9.2. Обоснование биоэргономических основ совершенствования сельскохозяйственных машин

Для решения проблемы обеспечения повышения надёжности и качества сельскохозяйственных машин необходимо начинать с анализа их подсистем нижнего иерархического уровня (показателей надёжности деталей – узлов – агрегатов сельскохозяйственных машин) и усовершенствовать конструкции сельскохозяйственных рабочих органов для продления их жизненного цикла на всех этапах эксплуатации.

Наиболее высокую наработку в почве имеют насекомые с зубчатыми роющими конечностями. Это сравнение полностью реально, поскольку сравнение продуктивности роющих почву насекомых, которое проводилось ранее, с таким же показателем современных землеройных машин показал, что у роющих насекомых, этот показатель выше в 50…80 раз.

В результате разработки с учётом биосистемного анализа «Надёжность–качество», модернизированного рабочего органа (рис. 9.2) обеспечиваются двойные обратные связи взаимодействия показателей надёжности элементов подсистемы.

Рис. 9.2. Структурная схема биосистемного анализа рабочего органа на основе коэффициента адаптационной наработки

Такое взаимодействие повышает системную надёжность рабочего органа, так как выбранная кинематическая схема обеспечивает снижение появления существующих «известных» отказов.

Качественным показателем, характеризующим системную надёжность сельскохозяйственных машин созданных на основе показателей биоэргономики, является коэффициент адаптационной наработки. Чем выше коэффициент адаптационной наработки, тем больше работоспособность сельскохозяйственных машин. Это наглядно показывает схема структуры биосистемного анализа рабочего органа на основе коэффициента адаптационной наработки (рис. 9.2). Для определения коэффициента адаптационной наработки необходимо использовать систему вероятности безотказной работы:

(9.1)

где – число подсистем (или элементов) в системе;

– наработка на отказ подсистемы.

Полагая, что система вероятности безотказной работы описывается экспоненциальным законом, её можно представить в виде:

, (9.2)

откуда интенсивности отказов системы и подсистем связаны неравенством:

. (9.3)

Для бионического прототипа неравенство интенсивности отказов будет иметь следующий вид:

(9.4)

где – биоэргономический показатель изменения интенсивности отказов элемента системы бионического прототипа.

Каждый биоэргономический показатель, который входит в уравнение (9.4), характеризует изменение интенсивности отказа в зависимости от изменения определяемого фактора по элементам системы (форма поверхности (ФП); шероховатость (Ш); структура биологического механизма (СБМ); принцип действия (ПД); кинематические характеристики (КХ); динамические характеристики (ДХ)). Наиболее рациональное значение каждого биоэргономического фактора определяется в виде функции:

(9.5)

Интенсивности отказов систем необходимо определять по результатам экспериментальных исследований с целью более достоверного определения показателей надёжности, как для существующего рабочего органа, так и для бионического аналога. Полученные экспериментально результаты наработки, при условии, если ряду интенсивности отказов подсистем , сопоставить ряд средней наработки на отказ , то будет целесообразно, если подсистемы с большей наработкой на отказ будут иметь меньшие интенсивности отказов, то есть уравнению (9.3) можно сопоставить уравнение вида:

. (9.6)

Оно выражает почленную обратную пропорциональность интенсивностей отказов подсистем и их средних наработок на отказ. Уравнения (9.3) и (9.6) приведённые к безразмерному виду:

, (9.7)

, (9.8)

имеют суммы, почленно равные между собой. Обозначив члены уравнения (9.8) весовыми коэффициентами интенсивности отказов по элементам системы, получим их значения:

. (9.9)

После этого, соотношение весовых коэффициентов всей системы для определения интенсивности отказов можно записать в виде:

. (9.10)

На основании почленного равенства уравнений (9.7) и (9.10) интенсивность отказов подсистем примет вид:

. (9.11)

При этом весовой коэффициент интенсивности отказов всей системы является обратной величиной коэффициенту адаптационной наработки:

. (9.12)

Чем выше коэффициент адаптационной наработки, тем больше работоспособность сельскохозяйственных машин. Это наглядно показывает схема структуры биосистемного анализа рабочего органа на основе коэффициента адаптационной наработки (рис. 9.2).

Рабочие органы почвообрабатывающих машин, разработанные с учётом коэффициента адаптационной наработки по биоэргономическому подобию, позволят повысить эксплуатационную надёжность и снизить трудоёмкость ремонтно-обслуживающих работ.