СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ систем капельного орошения

1. Общие сведения о теории надежности оросительных систем с использованием систем капельного орошения

2. Современное состояние парка систем капельного орошения

3. Особенности систем капельного орошения как систем с точки зрения теории надежности

4. Экологический риск при проведении полива системами капельного орошения

ГЛАВА II. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭЛЕМЕНТОВ систем капельного орошения И КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ ОТКАЗОВ

1. Структурные схемы систем капельного орошения

2. Классификация отказов систем капельного орошения

3. Построение "дерева отказов" для систем капельного орошения "Волжанка", "Фрегат" и ДДА-100МА

ГЛАВА III. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ систем капельного орошения

1. Выбор показателей надежности для систем капельного орошения

2. Показатели, характеризующие свойство безотказности..

3. Ремонтопригодность систем капельного орошения

4. Показатели ремонтопригодности и долговечности

5. Расчет эксплуатационной надежности систем капельного орошения ДДА-100МА, "Волжанка" и "Фрегат"

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ систем капельного орошения НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОРОШАЕМОГО ПОЛЯ

1. Связь надежности систем капельного орошения с экологией орошаемого поля

2. Негативные экологические последствия при отказах элементов систем капельного орошения ДДА-100МА

3. Негативные экологические последствия при отказах элементов систем капельного орошения "Волжанка"

4. Негативные экологические последствия при отказах элементов систем капельного орошения "Фрегат"

ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛИВНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОРО­ШАЕМОГО МАССИВА

1. Совершенствование существующих технологий обслуживания систем капельного орошения

2. Техническое обслуживание ДМ ДДА-100МА

3. Техническое обслуживание ДМ "Волжанка"

4. Техническое обслуживание ДМ "Фрегат"

5. Структурные подразделения инженерной службы

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

Введение

Актуальность исследований. Проблема надежности дождевальной техники остается актуальной, так как потребность хозяйств в исправных систем капельного орошения (СКО), способных обеспечить массив орошения заданной поливной нормой, оптимальной для данных эксплуатационных условий, по-прежнему очень велика и приобретает новые особенности, характерные для сложившейся на настоящий момент ситуации.

В период перехода к рыночным отношениям снизился уровень государственного контроля и регулирования качества и надежности сельскохозяйственной техники, в том числе и систем капельного орошения, значительно уменьшилось количество систем, поставленных на испытания. Хозяйства не имеют средств для обеспечения нормальных условий для эксплуатации систем капельного орошения, не говоря уже о приобретении новых систем капельного орошения, не выполняются требования по обеспечению должного экологического уровня проведения поливов.

Надежность систем капельного орошения является одним из решающих факторов в повышении производительности труда, снижении простоев систем капельного орошения, а следовательно, потерь сельскохозяйственной продукции. Оценка надежности элементов систем капельного орошения и рекомендации по ее обслуживанию должны обеспечить необходимый уровень эксплуатации, исключающий ущерб окружающей среде.

Цели и задачи исследований.

Целью исследований является оценка надежности элементов систем капельного орошения для совершенствования методов повышения эксплуатационной надежности систем капельного орошения с учетом экологических требований при организации проведения поливов.

Достижение цели работы потребовало решение следующих задач:

1. Провести анализ статистических материалов по отказам элементов систем капельного орошения.

2. Установить на основе системного анализа влияние элементов систем капельного орошения на надежность систем в целом.

3. Классифицировать отказы элементов систем капельного орошения по группам сложности.

4. Дать оценку показателей надежности основных элементов систем капельного орошения.

5. Установить взаимосвязь отказов элементов систем капельного орошения с отрицательными экологическими последствиями на орошаемом поле.

6. Разработать комплекс мер по совершенствованию профилактических и ремонтных мероприятий, комплектации запасными частями, обеспечивающими необходимый эксплуатационный уровень надежности систем капельного орошения.

Методика исследований. Исследования проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова в соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИГиМим. А.Н. Костякова (программы Россельхоз академии по научному обеспечению АПК на 1996-2000 гг. в области мелиорации и водного хозяйства 03.02 - Разработать для хозяйств ресурсосберегающие оросительные системы комплексного регулирования факторов жизни растений с замкнутым циклом водооборота).

Системный анализ отказов элементов дождевальных машин, расчеты и лабораторные опыты проводились на основе методов математической статистики и теории надежности сельскохозяйственного машиностроения.

Личный вклад автора заключается в проведении анализа статистического материала государственных испытаний систем капельного орошения типа ДДА 100МА, "Волжанка" и "Фрегат", эксплуатационных данных ВИСХОМа, ВНПО "Радуга", ВНИИГиМа, Депмелиоводхоза МСХП РФ, в определении качественных и количественных показателей надежности ДМ. Автором выполнен системный анализ влияния основных элементов систем капельного орошения на надежность систем в целом и составлена классификация отказов узлов систем капельного орошения по группам сложности, разработана методика построения "дерева отказов" для систем капельного орошения и даны предложения по совершенствованию технологий проведения технического обслуживания и профилактики систем капельного орошения.

Научная новизна. Установлены закономерности возникновения отказов элементов систем капельного орошения, влияние надежности их функционирования на формирование экологических последствий на орошаемом поле.

Разработана методика построения "дерева отказов" для дождевальных машин и составлена классификация отказов элементов систем капельного орошения по группам сложности.

Усовершенствована технология поддержания систем капельного орошения в работоспособном состоянии и соблюдения экологических требований при организации проведения поливов.

Практическая значимость результатов работы.

Классификация отказов элементов систем капельного орошения и рекомендации по их устранению дадут возможность разработчикам-проектировщикам усовершенствовать конструкции систем капельного орошения, а заводам- изготовителям при производстве новых модификаций систем.

Предложенная технология обслуживания систем капельного орошения, обеспечивающая соблюдение экологических требований, может быть использована эксплуатационными организациями для поддержания в работоспособном состоянии поливной техники при проведении поливов.

Внедрение. Полученные результаты исследований использованы при проектировании новой техники и модернизации существующих систем капельного орошения Волгоградским заводом оросительной техники (ОАО "ОРТЕХ" г. Волгоград).

Основные положения, выносимые на защиту:

• классификация отказов элементов систем капельного орошения по группам сложности;

• методика построения "дерева отказов" для поливной системы;

• закономерности влияния отказов систем капельного орошения на воз­никновение негативных экологических последствий на орошаемом массиве;

• рекомендации по совершенствованию технологии проведения технического обслуживания дождевальных машин с целью повышения их надежности и сохранения экологического равновесия на орошаемом поле.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены:

• на научно-технической конференции МГУП (20 апреля 1995 г.);

• на Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения", проведенной Почвенным институтом им.В.В.Докучаева (16-18 июня 1998 г.);

• на Всероссийской научно-практической конференции "Защитное лесоразведение и мелиорация земель в степных и лесостепных районах России", Волгоград (9-12 сентября 1998 г.);

• на научной конференции, посвященной 75-летию ВНИИГиМ, 1999 г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 страницах текста, включая 37 рисунков, 21 таблицу, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений. Библиография включает 120 наименований, в том числе 7 иностранных авторов.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам отдела орошения ВНИИГиМ к.т.н. Губеру К.В. и к.т.н. Лямперту Г.П. за помощь при работе над диссертацией.

Глава I. Основные положения теории надежности оросительных систем с использованием систем капельного орошения

1.1. Общие сведения о теории надежности оросительных систем с использованием систем капельного орошения.

Для оценки показателей надежности элементов систем капельного орошения необходимо иметь представление об общих положениях по теории надежности оросительных систем. Исследования в этой области подчиняются единственной задаче разработке действенных методов повышения и сохранения надежности при проектировании, создании и эксплуатации изделий, элементов, подсистем и системы вообще.

Применение теории надежности к гидромелиоративным объектам было начато исследованиями Ц.Е. Мирцхулавы во второй половине 50-х годов нашего столетия, труды ученого остаются наиболее многоплановыми научными работами в этом направлении до сих пор, так как в них наиболее полно изложена методика и последовательность расчета надежности объектов оросительных систем. [68, 69]

Ц.Е. Мирцхулава рассматривает оросительную систему (ОС) с использованием систем капельного орошения (СКО) как систему, функционирование которой зависит от хозяйственной деятельности людей.

Оросительная система с использованием поливной техники должна обеспечивать подачу достаточного количества воды, иметь исправные сооружения и систему капельного орошения.

Вторжение ОС с применением систем капельного орошения в природную среду осуществляется всеми ее элементами. Понятие элемента в структурной схеме надежности оросительной системы является условным.

Оросительную систему можно расчленить на конечное число подсистем (элементов), которые, в свою очередь, расчленяются на более простые элементы, (рис. 1.1)

Источник орошения- головной водозабор- насосная станция- магистральный трубопровод- систем капельного орошения- орошаемое поле

Рис. 1.1. Схема оросительной системы

Математическая модель надежности оросительной системы по структурной схеме определяется по зависимости:

гдеP_c(t) - показатель безотказности подачи воды ОС;P_i(t)- вероятность безотказной работы i-гo элемента системы в течение времени t; n - количество всех элементов.

Элементы ОС функционируют во взаимодействии друг с другом и находятся под постоянным воздействием атмосферных и климатических факторов.

Систему капельного орошения целесообразно рассматривать как сложную конструктивную подсистему оросительной сети. Более подробно систем капельного орошения как систему конструктивных и функциональных элементов, с присущими им характерными особенностями, мы будем рассматривать в разделе 1.3.

Исследованиям надежности элементов гидромелиоративных систем посвящены работы Н.А.Алексеева, С.В.Бальвы, В.А. Турина, С.Ш.Зюбенко, В.В.Иванова, В.С.Казакова, П.И.Коваленко, А.В.Магомедовой, И.И.Науменко, В.Г.Новохатного, В.И.Ольгаренко, С.А.Петухова, В.Н.Померанца, С.С.Савватеева, В.А.Солнышкова, А.В.Шевченко, О.В.Яременко и другие. [2, 5, 26, 27, 41, 45, 53, 66, 77, 78, 80, 82, 83, 86, 93, 94, 98, 99, 111,113] Вопросы оценки надежности полива систем капельного орошения (СКО) разрабатывали В.М.Афанасьев, О.Н.Балун, Ю.И.Гринь, С.Л.Крживец, Ю.П.Поляков, В.А.Ступак, А.П.Сысоев, Т.Б.Тетрадзе, [3, 4, 22, 59, 85, 100, 104, 106], а также специа­листы ВНПО "Радуга" В.Ф.Носенко, В.Г.Луцкий, А.В.Угрюмов, С.М.Давшан, Н.В.Данильченко, В.П.Жидовинов, Л.В.Петренко, Г.А.Ландес [29, 31, 32, 36, 37, 60, 62, 89], ВНИИГиМК.В.Губер, Г.П.Лямперт [24, 58, 65], ВИСХОМ Г.И.Грудева[ 23 ].

Основные понятия надежности, ее термины и определения установлены в ГОСТ 27.002-89 [ 20 ].

Исследования, обеспечение и оценка надежности системы и ее элементов осуществляется на всех стадиях жизненного цикла "проектирование- отработка-производство- эксплуатация", (рис. 1.2) [74]

Для обеспечения надежности техники в машиностроении разработана комплексная система обеспечения надежности объекта производства (ОКСОН), определяющая комплекс организационно-технических мероприятий, которые необходимо осуществить в процессе разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации изделий. Основные этапы этой системы приведены в таблице 1.1. [75]

Суть системы обеспечения надежности и управления качеством заключается в практической реализации программно-целевых принципов и мероприятий по обеспечению качества и надежности на всех уровнях жизненного цикла технической системы и ее изделий.

В данной работе для оценки показателей надежности элементов систем капельного орошения из структуры системы обеспечения надежности и управления качеством выбран этап эксплуатации.

На этой стадии должны обеспечиваться следующие мероприятия: своевременная комплектация и качественная поставка изделий и эксплуатационной документации в хозяйства, эксплуатирующие СКО; осуществление авторского и гарантийного надзора за поставляемой техникой; исследование и устранение причин отказов эксплуатируемой техники; проведение работ по совершенствованию порядка и правил эксплуатации изделий, упорядочению запасных частей и принадлежностей, дальнейшему повышению срока службы изделий.

В целом проблема надежности ОС охватывает широкий круг вопросов, связанных с обеспечением и поддержанием требуемого уровня надежности элементов, входящих в ее состав. В наших исследованиях мы остановились на двух последних мероприятиях стадии эксплуатации.

Таблица 1.1.

Схема комплексной системы обеспечения надежности

сельскохозяйственных машин.

Наименование этапа		Мероприятия по обеспечению надежности на этапах разработки и производства
1		2
Разработка технического задания научно-исследовательских работ: научное прогнозирование и анализ достижений отечественной и зарубежной науки по машинам- аналогам; выбор и обоснование принятого направления исследо­ваний		Сбор, обработка и анализ отечествен­ной и зарубежной информации по достигнутому уровню надежности машин-аналогов
		Выбор принципиальных конструк­тивных решений для обеспечения максимального уровня надежности. Расчет прогнозируемых показателей надежности
Экспериментальные исследования (стендовые испытания)		Разработка испытательных стендов, изготовление стендов, макетов и экс­периментальных образцов. Проведе­ние стендовых (функциональных, ре­сурсных) испытаний. Анализ резуль­татов, выявление необходимости проведения дополнительных экспериментов по обеспечению надежности узлов и агрегатов
Разработка технического задания: эскизная отработка отдельных узлов и наиболее ответственных деталей; разработка технического проекта, прочностной расчет основных узлов и деталей		Оптимизация конструкции опытного образца, разработка проекта крите­риев предельных состояний
		Функциональные и прочностные рас­четы
Разработка рабочей конструкторской документации		Разработка конструкции основных узлов и деталей с учетом требований по надежности
Разработка рабочих чертежей и деталей		Разработка конструкции основных узлов с учетом требований по надеж­ности
Разработка проекта технических условий		Разработка и включение в документацию показателей надежности машины, составление рекомендаций по ТО, ремонту и эксплуатации
Разработка паспорта по обслуживанию машины	Разработка критериев отказов и предельных состояний, номенклатуры запасных частей
Разработка опытных образцов и проведение этапа предварительных испытаний, разработка программы-методики испытаний узлов и машины в целом: заводские испытания ресурсные испытания тензометрирование проведение испытаний на ремонтопригодность
	Уточнение показателей надежности и критериев предельных состояний
	Проведение стендовых ресурсных испытаний
	Тензометрирование узлов, агрегатов и несущих систем
	Проверка ремонтопригодности конструкции и степени приспособления ее к диагностике
Корректировка документации по результатам предварительных испытаний	Уточнение характеристик надежности по результатам испытаний
Переработка чертежей и подготовка комплекса документации	Выборочный авторский надзор за качеством изготовления и соблюдением правил эксплуатации достоверной оценки нарушений работоспособности и надежности машины
Разработка мероприятий по повышению надежности	Сбор и обработка информации по надежности. Разработка путей совершенствования конструкции и мероприятий по повышению надежности

Надежность как количественную характеристику элементов и систем невозможно измерить, ее рассчитывают на основе анализа статистических данных по отказам.

Для проведения исследований мы использовали результаты периодических испытаний дождевальных машин, проводимых различными машиноиспытательными станциями (МИС), данные наблюдений за системами капельного орошения в условиях эксплуатации ВНИИГиМа, ВИСХОМа , ВНПО "Радуга", Минсельхозпрода России.

Особую ценность представляла информация, содержащая следующие данные:

• перечень отказов, включающих марку и номер наблюдаемой системы, наименование агрегата, детали, вида отказа, причину его возникновения, наработку до отказа, время и способ устранения, наименование организации, проводивший наблюдение;

• показатели надежности, включающих номер системы , наработку за период наблюдений, число отказов, наработку на отказ, время устранения отказов, коэффициенты готовности и технического использования (по оперативному времени), удельные суммарные оперативные трудоемкости технического обслуживания (ТО) и устранение отказов.