сотрудник
Россия
сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
г. Уфа, Россия
Аграрное производство характеризуется сезонностью выполнения механи-зированных работ при возделывании сельскохозяйственных культур. Кроме того, величина износа агрегатов и систем техники зависит, с одной стороны, природно-климатическими условиями и с другой- номенклатурой выполняе-мых операций в плановом периоде, а также организационными, производ-ственными и техническими условиями в конкретном хозяйстве. Агрегаты и системы трактора взаимосвязаны между собой и взаимозависимы друг от дру-га, т.е. величина износа одних деталей оказывают влияние на износ других. В связи с этим, целью исследований является выработка концепции обеспечения работоспособности тракторов в АПК путем оптимизации расхода ресурса аг-регатов и систем с учетом условий их функционирования. Наиболее перспек-тивным направлением повышения эффективности эксплуатации тракторов яв-ляется разработка мероприятий по оптимизации расхода ресурса их агрегатов и систем с учетом условий их функционирования. Для прогнозирования из-менения физического параметра детали, агрегата, системы трактора на плано-вый период эксплуатации, вводиться понятие- показатель расхода ресурса, который определяет величину изменения диагностического параметра состоя-ния агрегата за единицу выполненного объема работ. Оценка состояния трак-тора осуществляется уровнем расхода ресурса их агрегатов и систем, который дает возможность оперативно отреагировать на состояние технической экс-плуатации техники, условия их функционирования и разработать мероприя-тия по оптимизации расхода ресурса. Уровень расхода ресурса (Урр) трактора, теоретический может меняться от 0 до 1. При этом Урр=0 предполагается, что трактор списывается с баланса хозяйства или отсутствует; при Урр=1–трактор находится в исправном состоянии и все параметры трактора имеют номи-нальные значения. При известных закономерностях изменения уровня расхо-да ресурса для различных видов сельскохозяйственных операций, появляется возможность планирования номенклатуры работ для каждого трактора на плановый период с учетом оптимального расхода ресурса их агрегатов и си-стем.
сельскохозяйственные тракторы, работоспособность, расход ресурса, условия функционирования, эффективность тракторов
Введение. Основными отраслями производства в АПК принято считать растениеводство и животноводство. Растениеводство является наиболее энергоемкой отраслью, поскольку связано с применением энергетических средств для выполнения всего технологического процесса по возделыванию сельскохозяйственных культур [1, 2, 3]. Поэтому конкурентоспособность конечной продукции, в основном, определяется эффективностью эксплуатации мобильных технических средств, используемые в АПК [4, 5].
Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» определена задача устойчивости положения России на внутреннем и внешнем рынках, где одним из основных направлений научно-технологического развития, на ближайшее 15 лет, определена приоритетная задача, основанная на развитии научного и инновационного потенциала как промышленности, так и аграрного производства [6].
Одним из факторов, препятствующий дальнейшему развитию АПК, является состояние технической оснащенности сельского хозяйства России. По сравнению с другими, развитыми странами, этот показатель довольно низок и составляет 3 трактора на 1000 га пашни, тогда как в Канаде, со схожими природными условиями, это показатель равен 16 [7].
Сложившаяся ситуация, в конечном счете, приводит к увеличению доли тракторов, которые подходят к срокам амортизации- 10 лет. По данным Федеральной государственной информационной системы учета и регистрации тракторов, самоходных машин и прицепов к ним, в 2020 году, доля тракторов, сроки эксплуатации которых превышают 10 лет, составило 73,1% от общего. Данная ситуация приводит к срыву агротехнических сроков выполнения технологических операций по возделыванию культур и, как следствие, к потере урожая. Для скорейшего исправления ситуации в Национальном докладе «О ходе и результатах реализации в 2018 году Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия» рекомендовано, предприятиям аграрного производства ежегодно закупать 45000 тракторов, 12000 зерноуборочных комбайнов и т.д. [7].
В связи с этим, на современном этапе развития АПК обостряется требования к эксплуатационной надежности, срокам службы техники, которые определяются комплексом мероприятий по техническому сервису [8]. Ситуация обостряется под влиянием таких факторов, как: значительная стоимость мобильных технических средств, используемые при возделывании сельскохозяйственных культур; обеспеченность работниками, занятыми как в механизированных работах, так и в обеспечении работоспособности техники; снижение показателя обеспеченности техническими средствами механизации в растениеводстве и животноводстве; увеличение объемов производства продукции АПК [9, 10]. Мероприятия по техническому сервису являются определяющими для поддержания тракторов в работоспособном состоянии, которые зависят от степени реализации операции технического сервиса, климатических особенностей при котором функционирует техника [11, 12].
Существующая система ремонтно– обслуживающих воздействий, основанная на проведении мероприятий по поддержанию тракторов в работоспособном состоянии предупредительно, не обеспечивает достаточную эксплуатационную надежность техники при возделывании сельскохозяйственных культур, поскольку данная система не учитывает условий их функционирования. Поэтому, отсутствие методов оптимизации расхода ресурса техники в АПК является основной причиной сохранения тенденции снижения эффективности их эксплуатации [13].
Целью исследований является выработка концепции обеспечения работоспособности тракторов в АПК путем оптимизации расхода ресурса агрегатов и систем с учетом условий их функционирования.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать перспективное направление повышения эффективности эксплуатации техники с учетом расхода ресурса агрегатов и систем трактора и условий их функционирования;
- обосновать необходимость комплексного, безразмерного показателя, уровня расхода ресурса трактора, учитывающего взаимосвязь степени износа агрегатов техники на эксплуатационную надежность трактора в целом.
Достижение цели основаны на следующих принципах:
- непрерывное изменение параметров состояния тракторов в процессе их использования по назначению обуславливается меняющимися техническими, эксплуатационными и природно- климатическими условиями, а изменение геометрических параметров деталей отражается на работоспособности агрегатов, систем и трактора в целом;
- эффективность использования техники в аграрном производстве в течении всего их срока службы, определяется совокупностью факторов, степень реализации которых в конкретном хозяйстве должны быть оценены: условие эксплуатации тракторов, качество ремонтно-обслуживающих воздействий, квалификация специалистов, нормативно-техническая документация;
-представленная выше совокупность факторов взаимосвязаны и взаимозависимы, оказывают влияние на величину интенсивности износа агрегатов и систем техники с одной стороны и, согласно ГОСТ 18322-78, система технического обслуживания, ремонт машин, предназначенные для уменьшения износа и восстановления их ресурса- с другой.
Условия, материалы и методы исследования.
Для прогнозирования изменения физического параметра детали, агрегата, системы трактора на плановый период выполнения определенного объема работ, необходимо ввести понятие- показатель расхода ресурса. Показатель расхода ресурса агрегата определяет величину изменения диагностического параметра состояния за единицу выполненного объема работы и может быть определена по формуле:
, (1)
где Прij- показатель расхода ресурса i- го агрегата j- ой системы трактора;
Uнij- номинальное значение диагностического параметра i- го агрегата j- ой системы трактора;
Uфij -фактическое значение диагностического параметра i- го агрегата j- ой системы трактора в к- ом периоде эксплуатации;
Wнк-объем выполненных работ в к- ом периоде эксплуатации трактора, мото-час.
Размерности номинальных и фактических значений диагностических параметров в формуле 1, соответствуют их физическим значениям.
При известном показателе расхода ресурса агрегата появляется возможность определения величины изменения его диагностического параметра на плановый период по формуле:
, (2)
где Uплij- величина изменения диагностического параметра i- го агрегата j- ой системы трактора на плановый период;
Wпл- объем работы на плановый период, мото-час.
При этом должно выполнятся условие:
, (3)
где Uпij- предельное значение диагностического параметра i- го агрегата j- ой системы трактора.
Климатические условия, условия организации производственной и техническая эксплуатация тракторов влияют на процесс износа их агрегатов, а значит на эксплуатационную надежность техники. Управление показателями расхода ресурса агрегатов трактора (Прij), представляется комплексом организационных, технических и технологических мероприятий, связанные с: правилом назначения операций технического сервиса по результатам диагностирования агрегатов трактора; регламентирующими документациями, которые содержат номенклатуру и технологию проведения сервисных работ.
Многообразие направлений деятельности сельхозпроизводителей, объем механизированных работ и условия их выполнения в хозяйствах АПК, а также номенклатура и объем работ по техническому сервису тракторов, определяют необходимость обоснования показателей расхода ресурса агрегатов техники (Прij), способствующая достижению практический значимых целей:
- соблюдение проведения технологических операций в требуемые сроки и выполнение их в полном объеме;
- соблюдение проведения сервисных работ тракторов в оптимальные сроки;
- выбор обоснованных вариантов ремонтнообслуживающих воздействий.
Как результат реализации вышеизложенных мероприятий, которые предполагают учет множество меняющихся факторов условий функционирования тракторов, появляется возможность построить управляемый процесс обоснования и минимизации показателя расхода ресурса составных частей трактора и их восстановление, включающий следующие сервисные воздействия на состояние техники: плановая замена агрегатов, капитальный ремонт, эксплуатационный ремонт, техническое обслуживание.
Изменение показателя расхода ресурса составных частей тракторов в процессе эксплуатации происходит в результате использования техники, т.е. расход ресурса, и проведение ремонтных работ, т.е. восстановление ресурса. При этом интенсивность изменения показателя расхода ресурса и его восстановление определяется уровнем технической эксплуатации тракторов [14].
Для оценки состояния трактора необходим показатель, который даст возможность оперативно отреагировать на уровень технической эксплуатации техники, условия их функционирования и разработать мероприятия по оптимизации расхода ресурса. Таким показателем является уровень расхода ресурса трактора (Урр), который может меняться от 0 до 1. При этом Урр=0 предполагается, что трактор списывается с баланса хозяйства или отсутствует; уровень расхода ресурса равен 1 –трактор находится в исправном состоянии и все параметры трактора имеют номинальные значения.
Состояние трактора в конкретный момент времени можно охарактеризовать комплексом оценок уровней расхода ресурса его j -х сборочных единиц Уррj(j=1, 2, 3, …, n). Каждому моменту функционирования трактора соответствует случайный вектор Уррj(t).
Параметр потока отказов агрегатов и систем трактора, как показатель надежности техники, может формироваться величинами диагностических параметров и являться функцией от уровней расхода их ресурсов w(t)= F{Уррj(t)}. При этом интенсивность появления отказов и время на их устранение может изменятся в широких пределах и зависеть от условий функционирования тракторов в конкретном хозяйстве.
Критерием целевой функции, которая учитывает состояние эксплуатации тракторов, можно принять затраты, связанные с оптимизацией расхода ресурса агрегатов и систем трактора C(t)=F{w(t)}. Решение целевой функции состоит в том, чтобы определить и реализовать такие управляющие воздействия на Уррj(t) при котором суммарные затраты C(t) были бы минимальными, т.е. оптимизация расхода ресурса агрегатов и систем трактора определяется оптимальной стратегией управления уровнем расхода ресурса трактора с учетом условий выполнения технологических процессов в конкретном хозяйстве (рис. 1).
Из схемы видно, что условия функционирования, определяемый комплексным показателем, уровнем технической эксплуатации тракторов (Утэт) [15, 16], влияют на уровни расхода ресурсов агрегатов трактора (Uраn), величины которых, в свою очередь, определяют уровни расходов ресурса систем (Урn) и трактора в целом (Урр). При этом регулятор Р осуществляет проверку оптимального управления эксплуатационной надежности трактора, т.е. проводится проверка соответствия параметра потока отказов (wt) конкретному уровню расхода ресурса трактора (Урр) для конкретных условий эксплуатации (Утэт), которые, в конечном счете оказывают влияние на суммарные затраты на оптимизацию расхода ресурса техники (Ст).
Утэт -уровень технической эксплуатации тракторов; Uр11, Uр12… Uр1n- соответственно, уровни расхода ресурса 1-го, 2-го, n-го агрегата, выходящих в первую систему трактора; Uр21, Uр22… Uр2n-, выходящих во вторую систему трактора; Uра1, Uра2… Uраn- соответственно, уровни расхода ресурса 1-го, 2-го, n-го агрегата, выходящих в а-ую систему трактора; Ур1, Ур2, Урn- соответственно, уровни расхода ресурса 1-ой, 2-ой, а-ой системы трактора; Урр- уровень расхода ресурса трактора; wt -параметр потока отказов, мото-час-1; Ст -суммарные затраты на оптимизацию расхода ресурса техники, р.; Р- блок проверки оптимального управления эксплуатационной надежности трактора.
Рисунок 1 – Схема системы управления уровнем расхода ресурса агрегатов и систем трактора.
Обоснование и оптимизация расхода ресурса трактора в конкретном хозяйстве предполагает выполнение следующих мероприятий:
-определение оптимального значения уровня расхода ресурса трактора на плановый период, который связан с разработкой методики оценки состояния тракторов и разработки мероприятий по его оптимизации;
-выбор варианта ремонтных работ и обоснование их объема, путем совершенствования типовых технологий восстановления ресурса техники и обоснования применения одного из видов ремонта, замена на капитально отремонтированный агрегат или замена на новый;
-планирование оптимального объёма обслуживающих воздействий агрегатов и систем трактора, предусматривающий обоснование оптимальной периодичности проведения обслуживающих воздействий для конкретного трактора в данных хозяйственных условиях.
Стратегия обоснования расхода ресурса агрегатов и систем трактора определяется путем решения систем зависимостей уровня расхода ресурса трактора от параметров меняющихся факторов для конкретного хозяйства. При этом, выдерживание значений управляющих показателей в оптимальных пределах считаться идеальной стратегией.
Возможное несоответствие расчетных и фактических показателей, при осуществлении обоснования расхода ресурса трактора, могут быть устранены проведением корректирующих воздействий на управляющие показатели для последующего периода и повторного расчета.
Таким образом, процесс проектирования управления надежностью техники в сельском хозяйстве, связан с несоответствием фактических выходных показателей оптимальным, прогнозируемым значениям из-за изменчивости внешних факторов, которая может быть решена корректировкой управляющих показателей, параллельно с уточнением входных параметров.
Анализ и обсуждение результатов исследований.
В результате анализа состояния технической эксплуатации тракторов в хозяйствах [16], можно сделать вывод, что снижение затрат на обеспечение работоспособности техники может достигаться не только повышением уровня технической эксплуатации, но и соблюдением сроков проведения мероприятий, предусмотренных при обосновании расхода ресурса агрегатов и систем трактора.
Эффективность процесса обоснования расхода ресурса для конкретного трактора в конкретных условиях его функционирования, во многом определяется степенью соответствия входных данных специфическим производственным условиям в предприятии, т.е. допущенные нами погрешности при проектировании обоснования расхода ресурса техники и его реализации, приводят к снижению эффекта по достижению конечной цели [17].
Методика обоснования расхода ресурса трактора основана на системном подходе и определяется взаимодействием трех принципов жизненного цикла техники в сельском хозяйстве: конструктивная особенность, расход ресурса и изменение состояния. Конструктивная особенность связана с конструктивно- технологическими свойствами объекта управления, трактора. Второй принцип определяется изменением геометрических размеров и диагностических параметров агрегатов, систем трактора от номинального до предельных значений. Третий принцип связан с динамикой изменения параметров состояния и эксплуатационной надежности техники с учетом условий их функционирования.
Достижение оптимальной надежности тракторов в течении всего периода эксплуатации по назначению с учетом условий их функционирования и расхода ресурса агрегатов, систем трактора предполагает разработку математического аппарата, позволяющего корректировать вводные данные и получить достоверные рекомендации по назначению вида и объема ремонтно- обслуживающих воздействий для каждой машины.
Обоснование оптимальной периодичности до ремонтных и межремонтных периодов осуществляется как основной результат реализации проекта обоснования расхода ресурса агрегатов и систем трактора. При этом определяется уровень расхода ресурса агрегатов и систем трактора и разрабатываются мероприятия по его оптимизации.
Методика назначения вариантов ремонтных воздействий основана на дополнительных исследованиях проектирования процесса обоснования расхода ресурса в межконтрольном периоде и связана с минимизацией затрат на обеспечение работоспособности трактора при выбранном варианте.
Вышеизложенные мероприятия предполагают разработку многошаговой модели управления надежностью тракторов с возможностью планирования номенклатуры операций на плановый период по критерию безотказного их выполнения по годам эксплуатации. Данная задача не выполнима без применения персонального компьютера, в виду того что, предполагается апеллировать множеством меняющимися факторами, которые являются специфичными не только для конкретного хозяйства, но и для конкретного трактора в каждом периоде их эксплуатации. При этом, считаем логичным, что периоды эксплуатации должны соответствовать не календарному году, а периодичности вида технического обслуживания, при котором предусмотрены плановые диагностические операции, т.е. в нашем случае, проектирование процесса оптимизации расхода ресурса тракторов осуществляется до следующего ТО-3, т.е. в течении 1000 м.ч.
Выводы
- существующая система ремонтно– обслуживающих воздействий, основанная на проведении мероприятий по поддержанию тракторов в работоспособном состоянии предупредительно, не обеспечивают достаточную эксплуатационную надежность техники при возделывании сельскохозяйственных культур, поскольку данная система не учитывает условий их функционирования;
- одним из перспективных путей повышения эффективности эксплуатации тракторов является разработка мероприятий по обоснования параметра расхода ресурса агрегатов и систем трактора с учетом многообразия меняющихся факторов функционирования тракторов при возделывании сельскохозяйственных культур;
- обоснована необходимость комплексного, безразмерного показателя, уровня расхода ресурса трактора, учитывающего не только износ детали, но и степень его влияния на износ агрегата в целом и дает нам возможность разработать мероприятия по его оптимизации;
- поставленные задачи исследований направлены на оптимизацию уровня расхода ресурса тракторов в течении всего срока их использования, которая основана на поиске оптимальных решений и разработке мероприятий по обоснованию управления эксплуатационной надежности техники, предусматривающая своевременность выполнения ремонтных и обслуживающих работ с минимальными затратами средств труда.
1. Рудаков А.И., Нафиков И.Р., Иванов Б.Л. Повышение энергетической эффективности сублимационной сушки сельскохозяйственных материалов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2007. Т. 2. № 2(6). С. 101-105.
2. Обоснование параметров вакуум-откачных средств с пульсирующим активным потоком / И. Р. Нафиков, Р. К. Хусаинов, Р. Р. Лукманов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 1(65). С. 67-72. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-67-72.
3. Совершенствование методики проектирования почвозащитных технологий на склоновых агроландшафтах / С.И. Чучкалов, В.В. Алексеев, И.И. Максимов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 3(71). С. 111-116. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-111-116.
4. Sabirov R.F., Ivanov B.L., Lushnov M.A. Calibration of soil humidity sensors of automatic irrigation controller // Bio web of conferences: International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019), Kazan, 13–14 ноября 2019 года. – EDP Sciences: EDP Sciences, 2020. – P. 00249. – DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20201700249.
5. Обработка результатов экспериментальных исследований использования технологий комплексного микроплазменного упрочнения рабочих органов и деталей сельскохозяйственных машин / Н.Р. Адигамов, И.Х. Гималтдинов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 3(71). С. 68-75. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-68-75.
6. Указ Президента РФ «О стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» от 01.12.2016 № 642.
7. Национальный доклад «О ходе и результатах реализации в 2018 году Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия». – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. – 180 с.
8. Хафизов К.А., Хафизов Р.Н., Нурмиев А.А. Метод расчета выброса диоксида углерода машинно-тракторными агрегатами на технологических операциях, с учетом влияния параметров агрегатов на формируемый урожай зерновых культур // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 2(66). С. 106-112. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-106-112.
9. Калимуллин М.Н., Абдрахманов Р.К. Совершенствование технологии возделывания картофеля // Техника и оборудование для села. 2017.№ 4. С. 6-9.
10. Влияние фертигации на засоление почвы / Б.Г. Зиганшин, Р.К. Хусаинов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2020. Т. 15. № 4 (60). С. 67-70.
11. Environmental Control and Test Dynamic Control of the Engine Output Parameters / A. Gritsenko, Shepelev, G. Salimonenko, et al. // FME Transactions. 2020. Vol. 48. No. 4. P. 889-898. – DOIhttps://doi.org/10.5937/fme2004889G.
12. The Role of Reverse Logistics in the Transition to a Circular Economy: Case Study of Automotive Spare Parts Logistics / I. Makarova, K. Shubenkova, P. Buyvol, et al. // FME Transactions. 2021. Vol. 49. No. 1. P. 173-185. – DOIhttps://doi.org/10.5937/FME2101173M.
13. Gritsenko A.V., Shepelev V.D., Makarova I.V. Diagnostics of the fuel supply system of auto ICEs by the test method // Journal of King Saud University. Engineering Sciences. 2021. – DOIhttps://doi.org/10.1016/j.jksues.2021.03.008.
14. Justification of the optimal annual load on the tractor providing for its parameters stress on the formed crop / K.A. Khafizov, R.N. Khafizov, A.A. Nurmiev, et al. // Bio web of conferences: International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019), Kazan, 13–14 ноября 2019 года. – EDP Sciences: EDP Sciences, 2020. – DOIhttps://doi.org/10.1051/bioconf/20201700022.
15. Ensuring possibility of functioning of tractors in agricultural production taking into account residual resources of their units and systems / I. Galiev, C. Khafizov, R. Khusainov, M. Faskhutdinov // Engineering for Rural Development : 19, Jelgava, 20–22 мая 2020 года. – Jelgava, 2020. – P. 48-53. – DOIhttps://doi.org/10.22616/ERDev.2020.19.TF012.
16. Хусаинов Р.К., Обоснование расхода ресурса агрегатов и систем трактора с учетом диференцированного подхода при назначении технологических операций на плановый период // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013. Т. 8. № 2(28). С. 73-76.
17. Совершенствование влагоаккумулирующей техники и технологии обработки почвы и посева / Н. К. Мазитов, А. Р. Валиев, Л. З. Шарафиев, И. С. Мухаметшин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 2(66). С. 74-83. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-74-83
