2.3. Построение "дерева отказов" для дождевальных машин "Волжанка", "Фрегат" и дца-100ма.

Из составленных нами структурных схем ДМ и классификации их отказов видно, что взаимосвязь отказов элементов и подсистем весьма сложна из-за многообразия их причин, характера проявления и послед­ствий, причем отказы обусловливаются сложной взаимосвязью объек­тивных и субъективных факторов.

К объективным относятся климатические, гидрогеологические, биологические и др.

Субъективными факторами, способствующими возникновению от­казов, являются неудачный выбор конструкции элементов или материа­лов, нарушение технологических режимов эксплуатации, недостаточное резервирование элементов, низкая квалификация обслуживающего пер­сонала, недостаточный контроль, несоблюдение правил техники без­опасности, охраны окружающей среды.

Повреждение любого элемента ДМ оказывает то или иное влияние на качество функционирования всей машины в целом. Масштабы этого влияния определяются ролью и значением отказавшего элемента.

Отказы одних подсистем , элементов могут приводить или не при­водить к отказам других подсистем или элементов. Так, например, выход из строя резинового уплотнения и кольца или износ манжеты уплотне­ния вала насоса требует их замены и прекращения на какое-то время ра­боты насоса , что ведет к остановке подачи воды к ДМ, т.е. к полному ее отказу (зависимый отказ). В то же время выход из строя одной дожде­вальной насадки ДМ или, например, вакуумметра не приводит к отказу других элементов ДМ (независимый отказ).

Тщательному анализу причин отказов и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения, способствует построение де­рева отказов и неработоспособных состояний. При его анализе исполь­зуется алгоритм построения последовательности событий, приводящих к нежелательному исходу.

Общий вид "дерева отказов" представлен на рис. 2.7. [ 74]

Рис. 2.7. Дерево отказов

При составлении дерева отказов за систему принимаем дождеваль­ную машину целиком, что соответствует определению системы с точки зрения теории надежности.

Система - упорядоченная совокупность взаимосвязанных и вза­имодействующих элементов, образующих единое целое, предназначен­ное для решения определенных задач (достижения определенных целей).

Дождевальную машину следует считать сложной системой.

Сложная система - многоуровневая конструкция из взаимодей­ствующих элементов, объединяемых в подсистемы различных уровней.

Как подсистемы ДМ рассматриваем блоки, представленные на структурных схемах, это составные части - изделия, представляющее со­бой совокупность сборочных единиц, деталей, объединенных общим конструкторским решением, соединенных на предприятии-изготовителе или на месте монтажа сборочными операциями, специально разработан­ные и предназначенные для выполнения определенных функций в соста­ве системы.

Третий уровень "дерева отказов" представлен отказами изделий. Под изделием понимается единица промышленной продукции, количе­ство которой исчисляется в штуках или экземплярах, то есть любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению на предприя­тии.

Элемент системы - часть системы, предназначенная для выполне­ния определенных функций и неделимая на составные части при данном уровне рассмотрения.

Виды воздействий, приводящие к ошибкам и дефектам, порож­дающие отказы элементов подразделяются соответственно с классифи­кацией отказов так же, как и сами ошибки и дефекты.

В таблице 2.3 мы показали наиболее характерные для ДМ "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-100МА виды отказов, а также детали или их элементы, выходящие из строя вследствие этих отказов.

Таблица 2.3

Характерные виды отказов элементов дождевальных машин.

Вид отказа	Выход из строя деталей или их элементов
Не развивает полной мощности	Насос, гидроцилиндр
Разрыв	Шланг, трос, болт
Деформация	Вал, стойка, шток
Загрязнение, окисление	Контакты
Засорение	Узел гидросистемы, фильтры,
	маслопровод, шланги, седла
Обрыв	Электропроводка
Самоотвинчивание наружных	Болт, гайка, шпилька
креплений
Ослабление просадки, увеличен­	Подшипники, втулка
ный люфт
Излом по сварке	Сварочное соединение
Потеря упругости	Пружина
Потеря эластичности, старение	Сальник, шланг, уплотнение
Потеря детали	Болт, шпонка, гайка, шплинт
Пробой	Изоляция проводов
Отсутствие показаний	Приборы

Построение дерева отказов для ДМ "Волжанка", "Фрегат" и ДДА- 100МА послужит для анализа последовательностей событий, обуслов­ливающих отказы, а также для качественного описания неисправностей и их влияния на экологическую обстановку, что поможет перейти к определению количественной оценки показателей надежности элементов машин и установлению взаимосвязи надежности ДМ с экологией оро­шаемого поля.

Далее в работе мы рассмотрим последовательности построения де­рева отказов для каждой рассматриваемой нами ДМ. Проследим вза­имосвязь между отказами элементов ДМ и установим влияние этих не­исправностей на работу машины в целом, а также на возможное воз­никновение нежелательных экологических последствий в виде размыва почв, протечек горюче-смазочных материалов, оценим влияние качества оросительной воды на работу рассматриваемых узлов.

Агрегат ДДА-100МА осуществляет полив в движении, забирая во­ду из открытых оросителей. Источником энергии для передвижения аг­регата и работы водяного насоса служит двигатель внутреннего сгора­ния трактора ДТ-75МХ-С4 (при построении дерева отказов трактор не рассматриваем). На нем смонтированы рама для крепления двухкон- сольной (симметричной) пространственной фермы с открылками и ко- роткоструйными аппаратами (насадками), насос с приводом и всасы­вающей линией, гидросистема.

Вода из оросителя через всасывающий клапан и трубу поступает в центробежный насос. Всасывающая система агрегата - одна из состав­ных частей дерева отказов ДДА-100МА. Она имеет плавучий клапан, гидроцилиндр подъема всасывающего клапана, трубопровод с двумя шарнирными муфтами, противовес. Большая часть неисправностей вса­сывающего клапана, а следовательно, и всей подсистемы, связано с за­биванием сетки грунтом и возможным ее разрывом, что объясняется плохим качеством забираемой воды. Отказы гидроцилиндра могут про­изойти из-за деформации консольной балки или разрыва троса. Плохо сваренные швы труб, перекосы при сборке вызывают разрывы труб по сварке и разрывы манжет.

Центробежный насос, который мы рассматриваем как составную часть ДДА-100МА, подает воду под напором по колену в нижние трубы фермы. Отказы насоса в основном устраняются заменой узлов, деталей или его регулировкой.

При рассмотрении гидросистемы выделяем следующие изделия: масляный шестеренчатый насос, гидроцилиндры подъема фермы и на­порную линию. Попадания посторонних абразивных частиц вызывает износ шестерен насоса. Избыточное давление влечет за собой разрыв ру­кава высокого давления напорной линии.

Особое внимание уделяем эжектору, сопло которого может закоксовываться выхлопными газами.

Как составную часть ДДА-100МА мы рассматриваем двухконсольную симметричную ферму. Поворотное кольцо в середине фермы пред­назначено для соединения двух консолей фермы и поворота ее относи­тельно вертикальной оси трактора. Из-за перекоса или недостатка смаз­ки может быть нарушено крепление ролика поворотного кольца, а из-за плохой сварки могут произойти изломы патрубка и фланца. Для консо­лей опасны обрывы резьбовых соединений штуцера, а для нижнего пояса фермынарушение крепления опорной дуги. Дождевальные аппараты устанавливают на водопроводящих трубах фермы (всего 52 короткоструйных и 2 среднеструйных (на концах) дождевальных аппарата). Для крепления открылков с насадками к трубам равномерно приварены муфты, где случается износ (или вообще отсутствие) резьбы. Наличие твердых частиц в воде вызывает износ конуса дефлектора дождевально­го аппарата.

Рассмотрев отказы ДДА-100МА, можно сказать, что для этой ма­шины характерны отказы 1-й и 2-ой группы сложности, большинство из них устраняются сварочными работами, при проведении которых необ­ходимо опорожнение ДМ.

"Дерево отказов", построенное нами для ДМ ДДА-100МА, приве­дено на рис. 2.8.

Дождевальная машина "Волжанка" представляет собой самоход­ный колесный трубопровод, снабженный среднеструйными аппаратами. Полив проводится позиционно с забором воды от гидрантов закрытой оросительной сети.

"Волжанка" состоит из двух дождевальных крыльев, работающих независимо друг от друга и присоединяющихся к разным гидрантам, по­этому при построении дерева отказов за систему мы берем одно крыло ДМ.

Мы рассматриваем как ее составную часть присоединительное устройство входной части дождевального крыла, которое состоит из колонки, телескопической трубы и опоры и служит для присоединения к гидрантам оросительного трубопровода.

Выделяем как элементы колонки гибкий шланг, подверженный разрыву из-за избыточного давления или гидроудара, и патрубок, где возможно нарушение уплотнения, так как не обеспечено должное усилие крепления.

Элементом телескопической трубы считаем манжету, разрыв кото­рой происходит при избыточном давлении и гидроударе.

Рассматриваем у опоры стойку, подверженную деформации и из­лому, и подвижной хомут, где возможен излом пружины. Все это проис­ходит из-за заложения недостаточного запаса прочности в конструкции.

Присоединительное устройство ДМ "Волжанки" является в целом достаточно надежным, как слабое звено в нем выделяем гибкий шланг и узлы соединений, при отказах которых возможны протечки воды. Для устранения этих неисправностей необходимо заменить гибкий шланг или затянуть хомут с помощью зажимного болта.

Переезд с позиции на позицию осуществляется фронтально с при­водом от двигателя внутреннего сгорания "Дружба 4" мощностью 4 л.с., расположенным на центральной тележке. Двигатель мы рассматриваем как составную часть ДМ "Волжанки", где из-за попадания твердых частиц может произойти заедание троса дросселя, а из-за истирания - его разрыв. Попадание абразивных частиц приводит к износу зубьев кони­ческой шестерни двигателя.

Передача крутящего момента от двигателя осуществляется через редуктор и два шкива на вал реверсивного механизма, а затем цепными передачами на ведущие колеса тележки и крыло машины.

Трехступенчатый реверс-редуктор имеет смонтированную на шли- цевом валу муфту переключения, которая вводится в зацепление с одной из сидящих свободно на валу конических шестерен, обеспечивая прямой и обратный ход машины, или занимая нейтральное положение. Здесь мы рассматриваем отказы муфты переключения по причине старения и из-за воздействий усилий при переключении.

При отказах двигателя и реверс-редуктора возможно протекание ГСМ на орошаемое поле.

Такую составную часть как приводная тележка мы подразделяем на ведущее колесо, цепную передачу и тормозную опору. Из-за недоста­точной регулировки и смазки происходит провисание цепей. Проскаль­зывание цепей привода колес может повлечь за собой значительное ис­кривление трубопровода у ведущей тележки и интенсивный боковой уход машины при переездах, устранить эти неисправности можно изме­нением натяжения цепей. Штанга тормозной опоры может деформиро­ваться, если заложен недостаточный запас прочности. Отказы элементов ведущего колеса аналогичны отказам элементов опорных колес.

Опорные колеса - составная часть дерева отказов ДМ "Волжанка". Если колеса проворачиваются по трубе, то происходит быстрое искрив­ление трубопровода свыше допустимого предела (1,5 м). Недостаточное усилие затяжки болтов вызывает нарушение крепления полухомутов ступиц колес, а изгибы и отрывы при сварке - деформацию спиц. Для устранения этих отказов требуется отрихтовка ободья колес, изменением

натяжения спиц, затяжка болтов креплений ступиц колеса и если есть не­обходимость - сварочные работы.

Дождевальное крыло "Волжанки" состоит из однотипных звеньев алюминиевых труб с фланцевыми соединениями, имеющими резиновые уплотнительные кольца. Отказы трубопровода занимают самую боль­шую часть от общего числа отказов. Ослабление затяжки болтов соеди­нения фланцев, а также повреждение резинового уплотнительного коль­ца вызывают течь во фланцах. Здесь же мы рассматриваем неисправ­ности сливного клапана,, которые случаются по причине засорения твердыми частицами или плохой регулировки давления на гидранте.

Из-за недостаточно высокой надежности как составную часть крыла "Волжанки" мы рассматриваем дождевальные аппараты. За из­делия считаем коромысло с противовесом и сопло, отказами - засоры и нарушение вертикального положения относительно трубопровода.

Рассмотрев неисправности ДМ "Волжанка", можно сделать вывод, что из-за достаточно простой конструкции машины, ей наиболее харак­терны эксплуатационные отказы 1-ой группы сложности, устраняемые правильным техническим обслуживанием и мелким ремонтом. Ко Н-й группе сложности относим поломки алюминиевого трубопровода, устраняемые газо-дуговой сваркой или заменой труб. К наиболее необ­ходимым запасным частям следует отнести элементы соединений звеньев трубопровода и узла присоединения, сливной клапан и дождевальные аппараты.

Построенное "дерево отказов" для ДМ "Волжанка" представлено на рис. 2.9.

Дождевальная машина ДМ "Фрегат" многоопорная, самодвижу­щаяся, работающая в движении от закрытой оросительной сети (ЗОС). На поле она вращается по кругу в направлении движения часовой стрел­ки.

Общие конструктивные элементы для всех модификаций машины "Фрегат": узел присоединения, водопроводящий трубопровод, самодви­жущаяся тележка с механизмом гидропривода, система автоматического регулирования скорости движения тележек, системы механической и электрической защиты и др. Перечисленные выше элементы мы рассмат­риваем как составные части дерева отказов ДМ "Фрегат".

Узел присоединения служит для подключения машины к гидранту ОС, состоит из неподвижной опоры, где возможна течь воды из-за на­рушения герметичности стояка или перемещение по основанию полозьев опоры из-за плохого качества бетона. Как изделие здесь мы рассматри­ваем поворотное колено с элементами: манжета и опорное кольцо, кото­рые подвержены износу и разрыву из-за старения материала или гидро­удара.

Основной водопроводящий трубопровод машины опирается на те­лежки, а также подвешен на тросах. Рассматриваем как отказы тросов их недостаточное или избыточное натяжение из-за плохой регулировки. В начальной части трубопровод шарнирно прикреплен к неподвижной опоре. Как изделия мы рассматриваем трубы, где случаются разрывы уплотнений при перекосах (изгибах) трубопровода или из-за износа про­кладок. Возникает течь воды через прокладки соединения секций трубо­провода. Среднеструйные дождевальные аппараты со сливными клапа­нами под ними установлены вдоль всего трубопровода, в конце его по­мещен дальнеструйный аппарат. Сопла дождевальных аппаратов засо­ряются при подаче воды недостаточной очистки.

Как составную часть ДМ "Фрегат" рассматриваем самодвижу­щуюся тележку, она может остановиться, отставать или выбегает вперед все это происходит из-за отказов в гидроприводе. Рассматривая колеса и рычажный механизм тележки отмечаем, что из-за плохой смазки проис­ходит заедание ступиц колес или износ втулки толкателя рычажного ме­ханизма.

На механизм гидропривода приводной тележки приходится почти половина от общего количества отказов по всей машине. Как две основ­ных составляющих здесь мы выделяем гидроцилиндр и распределитель­ный клапан, неисправности которых оказывают непосредственное влия­ние на работу самоходной тележки. Основными отказами мы считаем деформацию штока гидроцилиндра и заедание поршня гидроцилиндра, а также излом рычага-переключателя клапана или его засоры из-за пло­хой работы фильтров. Надо отметить, что при некоторых неисправно­стях возможны утечки воды как из клапана-распределителя, так и из гидроцилиндра.

Система электрической защиты может не срабатывать, например, из-за неисправностей реле или из-за разрыва электроцепи, вызванной коррозией контактов.

Система механической защиты выходит из строя из-за плохого за­крепления проволоки на кронштейне в механизме тяги или искривления стержня регулирующего клапана.

Рассматривая механизм автоматической синхронизации тележек приходим к выводу, что из-за коррозии может произойти отсутствие контакта подсоединения ртутного переключателя.

Построенное "дерево отказов" для ДМ "Фрегат" представлено на рис.2.10.

Проведя качественный анализ отказов для дождевальных машин ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат", можно сделать следующие выво­ды. Для этих машин в процессе эксплуатации наиболее характерны отка­зы 1-ой и 2-ой группы сложности, для устранение которых требуется проведение сварочных, наладочных, регулировочных работ или замена деталей как на новые , так и на отремонтированные, в легко доступных местах.

Для всех машин в большей или меньшей степени требуется провер­ка качества подаваемой воды для избежания отказов в виде засоров и истирания элементов.

Построенные нами "деревья отказов" для ДМ позволяют рассмат­ривать отдельные элементы, их конструкции с точки зрения оказы­ваемого ими влияния на работу машины, и классифицировать эти эле­менты как "существенные" и "несущественные". Выход из строя суще­ственных деталей, узлов или агрегатов оказывает большое влияние на функционирование машины, срок ее службы и на стоимостные показате­ли. Отказ таких элементов рассматривается как "опасный" отказ, приво­дящий к остановке машины. Несущественные элементы машины не ока­зывают большого влияния на работу машины, их отказы расцениваются как "безопасные".

Например, у ДМ "Фрегат" обрыв крепления неподвижной опоры к фундаменту; разрушение фланцев и трубопровода, обрыв поддержи­вающих тросов; поломка оси или почвозацепа колеса тележки; выход из строя деталей гидроцилиндра, клапана-распределителя и силовых рыча­гов в гидроприводе тележки; пробой или вырыв заделки напорных шлангов; выход из строя или разрегулировка деталей системы автомати­ческой синхронизации движения тележек приводят к остановке машины и простою производства.

При рассмотрении дождевальной машины "Волжанка" "опасными" отказами представляются: обрыв крепления колонки к гидранту; пробой или соскакивание гибкого шланга; разрушение деталей замков узла присоединения; поломка фланцев и труб водопроводящего трубопровода; обрыв или соскакивание приводных цепей, поломка де­талей реверс-редуктора, двигателя и вала-трубы на приводной тележке. Возникновение этих отказов приводит к остановке в работе машины.

Такие отказы, как негерметичность манжеты в поворотном колене, деформация рамы и труб, поломка спиц колеса, повреждения механиче­ского тормоза, подтекание воды в гидроцилиндре и напорной магистра­ли, постепенный износ трущихся деталей, сбои в работе дождевальных аппаратов и сливных клапанов, разрегулировка систем механической и электрической аварийной защиты, разрушение отдельных крепежных деталей не останавливают работы, хотя и приводят к частичному нару­шению технологического процесса полива или ухудшению общего тех­нического состояния машины.

Необходимо отметить, что такое деление элементов конструкции дождевальных машин на существенные и несущественные - условно. Забивание, например, единичного дождевального аппарата или сливно­го клапана хотя и приводит лишь к некоторому нарушению технологи­ческого процесса (ухудшается качество полива под машиной), но, если его не устранить, возникает необходимость остановки машины, так как накопившееся число дефектов не позволит производить дальнейшую ра­боту. Аналогично, увеличение количества деформированных колес дож­девальной машины "Волжанка" может привести к невозможности ее пе­реездов на следующую позицию из-за чрезмерного искривления трубо­провода.

Проследив взаимосвязь между отказами элементов дождевальных машин, выделив наиболее "опасные", то есть интересующие нас узлы и свойственные им отказы, мы переходим к определению количественных характеристик надежности этих узлов и разработке мероприятий для предотвращения этих отказов, что поможет избежать возникновение эрозии почвы, уплотнение почвы, повреждение сельскохозяйственных культур и загрязнение горюче-смазочными материалами при проведе­нии полива.