1.2. Современное состояние парка дождевальных машин.

По данным "Обзора по качеству тракторов, сельскохозяйствен­ных, растениеводческих и животноводческих машин" Центральной го­сударственной машиноиспытательной станции (МИС) за 1993 год, со­ставленному по материалам периодических испытаний машин, прове­денных МИС и по результатам обследования работы машин в хозяй­ственных условиях видно, что за 1991 год было испытано 421 образец сельскохозяйственной техники, выпускаемой заводами Российской Фе­дерации, из них 31 машина для орошения, а в 1992 году они уже не об­следовались.(81]

Преобладающими дефектами, выявленными при испытаниях сель­скохозяйственных машин, являются:

• расхождение технико-экономических показателей с данными ТУ;

• отступление от чертежей и другой научно-технической докумен­тации (НТД);

• низкое качество сборки, регулировки, подтяжки крепежа;

• низкое качество окраски и антикоррозионного покрытия, неком­плектность, подтекание топлива, некачественная упаковка;

• низкое качество сварочных работ;

• наличие конструктивных недостатков.

Нами проанализированы данные Департамента мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения Минсельхозпрода России, из которых видно, что парк дождевальных машин сократился в 1998 году по сравнению с 1990 годом почти в 2,5 раза, а процент исправных ДМ и установок, имеющихся в наличии в Российской Федерации, катастрофи­чески падает и на данный момент составляет менее 50 % из имеющегося парка машин. Из чего следует, что растет и число отказов, (таблицы 1.2, 1.3).

Рассмотрев наличие и состояние ДМ и установок, мы выбрали объектами исследований машины ДДА-100, "Фрегат", "Волжанка", так как они составляют основной парк поливной техники на современном этапе. В настоящее время эти марки дождевальных машин находятся в производстве.

1.3. Особенности дождевальных машин как систем с точки зрения теории надежности.

В данной работе мы будем рассматривать дождевальную машину как сложную конструктивную подсистему оросительной сети. Хотя удельный вес ДМ как подсистемы ОС невелик, степень их надежности во многом определяет безотказность оросительной системы в целом.

Дождевальная машина - последнее связующее звено в цепочке эле­ментов оросительной системы - "источник орошения - водопотреби- тель". Основное требование к ней - обеспечить массив орошения задан­ной поливной нормой, оптимальной для данных эксплуатационных условий.

Специфическая особенность ДМ состоит в том, что это система движущихся узлов и механизмов и их комплектующих, которую можно рассматривать аналогично другим сельскохозяйственным машинам.

Таблица 1.2

Наличие и техническое состояние дождевальных машин и установок в Российской Федерации.

Годы	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998
Наличие, шт.	71303	66490	63345	58350	52697	53176	41332	35461	29880
Исправные, шт.	66469	51626	54169	40397	40533	33941	20380	17425	14430
Процент исправных, %	93	78	85	69	77	64	49	49	48

Таблица 1.3

Парк дождевальной техники по состоянию на 01.01.97.

Машина	Всего		Исправных		С истекшим сроком службы		Площадь орошения
	тыс. шт.	%	тыс. шт.	%	тыс. шт.	%	тыс. га	%
Фрегат	15,1	36,53	7,4	49,01	7,929	52,51	911	36,60
Волжанка	10,7	25,89	5,8	54,21	6,364	59,48	483	19,41
Днепр	1,885	4,56	0,87	46,15	0,515	27,32	141	5,66
Кубань	0,701	1,70	0,32	45,65	0,1	14,27	71	2,85
ДДА-100	6,283	15,20	2,828	45,01	2,898	46,12	597	23,99
ДДН	3,398	8,22	1,523	44,82	1,912	56,27	216	8,68
Прочие	3,265	7,90	1,706	52,25	1,443	44,20	67	2,69
Всего	41,332	100	20,38	49,31	21,561	52,17	2489	100

Процесс функционирования дождевальных машин может быть оценен показателями качества и показателями эффективности ее работы. Показатели оценок работы выбираем с учетом экологических требова­ний. Под уровнем качества функционирования понимается отношение характеристики качества функционирования системы в некотором дан­ном состоянии к соответствующей характеристике в исправном состоя­нии. В качестве показателя эффективности функционирования системы принимается "выходной эффект", т.е. полезный результат, получаемый при эксплуатации ДМ за данный интервал времени.

Конкретные показатели указанных оценок работы системы выби­раются в зависимости от назначения, типа, характера работы. Для оценки качества выполнения основной функции ДМ принимаются рас­ходы подаваемой растениям воды или отношения этих количеств для пе­риодов нарушенного или нормального функционирования.

Дождевальные машины относятся к многофункциональным систе­мам, так как они должны обеспечить подачу заданных количеств воды для различных сельскохозяйственных культур и обеспечить требуемое качество и давление в точках ее отбора из системы.

Под отказами ДМ понимаем события, заключающиеся в наруше­нии нормального выполнения ею функций водообеспечения орошаемого поля. В результате отказов в ДМ могут происходить следующие виды нарушения нормального количества и качества водообеспечения оро­шаемого поля: [1] (рис. 1.3) Схема функционирования дождевальных машин как систем с детерминированным и управляемым процессом во­дообеспечения. Верхняя горизонтальная прямая 1 представляет график подачи заданного (постоянного) расхода; пунктирная линия 2 - график фактической подачи воды системой (при ее исправном состоянии); линия 3 соответствует предельно допустимому уровню временного снижения подачи воды (по условиям технологического процесса); линия 4 - пол­ному прекращению подачи воды.

1 2

Рис. 1.3. Схема функционирования системы с детерминированным и управляемым процессом

Рассмотрим:

а) временное снижение подачи, не достигающее предельно допу­стимого уровня.

Пусть длительность этих периодов будет r₁, r₂, r₃; для каждого периода глубина снижения h_i <h _норм, ,(т. е. ниже допускаемой норма­ми); относительные глубины снижения, т. е. отклонения наибольшего наблюдаемого снижения к допустимому нормами , будут соответственно

h_i /h_норм

В числе показателей качества функционирования могут быть ис­пользованы суммарная длительность интервалов подобных снижений за поливной период ; отношение , где Т - общая длительность

периода проведенных наблюдений; средняя глубина снижения

, где n -общее число снижений подобного рода;

б) временное снижение подачи ниже допустимого уровня, т.е. час­тичные отказы системы.

Длительность их периодов t₁, t₂, … и т.д. ; глубина снижения h_i >h _норм

Для оценки качества функционирования могут быть получены по­казатели, аналогичные приведенным в п. "а" (и по длительности и по глубине); в этом случае величина h_i /h _норм >1;

в) перерывы подачи воды на орошаемое поле.

В качестве оценки функционирования в данном случае может ис­пользоваться критерий ∑Т_io (в поливной сезон), а также критерий Ɵ₁, характеризующий эффективность работы системы:

(1.2)

где отношение времени безотказной работы к календарно­му сроку работы.

Критерий , полученный в результате статистической обработки данных наблюдений, позволяет определить статистическую вероятность безотказной работы ДМ. Если учитывать все виды отказов (недопустимое снижение и перерыв в подаче воды), то соответствующий критерий будет определяться из выражения

(1.3)

Значительно сложнее осуществление оценки качества функциони­рования систем со случайным и неуправляемым процессом.

Наличие в ДМ большого числа элементов с разным уровнем на­дежности значительно усложняет расчет ее надежности, так как требует проведения громоздких вычислений вероятностей всевозможных состоя­ний системы. Поэтому ДМ рассматриваем как совокупность подсистем, состоящих из элементов с одинаковой надежностью. Тогда для каждой подсистемы расчет надежности значительно упрощается. Затем возмож­но объединение подсистем в общую систему и рассматрение надежности ДМ в целом.

При оценке показателей надежности ДМ существует необходи­мость изучения причин, характера и законов распределения отказов от­дельных элементов, разделение отказов по причинам и характеру воз­никновения при расчете надежности элементов и систем во времени. Большую роль при разработке методов расчета надежности ДМ имеют законы распределения отказов во времени. В настоящее время наиболее детально разработаны методы расчета надежности систем для стацио­нарного пуассоновского потока отказов элементов, который должен удовлетворять трем свойствам: стационарности, отсутствию послед­ствий и ординарности.

Стационарность предусматривает независимость вероятности от­казов от времени, отсутствие последствий - независимости отказов в дальнейшем от числа отказов, которые произошли раньше.

Ординарность означает, что вероятность одновременного появле­ния двух и более отказов в некоторый момент времени значительно меньше по сравнению с вероятностью появления одного отказа.

Если рассматривать зависимость интенсивности отказов элементов дождевальных машин от времени эксплуатации, то можно отметить, что на надежность значительно влияют отказы в период приработки и в пе­риод износа, (рис. 1.4)

Рис. 1.4. Характер распределения отказов:

1- период приработки;

2- период нормальной работы;

3- период износа

Промежуток времени от 0 до 1 является периодом приработки эле­ментов. Значение интенсивности отказов в этом периоде достаточно ве­лико. В этом промежутке времени наиболее часто выходят из строя де­фектные элементы. Постепенно интенсивность отказов снижается, при­ближаясь к некоторой установившийся величине , соответствующей сле­дующему периоду, называемому периодом нормальной эксплуатации, когда происходят лишь внезапные отказы, еще не наступил износ. Этот промежуток времени характеризуется постоянным значением интенсив­ности отказов. Третий интервал несет рост интенсивности отказов, вы­званных старением.

В данной работе мы рассматриваем периоды нормальной эксплуа­тации, то есть срок службы рассматриваемых нами машин находится в пределах от трех до восьми лет.