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Форма учета и обобщение информации о надежности: РД 50-204-80 МУ. М.: Изд-во стандартов, 1981. -23 с.

61. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности: ГОСТ 27.503-81. М.: Изд-во стандартов, 1982.

62. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений: ГОСТ 27.502-83. -М.: Изд-во стандартов, 1984.

63. Надежность в технике. Термины и определения: ГОСТ 27.002-89. -М.: Изд-во стандартов, 1990. 14 с.

64. Надежность работы стригальных машинок и пути ее повышения / JI.H. Алимпиев, Б.А. Курмантаев, Н.П. Малашенко, С.С. Ходыко // Овцеводство. 1985. - №3. - С.35-37.

65. Нормативные показатели надежности основных машин для животноводства и кормопроизводства, их составных частей и методы расчета: РТМ 1050-029-77. Киев: ВНИИЖИВМАШ, 1977.

66. Основы теории и расчета надежности / И.М. Маликов, A.M. Половко, Н.А. Романов, П.А. Чукреев. Л.: Судпромгиз, 1960. - 141 с.

67. Пашков A.M. Исследования и обоснование основных параметров высокоскоростных стригальной машинки и точильного аппарата с электроприводом на 400 Гц: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Орджоникидзе, 1968.-153л.

68. Перчихин А.В. Пути повышения производительности труда на механизированных стригальных пунктах: Автореф. дис. .канд. экон. наук. М., 1964.-212л.

69. Полозов П.Л. Исследование процесса резания шерсти и обоснование параметров режущего аппарата стригальных машинок повышенной производительности: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Л., 1958. - 127с.

70. Полозов П.Л. Машинки для стрижки овец с усовершенствованным механизмом прижатия ножа к гребенке / П.Л.Полозов, В.Е. Фириченко, А.Н. Русаков. // Сб. тр./ Туркм. СХИ. Ашхабад, 1990. - Т.34. - С.274-282.

71. Проников А.С. Надежность машин / А.С. Проников. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

72. Проников А.С. Параметрическая надежность машин / А.С. Проников. -М.: Знание, 1976.-310 с.

73. Прутков Н.Д. Исследование по обоснованию параметров и эксплутационных режимов работы машинок для стрижки овец: Автореф. дис. канд. техн. наук; Ставроп. с.-х. ин-т. Ставрополь, 1970. - 24 с.

74. Решетов Д.Н. Надежность машин / Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев. М.: Высш. школа, 1988. - 238 с.

75. Русаков А.Н. Методичка тарировки рычага стригальной машинки / А.Н. Русаков. //Технология механизированных работ животноводства аридной зоны Туркменистана Ашхабад, 1986. - С.42-50.

76. Сеин И.Г. Обоснование и нормирование безотказности трактора, безотказности и долговечности его конструктивных элементов: Автореф.дис. канд. техн.наук; НАТИ. М.: НАТИ, 1984. - 21 с.

77. Сеин И.Г. Оптимизация и нормирование безотказности тракторов и его агрегатов / И.Г. Сеин // Надежность тракторов: Сб. статей. М., 1981. -С.47-50.

78. Селиванов А.И. Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники / А.И. Селиванов, Ю.Н. Артемьев. -М: Колос, 1978. -248 с.

79. Сковородин В .Я. Справочная книга по надежности сельскохозяйственной техники / В.Я. Сковородин, JI.B. Тишкин. JL: Лениздат, 1985. - 204 с.

80. Соколов Б.Н. Прогресс машиностроения основа обновления индустрии / Б.Н.Соколов // Стандарты и качество. - М., 1988. - № 1. - С.7-12.

81. Соломатин А.Г. Оптимизация затрат на обеспечение заданного уровня качества / А.Г. Соломатин, В.А. Баскаков // Методы исследования эффект, систем в задачах автомобильного транспорта. М., 1981. - С.75-79.

82. Стремнин В.А. Оценка эффективности функционирования доильных машин с учетом их надежности / В.А. Стремнин // Науч. тр. / Сиб. НИИ механизации и электрификации сел. хоз-ва. Новосибирск, 1970. - Вып.7, ч.1. -С.137-144.

83. Сульповар Л.Б. Вопросы анализа народнохозяйственной экономической эффективности повышения качества техники / Л.Б. Сульповар // Планирование и экономическая оценка качества продукции: Сб. статей. М., 1974. — Вып.20. - С.3-23.

84. Техника сельскохозяйственная. Надежность. Испытания в условиях эксплуатации: ОСТ 70.23.27-73. -М.: Изд-во стандартов, 1974.

85. Технико-экономическое нормирование показателей надежности тракторов / Шейнина О.Н., Ильинский В.А., Огульник Ю.М., Стопалов С.Г. // Тр. НАТИ. 1981. - с.39-46.

86. Ушаков И.А. Оптимальные задачи надежности / И.А.Ушаков. М.: Изд-во стандартов, 1968.-292 с.

87. Ушаков И.А. Оптимизация надежности сложных систем методом наискорейшего спуска / И.А.Ушаков // Прикладные задачи технической кибернетики: Сб. статей.-М., 1966.

88. Хозяев И.А. Основы обеспечения надежности при проектировании производственных линий животноводческих ферм и комплексов: Уч. пособие

89. И.А. Хозяев. Ростов н/Д: РИСХМ, 1984. - 95 с.

90. Хозяев И.А. Научные основы и инженерные методы расчетов надежности сельскохозяйственных биотехнических систем «человек-машина-животное»: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Ростов н/Д, 1984. - 42 с.

91. Ходыко С.С. Повышение надежности электростригальных машинок

92. С.С. Ходыко, Б.С. Турецкий // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -1990. №10. - С.32.

93. Шалпан В.И. Исследования отказов высокоскоростных стригальных машинок, при использовании их в условиях горно-отгонного овцеводства Кавказа: Автореф. дис. .канд. техн. наук Краснодар, 1972 - 225 л.

94. Шейнин A.M. Основные принципы управления надежностью машин в эксплуатации / А.М.Шейнин. М.: Знание, 1977. - 60 с.

95. Шишина И.А. Обоснование параметров режущего аппарата машинок для стрижки овец на заданную высоту среза шерсти: Автореф. дис. . канд. техн. наук; Азово-Черномор. гос. агроинж. акад. Зерноград, 2001. - 197 л.

96. Шишонок Н.А. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники / Н.А. Шишонок, В.Ф. Репкин, Л.Л. Барвинский. М.: Сов. радио, 1964.-551 с.

97. Шпилько А.В. Экономическая эффективность механизации сельскохозяйственного производства / А.В. Шпилько, В.И. Драгайцев, Н.М. Морозов. -М.: РАСХН, 2001.-346 с.

98. Atkinson K.R A study of a modern sheep shearing handpiece / K.R. Atkinson D.E. Henshaw Iagric. Engng. Res. 1977. - 22. - Vol.2. - P. 122-145.

99. A. M. Breipol. A Unite Allocation of Required component Reliability"Procend-th. Nat. Symposium on Reliability and Quality Control in Elek-troniks".- 1961.-№1.

100. Field B.W. Redution in sheep-shearing power requirements by altering cutter geometry /B.W. Field //1. Agr. Eng. Res. 1990. - Vol.45 - P.77-88.

101. Field B.W. The development of a new sheep shearing hand piece /B.W.Field // Agr.Eng.Australia.-1985.-Vol. 19, №2.- P. 9-13.

102. Field B.W. In Australia: Sheep Shearing by Robot / B. W. Field // Agricultural engineering, -1982.-June.-P. 8-10.

103. P. R. Gyllenhaal and J. E. Robinson. Reliability cost Optimization Procedure. Proceedings fifth national Symposium on Reliability and Quality Control. Philadelphia, pa. January 11. 14,1959.