Статьи
Главная > Статьи > Исследование вероятностных характеристик работоспособного состояния дождевальных машин
Исследование вероятностных характеристик работоспособного состояния дождевальных машин

УДК 631.347.2
А.П.Сысоев, инж.

Дождевальные машины, работающие на оросительной системе, созда­ют поток требований на техническое и технологическое обслуживание и устранение неисправностей. После проведения того или иного вида обслуживания дождевальная машина вновь возвращается в сферу исполь­зования и снова становится источником требований на обслуживание. Такой процесс обслуживания характерен для большинства машин, экс­плуатирующихся в сельском хозяйстве.
В процессе использования дождевальная машина может находиться в различных состояниях, постоянно меняя их по сложной схеме. Основ­ным является состояние, при котором осуществляется «чистая работа» - полив. Чем выше вероятность нахождения дождевальной машины в состо­янии «чистой работы", тем производительнее она используется.
Все другие состояния относятся к непроизводительным потерям вре­мени из-за остановок на неплановый ремонт и обслуживание.
Остановки дождевальной машины обусловлены рядом различных фак­торов. Основные из них: надежность конструкции машин, структура цикла технического обслуживания, режим орошения сельскохозяйствен­ных культур и т.д.
На основании опыта эксплуатации остановки дождевальных машин при выполнении поливных работ можно разделить на две группы. К пер­вой группе относятся непродолжительные остановки технического и технологического плана, возникающие в течение смены и устраняемые в полевых условиях обслуживающим персоналом (машинистами-операторами). Ко второй группе относятся продолжительные остановки, свя­занные с неплановым ремонтом машины или других элементов внутрихо­зяйственной части оросительных систем, а также простои при выпол­нении номерных технических обслуживаний.
Как известно, поддержание дождевальной техники в работоспособ­ном состоянии в нашей стране обеспечивается различными организаци­онными формами эксплуатации внутрихозяйственных оросительных сис­тем (ВОС), основная задача которых заключается в проведении плано­вых технических обслуживаний в соответствии с установленной их перио­дичностью, Для большинства дождевальных машин, кроме ЭДМФ «Кубань» и «Коломенка-100», принята двухномерная система обслуживания, когда TO-1 проводится через 60 ч, а ТО-2 - через 240 ч.
Однако распределение объемов поливных работ, выполняемых дождевальными машинами, их техническое состояние зависят от многочисленных факторов, а поэтому интенсивность поступления требований на обслуживание будет различна. Следовательно, заранее предугадать мо­мент постановки дождевальной машины на тот или иной вид обслужива­ния, несмотря на его регламентированность, практически невозможно. Это означает, что возникновение требований этой группы остановок носит случайный характер.
Реальные потоки требований на обслуживание дождевальных машин можно исследовать по этапам, рассматривая временные интервалы, в которых интенсивность потока принимается постоянной. При этом сле­дует учесть, что более точные результаты получаются при рассмотре­нии длительного промежутка времени (декада, месяц, оросительный сезон).
Рассмотренный выше процесс функционирования дождевальной машины на оросительной системе позволяет сделать предположение о том, что в любой конкретный момент времени она может находиться в одном из следующих состояний: П - использование по назначению (полив); Р - неплановый ремонт; Т - техническое или технологическое обслужива­ние. Определенной строгой закономерности в чередовании указанных состояний дождевальной машины нет, и поэтому с некоторой вероят­ностью она может находиться в любом из перечисленных состояний.
Вероятность Pi перехода дождевальной машины в i-е состояние определяется отношением числа переходов Кi в это состояние к сум­марному числу переходов машины в различные состояния, т.е.


где n - суммарное число переходов дождевальной машины в различные состояния.
Интенсивность λi перехода машины в i -е состояние за промежу­ток времени t определяется по формуле


Для аналитического описания вероятностей нахождения дождеваль­ных машин в различных состояниях можно использовать математический аппарат теории однородных марковских процессов. Уравнения, описывающие стохастическое поведение дождевальных машин, имеют следующий вид [ I ] :


При установившемся процессе эксплуатации дождевальной машины, т.е. t →∞, вторые слагаемые во всех четырех уравнениях стано­вятся равными нулю и значения вероятностей Р0 и Р1 перестают за­висеть от начальных условий, т.е. от того, была исправной или не­исправной машина в момент t = 0.


Полученная зависимость (7) идентична стандартной формуле для определения коэффициента готовности в соответствии с ГОСТом 13377-75 [2] . Коэффициент готовности в этом случае tв равен
Кг = Т/(Т +tв), (8)
где Т - наработка машины за определенный промежуток времени, ч;
tв - суммарное время восстановления работоспособности машины при эксплуатационных отказах за время Т .
Из уравнения (8) следует, что суммарное нормативное время устра­нения отказов tвн за нормативную наработку Тн связано с коэффициентом готовности


Полученным выражением (9) можно пользоваться дли определения верхних границ времени восстановления машин при разработке норма­тивно-технической документации на новые конструкции поливной тех­ники.
Вместе с тем следует отметить, что приведенные аналитические зависимости по определению вероятности нахождения дождевальных машин в работоспособном состоянии дают несколько завышенные значе­ния Кг в сравнении с реальными условиями эксплуатации. Поясним это конкретным примером. По протоколам МИС коэффициент готовности дождевальной техники находится в довольно высоких пределах 0,95...0,98, в то время как в условиях хозяйств-водопользовате­лей он составляет 0,82...0,92. Расхождения в численных значениях Кг объясняются тем, что при проведении госиспытаний фиксируются в основном только два состояния машин: работоспособное и неработо­способное (состояние непланового ремонта).
В условиях рядовой эксплуатации смена возможных состояний происходит по более сложной схеме, а их число может быть больше двух.
Например, фильтр для очистки воды, устанавливаемый на дожде­вальной машине «Фрегат», предназначен для дополнительной очистки воды и должен обеспечивать фильтрацию воды с допустимым уровнем концентрации механических примесей. Если в процессе использования дождевальной машины произойдет засорение фильтра, то изменится его пропускная и фильтрующая способность, что в конечном счете приве­дет к нарушению скорости движения ходовых тележек и, как следствие этого, к искривлению водопроводящего трубопровода, при котором дальнейшая эксплуатация машины невозможна. В этом случае наступает постепенный отказ («по параметру»).
Дин предотвращения последствий подобных отказов специализирован­ные звенья по обслуживанию поливной техники или машинисты-операторы проводят ее техническое обслуживание, при котором фильтр разбирают, очищают, промывают и снова собирают. Дождевальная машина при этом неработоспособна. Аналогичные ситуации возможны и для других механизмов, узлов и агрегатов машины.
Наряду с описанным состоянием дождевальной машины при техничес­ком обслуживании необходимо выделять и учитывать еще один вид об­служивания - технологическое обслуживание. При этом виде обслужи­вания, несмотря т то, что конструкция работоспособна, использо­вать ее по прямому назначению нельзя.
Приведенный выше анализ возможных состояний дождевальных машин на оросительной системе в условиях сельскохозяйственных предприя­тий (колхоз, совхоз, РПО «Полив» и т.д.) показал, что они могут находиться в 3...6 основных состояниях, к числу которых можно от­нести следующие:

  1. дождевальная машина работоспособна и ее можно использовать по прямому назначению;
  2. дождевальная машина неработоспособна из-за возникновения отказа и нахождения ее в ожидании ремонта и непосредственно на ремонте;
  3. дождевальная машина неработоспособна ввиду того, что она проходит плановое техническое обслуживание;
  4. дождевальная машина работоспособна, но ее нельзя использо­вать по прямому назначению по технологической причине в зависимос­ти от режима полива сельскохозяйственных культур (технологический простой);
  5. дождевальная машина работоспособна, но полив не производит из-за технологического обслуживания (проводится транспортировка машины с позиции на позицию или с одного конца орошаемого участ­ка на другой).

Основным состоянием дождевального агрегата, как было отмечено выше, является состояние чистой работы (полив).
При использовании дождевальной машины до прямому назначению мо­гут возникнуть технические неисправности, при которых дальнейшая ее эксплуатация невозможна. В этом случае дождевальная машина из работоспособного состояния переходит в состояние непланового ре­монта. Прежде чем перейти в состояние непланового ремонта, дожде­вальная машина некоторое время будет находиться в промежуточном состоянии - «ожидании обслуживания".
Если же в процессе эксплуатации дождевальной машины отказ не возникает, то происходит переход из состояния чистой работы в состояние технологического обслуживания.
Номерные технические обслуживания TO-I, ТО-2, ТО-3 назначаются в зависимости от наработки машин и для качественного выполнения всего комплекса работ по их обслуживанию, необходимо дождевальную машину установить на заранее выбранный участок орошаемого поля, т.е. произвести перегон машины. Это касается и дождевальных машин кругового действия, работающих на двух позициях. После завершения полива на одной позиции машина транспортируется на вторую позицию, после чего производится ее техническое обслуживание. Указанные виды работ осуществляются специализированным звеном.
Из сказанного выше следует, что непосредственный переход машины из состояния чистой работы в состояние технического обслуживания, минуя промежуточное состояние - технологическое обслуживание, в большинстве случаев невозможен.
После проведения необходимых работ до обслуживанию и подготовке машины к очередному поливу она переводится в состояние технологи­ческого простоя, т.к. режим орошения многих сельскохозяйственных культур предусматривает некоторый перерыв в работе. Длительность межполивного (вынужденного) простоя зависит от природно-климатических условий региона, орошаемой культуры, площади орошения и т.д.
Ранее проведенными исследованиями установлено, что потоки тре­бований на обслуживание парка дождевальных машин хотя и имеют сложную структуру, но с учетом некоторых допущений их можно рас­сматривать как простейшие. Исходя из этого предположения, случай­ный процесс следует рассматривать как марковский процесс с дис­кретными состояниями, постоянными интенсивностями перехода и непрерывным временем.
Граф вероятностные состояний дождевальной машины, построенный в соответствии с вышеописанным принципом функционирования и возоб­новления ее работы (на примере ДКШ-64 «Волжанка»), представлен на рис.1.



где вi (1…6) соответственно вероятности нахождения дождевальной машины в работоспособном состоянии, ремонте, техническом и техно­логическом обслуживании, ожидании ремонта и начала следующего по­лива; λi,j- интенсивность перехода дождевальной машины из состояния i в состояние j , 1/ч; μi,j - интенсивность обслужи­вания дождевальной машины при ее переходе из состояния i в сос­тояние j , 1/ч.
Интегрирование системы дифференциальных уравнений вызывает большие затруднения, поэтому задача по определению вероятностных характеристик дождевальной машины решалась на ЭВМ «Наири-3» с ис­пользованием стандартной программы «Рунге-Кутта» (точность вычис­лений
ζ = 0,01, шаг вычислений h= 5 ч) при следующих начальных условиях в2 = 1; в1= в3= в4 = в5= в6 = 0 и пределах интег­рирования t0 = 0, tmax = 1000 ч.
Проведенные исследования по изучению зависимости вероятностных характеристик дождевальной машины от времени ее эксплуатации, вы­полненные с помощью ЭВМ, позволили установить зависимость работо­способного состояния машины от наработки (рис.2) при различных значениях интенсивности μi и λi. Численные значения μi и λi определены в производственных условиях на первой очереди Спасской оросительной системы Куйбышевской области с учетом реальных режи­мов эксплуатации дождевальных машин (табл.1).
Анализ расчетных данных показал, что вероятность в2 нахожде­ния дождевальной машины в состоянии чистой работы (полив) с уве­личением наработки Т уменьшается по экспоненциальной зависимости до некоторого стационарного значения при t = tcт. В нашем случае при наработке
Т ≥ 35...80 ч значение вероятности практически постоянно и изменяется в диапазоне 0,225...0,395.
Кроме определения вероятности пребывания дождевальной машины в состоянии «полив» произведен расчет по определению ее и в дру­гих состояниях.


Рис.3. Изменение вероятностей пребывания дождевальной машины в различных состояниях в зависимости от наработки: 1 - сос­тояние в1 - технологически простой; 2 - состояние в2 - полив; 3 - состояние в3 - транспортировка машины с пози­ции на позицию; 4 - состояние в4 - техническое обслужива­ние; 5 - исправное работоспособное состояние

На рис.3 показаны кривые вероятностей пребывания дождевальной машины в состоянии технологического простоя, технологического об­служивания, технического обслуживания и полива. Суммарную вероят­ность нахождения дождевальной машины в этих состояниях можно счи­тать как вероятность пребывания машины в исправном и работоспо­собном состояниях. Она находится на довольно высоком уровне и при Т >1000 ч составляет 0,885.
Таким образом, приведенные дифференциальные уравнения по опре­делению вероятностных состояний дождевальных машин позволяют с достаточной степенью точности производить объективную оценку ря­довых условий эксплуатации машины на оросительной системе.

Список использованной литературы

  1. Венцель Б.С. Исследование операций. М., 1972.
  2. ГОСТ I3377-75. Надежность в технике. Термины. М., 1975.



перейти в раздел Статьи
 

Во исполнение требований Федерального закона «О персональных данных» № 152-ФЗ от 27.07.2006 г. Все персональные данные, полученные на этом сайте, не хранятся, не передаются третьим лицам, и используются только для отправки товара и исполнения заявки, полученной от покупателя. Все, лица, заполнившие форму заявки, подтверждают свое согласие на использование таких персональных данных, как имя, и телефон, указанные ими в форме заявки, для обработки и отправки заказа.
Хранение персональных данных не производится.

Тип машины *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Производитель *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Год выпуска *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Наработка

Ваше имя *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Ваш телефон *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Ваша электронная почта