Надежность и эффективность МТА при выполнении технологических процессов

 

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 

 

 

 

НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МТА  

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

Монография 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ставрополь 
«АГРУС» 
2015 
 
 

УДК 631.171 
ББК 40.72 

Н17 

Авторский коллектив: 

А. Т. Лебедев, О. П. Наумов, Р. А. Магомедов,  

А. В. Захарин, П. А. Лебедев, Р. В. Павлюк

Рецензенты: 

заместитель директора по научной работе ГНУ СКНИИМЭСХ

Россельхозакадемии, старший научный сотрудник, доктор технических наук

В. Б. Рыков; 

профессор ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», 

доктор технических наук

Н. В. Валуев

Надежность и эффективность МТА при выполнении технологи
ческих процессов : монография / А. Т. Лебедев, О. П. Наумов, 
Р. А. Магомедов и др. – Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. 
аграрного ун-та, 2015. – 332 с. 

ISBN 978-5-9596-1068-5 

Представлены основные направления решения проблемы надежности

и эффективности МТА при выполнении технологических процессов.  Получены математические зависимости, позволяющие определить соотношение затрат и условия эффективного применения технического средства, с
учетом их надежности и реальных производственных условий, в которых
они функционируют. Даны конкретные расчеты эффективности МТА при
выполнении технологических процессов. 

Для научных работников, студентов и аспирантов вузов, специалистов

сельскохозяйственных подразделений и ремонтно-технических предприятий, занимающихся модернизацией и переоборудованием техники.  

УДК 631.171 

ББК 40.72 

ISBN 978-5-9596-1068-5
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный

аграрный университет, 2015 

Н17 

СОДЕРЖАНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ ....................................................................................................... 5 
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ  
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ........................ 8 

1.1 Общие подходы к повышению эффективности  
технологических процессов ....................................................................................... 8 
1.2 Разработка обобщенной теоретической модели повышения  
эффективности технологического процесса ......................................................... 15 
1.3 Методологические принципы обоснования  
новой классификации технологических процессов ............................................. 25 
1.4 Разработка иерархической схемы технических средств ............................... 35 
1.5 Методологические подходы к повышению эффективности  
контактного взаимодействия рабочих органов машин с материалом ............... 41 
1.6 Обобщенная методика повышения эффективности  
технологических процессов за счет формирования  
требуемых свойств РПДМ ....................................................................................... 48 
1.7 Основные направления решения проблемы надежности  
и эффективности МТА ....................................................................................... 50 
 
ГЛАВА 2 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СВОЙСТВ  
И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ  
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ........................................................... 52 

2.1 Виды обработки почвы  
и основные агротехнические требования к ним ................................................... 52 
2.2 Анализ конструктивных особенностей плужных лемехов  
и способы повышения их износостойкости ...................................................... 55 
2.3 Современные способы и средства  
для испытания рабочих органов почвообрабатывающих машин 
на абразивную износостойкость ....................................................................... 70 
2.4 Анализ теоретических исследований, направленных на расчет сил  
сопротивления  почвообрабатывающих орудий и их рабочих органов ....... 74 
2.5 Теоретические предпосылки повышения долговечности  
рабочих органов почвообрабатывающих машин ............................................ 76 
2.6 Общая теоретическая модель повышения  
ресурса плужного лемеха .................................................................................. 78 
2.7 Технико-экономическая модель  
сравнительной оценки плужных лемехов ........................................................ 86 
2.8 Оценка свойств и структуры  наплавленных слоев  
с различным содержанием легирующих элементов ....................................... 94 
2.9 Моделирование долговечности рабочих органов  
по интенсивности их изнашивания в лабораторных условиях .................... 114 
2.10 Влияние износа лемехов на качество вспашки почвы 
при эксплуатационных испытаниях  
и  технико-экономическая оценка результатов исследования ......................... 125 

ГЛАВА 3 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  
АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА .................................................................. 136 
3.1 Способы повышения эффективности технологических  
процессов в сельскохозяйственном производстве ........................................ 136 
3.2 Технические особенности газодизелей и анализ экспериментальнотеоретических исследований газодизельного процесса .............................. 141 
3.3 Пути повышения эффективности  
газодизельного режима работы двигателя .......................................................... 157 
3.4 Повышение эффективности использования МТА  
с газодизельными тракторами ......................................................................... 160 
3.5 Теоретическая модель регулирования  
теплотворной способности смеси ......................................................................... 165 
3.6 Разработка дополнительных требований к эффективной газодизельной  
системы и исследование параметров газодизельного режима ..................... 171 
3.7 Экспериментальные исследования параметров МТА  
с газодизельными тракторами на операциях почвообработки  
и их технико-экономическая оценка .................................................................... 184  
 
ГЛАВА 4 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО  
СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ....................... 205 
4.1 Обзор существующей информации об износостойкости  
прецизионных деталей топливной аппаратуры ........................................... 205 
4.2 Влияние технического состояния плунжерных пар  
на выходные параметры топливного насоса  
и технико-экономические показатели дизеля .............................................. 214 
4.3 Пути повышения эффективности работы  
топливной аппаратуры дизельных двигателей ............................................ 221 
4.4 Теоретические основы повышения ресурса ТНВД  дизельных  
двигателей и прогнозирование долговечности плунжерных пар ................ 226 
4.5 Методологический подход повышения ресурса  
плунжерных пар и теоретическому обоснованию  снижения  
общего расхода топлива МТА ........................................................................ 236 
4.6 Формирование износостойкого покрытия на рабочих поверхностях 
плунжерных пар ТНВД и результаты исследования его физикомеханических и триботехнических свойств плунжерных пар .................... 247 
4.7 Стендовые испытания плунжерных пар ТНВД  
на различных режимах близких к эксплуатационным ................................. 276 
4.8 Исследование загрузки тракторов  
по данным системы GPS навигации ............................................................... 284 
4.9 Прогнозирование ресурса сравниваемых вариантов плунжерных пар  
и технико-экономическая эффективность предложенных решений........... 292 

ОБШИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ......................................................... 300 

ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................... 305 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ

За период рыночных реформ из-за диспаритета цен на сельскохо
зяйственную и промышленную продукцию и отсутствия существенной 
поддержки аграрного сектора государством произошло ухудшение положения АПК страны. Переживаемый кризис, который начался с 90-х годов 
прошлого столетия, обусловлен общим социально-экономическим положением, ошибками в аграрной политике при реформировании АПК, которые усугубились специфическими проблемами сельскохозяйственной отрасли (низкая рентабельность производства, низкий уровень цен на сельскохозяйственную продукцию, ограниченный сбыт продукции, плохая 
адаптация предприятий сельскохозяйственного машиностроения к рыночным условиям, проблемы демографического характера и кадрового обеспечения, сокращение и старение машинно-тракторного парка (МТП) и 
др.).

Такая производственная ситуация в сельскохозяйственной отрасли 

привела к тому, что в 2003 году была разработана « Стратегия машиннотехнологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года». Основой Стратегии послужили 
программные документы Президента Российской Федерации, Правительства Российской Федерации, Минсельхоза России, Россельхозакадемни и 
другие документы, определяющие агропродовольственную политику государства. В разработке Стратегии приняли участие коллективы ученых и 
специалистов ведущих научно-исследовательских институтов Россельхозакадемни, Минсельхоза России и Минпромнауки России: ВИМ, ВНИПТИМЭСХ, ВНИИМЖ, ВИЭСХ, ГОСНИТИ, НАТИ, ВНИИКОМЖ, 
ВНИИЭСХ, ВНИПТИМЛ, ВСТИСП, ВНИИО, МГАУ им. В.П. Горячкина, 
Росинформагротех.

Глубокий и всесторонний анализ фактического состояния сельско
хозяйственной отрасли, позволил довольно четко определить, что главным 
фактором, сдерживающим выход отрасли из кризиса и переход в режим 
развития, является обвальное состояние МТП. Снижение качественного и 
количественного состава тракторов, комбайнов и сельскохозяйственных 
машин вызывает пропорциональное уменьшение валового производства 
продукции и повышение ее себестоимости. Поэтому разработка, производство и введение в АПК техники нового поколения, новых механизированных технологий и форм организации использования машинных агрегатов как человеко-машинных систем должно послужить основой вывода 
сельскохозяйственного производства на общественно необходимые объемы производства отечественного продовольствия и его конкурентоспособность.

Для решения этой задачи в Стратегии предусматривалась модель 

построения инженерно-технологической сферы, которая включала шесть 
приоритетных блоков:

1 .Формирование новой машинно-технологической базы за счет 

введения высокоэффективных технологий производства продукции, оснащение их техникой нового поколения при должной подготовке кадров.

2.
Создание высокопроизводительной, надежной техники нового 

поколения и формирование парка машин для новой технологической и 
экономической стратегии.

3.
Формирование и освоение стимулирующей инвестиционной 

политики.

4.
Освоение производством высокоэффективной системы ис
пользования техники.

5.
Формирование стимулирующей технической инфраструктуры 

разнообразного сервиса аграрных това роп роизводителей.

6.
Модернизация национального машиностроительного комплек
са, интегрирование его в международную систему сельскохозяйственного 
машиностроения.

Такие стратегические задачи, поставленные перед АПК страны, в 

настоящее время в большей или меньшей степени реализованы или реализуются и внедряются на заводах производителях техники и оборудования, 
много сделано в плане интеграции в международную систему машиностроения и освоения новых машин и систем их эффективного использования. Но анализ состояния техники, его качественного и количественного 
состава, которым реально располагают сельскохозяйственные предприятия, а также уровень развития инфраструктуры технического сервиса для 
сельскохозяйственных товаропроизводителей остается практически на 
прежнем уровне. Восстановлении и поддержание работоспособности машин и оборудования более чем на 90% обеспечивается владельцами техники. Остальная доля восстановительных работ распределяется между 
специализированными ремонтными предприятиями, количество которых в 
настоящее время сокращается, и фирменными техническими центрами, 
которые обслуживают, как правило, машины, выпускаемые соответствующими фирмами.

В сложившихся условиях владельцы машин, а также некоторые 

специализированные предприятия (например. Группа Компаний «Подшипник») все более широко применяют процессы улучшения имеющихся 
машин за счет их модернизации. Этот положительный опыт в зависимости 
от масштабов и уровня точности проводимых работ при модернизации, 
позволяет товаропроизводителям экономить материальные средства в 
размере 40...80% по сравнению с новыми машинами.

Негативная тенденция в значительном сокращении выпуска техни
ки и разнообразных видов сельскохозяйственных машин, а также не достаточно высокий уровень эксплуатационной надежности поставляемых 

изделий отечественного производства, послужили причиной все более 
увеличивающихся поставок импортной техники. На наш взгляд, именно 
не полное решение вопросов стратегического обеспечения товаропроизводителей новой техникой отечественного производства, которая обладала 
бы новыми эксплуатационными характеристиками и качеством изготовления, явилось главным фактором завоевания рынка техники техникой импортного производства Импортная техника поставляется от самых разнообразных фирм производителей и, причем в самом широком ассортименте 
по своему функциональному назначению, разных мощностей, тяговых 
классов, новая и бывшая в эксплуатации.

Информация об эффективности применения такой техники носит 

самый противоречивый характер. Данные, которые представляют товаропроизводителям дилеры и машинно-испытательные станции (МИС), отличаются в несколько раз в зависимости от условий, в которых эксплуатировались эти машины. В представляемой информации практически отсутствуют исследования, которые отражают уровень эффективности применения таких машин в зависимости от интенсивности их использования и условий эксплуатации.

С другой стороны, имеющиеся публикации и издания, посвящен
ные сравнению импортных машин с отечественными, в большинстве случаев носят своеобразный «заказной» характер, который отвечает интересам дилера или производителя этих машин.

Поэтому, главной задачей данного научного издания является раз
работка и исследование новых ресурсосберегающих направлений и методологических подходов повышения эффективности сельскохозяйственного производства, который позволяет сравнивать различные варианты технических средств по эффективности их применения, с учетом надежности 
изделий и тех реальных производственных условий, в которых они функционируют.

Научное издание предназначено для научных и инженерно- техни
ческих работников, студентов и аспирантов, а также руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий, владельцев и производителей техники.

Авторы выражает слова благодарности профессору ФГБОУ ВПО  

«Донской государственный аграрный университет‖ И.Н. Краснову и рецензентам этого издания доктору технических наук В. Б. Рыкову и доктору 
технических наук ФГБОУ ВПО  «Донской государственный аграрный университет‖. Н.В. Валуеву за ценные замечания и советы, высказанные при 
написании работы. 

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНО
СТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

1.1 Общие подходы к повышению эффективности технологиче
ских процессов

Отсутствие финансовых средств и дефицит машин и оборудования 

послужили внедрению в производство и научно-техническому обоснованию рациональных форм МТС. Свое рождение в новом статусе и новые 
задачи перед МТС появились после принятия Указа Президента РФ « О 
мерах по созданию МТС для обслуживания сельскохозяйственных товаропроизводителей» в 1997 году. Работы [66, 185, 219, 220, 250, 271 и др.] посвящены этим проблемам.

В начальный период, наблюдался значительный рост количества МТС 

на территории РФ (к концу 2000 года их насчитывалось 950), а начиная с 
2001 года наметились устойчивые тенденции снижения их количества. В 
2010 году по отчетности МСХ РФ их насчитывается 68 штук [66]. Но анализ данных по основным показателям деятельности МТС показывает, что 
наряду с численным сокращением количества МТС почти в 10 раз, произошли качественные изменения по таким показателям как площадь пашни, находящаяся в собственности и арендуемая МТС. Если в 2001г. в собственности находилось 52,5 тыс. га и арендовалось 532,8 тыс. га, то в 2010 
г. в собственности находилось 572,6 тыс. га и арендовалось 1358,3 тыс. га 
пашни [66]. В расчете на 1 МТС нагрузка по обслуживаемым площадям 
увеличилась почти в 100 и в 25 раз, соответственно. Такое положение дел 
говорит о значительном укрупнении существующих МТС.

На основании функций и своего места в АПК, МТС можно определить 

как самостоятельный хозяйствующий субъект с правами юридического 
лица, который на основе использования сельскохозяйственной и другой 
техники производит совместно с сельскими товаропроизводителями, или, 
арендуя у них землю, перерабатывает и реализует сельскохозяйственную 
продукцию, оказывает другие услуги.

При этом производительность техники в целом по МТС выше, чем в 

хозяйствах примерно на 40%, а на отдельных операциях (пахота, уборка 
зерновых) - в 1,7 … 2 раза [185]. МТС внедряет интенсивные и энергосберегающие технологии обработки почвы и выращивания сельскохозяйственных культур с использованием комбинированных агрегатов. 

В них используется техника как отечественного, так и зарубежного 

производителя. Доля импортной техники в 2010 г. по зерноуборочным 
комбайнам составила 69%, по тракторам - 18% [66].

Функции МТС в регионах РФ отличаются своим разнообразием. В 

Воронежской области Павловская МТС, созданная на базе РТП, осуществляет капитальный полнокомплектный ремонт тракторов и имеет обменный 
фонд отремонтированных машин. Хозяйства передают МТС машины, ко

торые хуже используются, и силами хозяйств их восстановить невозможно. МТС взамен отдает отремонтированную машину из обменного фонда. 
При желании владельца он ее может взять напрокат, а затем получить 
свою, после окончания ремонта, либо приобрести восстановленные машины по сниженной цене из обменного фонда [185, 219]. Таким образом, хозяйства и МТС имеют возможность пополнять парк сельскохозяйственной 
техники за счет восстановления практически списанной техники. Такой 
опыт широко внедряется во всех регионах. Например, в Тульской области 
восстанавливают комбайны, в Республике Татарстан восстанавливают 
практически все виды сельскохозяйственной техники. При этом сбор изношенной и неиспользуемой или списанной техники осуществляют в плановом порядке, определяя место ее дислокации, привязывая ее к ремонтным предприятиям по специализации .

На практике это довольно хорошее мероприятие из-за недостаточной 

оснащенности и снижения должного внимания и финансирования, МТС в 
последние годы предстало в усеченной форме, с достаточно ограниченными функциями. Созданные МТС занимаются в основном узкоспециализированными операциями (например, уборка зерновых, обработка гербицидами, ремонт узлов и агрегатов и др.) и не охватывают полный спектр работ от подготовки почвы до уборки и последующей первичной переработкой продукции. Реальные показатели работы МТС Белгородской и Ростовской областей, Республик Башкортостан и Татарстан, Ставропольского 
края и других регионов страны  показывают, что эффективность использования техники намного выше, чем у обычных с.-х. предприятий. Но финансовые взаимоотношения между МТС и хозяйственниками не отрегулированы, что является главным препятствием на предоставление работ МТС 
на территории сельскохозяйственных предприятий. 

Анализ деятельности МТС за 2009 и 2010 г.г. показывает, что в на
стоящее время МТС испытывают серьезные экономические проблемы. Если в 2009 г. МТС получили прибыль, то в 2010 г. - убыток в размере 171,4 
млн. руб. Хотя объем финансовой поддержки со стороны государства и 
увеличился в 2,5 раза, но суммарная дебиторская задолженность за сравниваемый год увеличилась в 4,4 раза и составила 1,3 млрд. руб.  В расчете 
на 1 МТС это составляет 20,2 млн. руб [66]. 

Такое финансовое состояние МТС, на наш взгляд, связано с увели
чивающимся количеством импортной техники, которая приобретается по 
лизингу. Существующая налогооблагаемая база и ставки кредитования для 
МТС несовершенны, и в значительной степени отличаются по этим параметрам для сельхозтоваропроизводителей. Расчет расценок на оказываемые услуги, выбор форм организации деятельности и зона обслуживания 
МТС формируется стихийно. Комплектование производственной базы 
проработаны недостаточно и основаны, как правило, на субъективных 
подходах руководителей МТС при выборе средств механизации. 

Сложившаяся ситуация требует дополнительных мер государствен
ной поддержки МТС и это особо подчеркивает важность такого фактора, 
как роль общества при производстве продукции АПК и формировании 
эффективности технологических процессов. 

Ряд исследователей справедливо считают, что рассматривать общую 

модель повышения эффективности производства необходимо с позиции 
системного анализа, на которую указывал основоположник «Земледельческой механики» академик В.П. Горячкин [63] и его ученики [52, 121, 175]. 
Но в представленной им «триаде», технологический процесс рассматривается во взаимодействии «энергостредство-машина-среда». Развивая это 
положение появились новые исследования системы «человек-машинасреда» (ЧМС). 

За годы развития «Земледельческой механики» появились новые на
правления в развитии теории процессов, которых не было в трудах В.П. 
Горячкина. Теория сепарации зерна, разработанная Н.М. Летошневым, 
В.Н. Цециновским, И.Е. Кожуховским, Г.Д. Терсковым, И.И. Блехманом 
[97], а затем дополненная С.А. Алферовым [9], Н.Н. Клениным [131], А.Н. 
Зюлиным [114], Э.В. Жалниным [98], Э.И. Липковичем [178] и др., открыла путь к последовательному совершенствованию комбайнов и зерноочистительных машин. Проблематика создания с.-х. машин и тракторов, развитие учения о земледельческой механики успешно развивалась трудами 
И.И. Артоболевского[15], В.Н. Болтинского [36], П.М. Василенко [52], Г.Н. 
Синеокова [261], И.П. Ксеневича [148], Н.М. Летошнева [175], А.Б. Лурье 
[179] и других.

Профессор Э. В. Жалнин [97], рассматривая этапы развития учения о 

земледельческой механике, выделил пять основных периодов ее формирования и обновления. Особое внимание автор обращает на роль этой науки 
с учетом нашей реальной действительности, в которой находится современное производство. Современный этап развития земледельческой механики, автор [9] характеризует системной оптимизацией высокоадаптивных 
технологий с.-х. работ и технических средств, в соответствие с  новым исходным постулатом для их разработки, как «социальный заказ», и четкой 
ориентацией на конкретные группы товаропроизводителей в каждом регионе их расположения. Появилась новая трактовка оптимизационной задачи по эффективности машин, при которой машинопроизводитель, сельхозтоваропроизводитель и посреднические структуры (МТС, дилеры, агроснабы и т.п.) являются звеньями единой социально-производственной 
структуры, и внедряемая техника по своему общему техническому уровню, 
а значит и отдельным параметрам, должна приносить эффект (прибыль) 
всем участникам этого товарно-денежного обмена, гарантируя всем реализацию принципов взаимозаинтересованности и воспроизводства. 

Эта стадия развития теоретических знаний востребовала не только 

новый терминологический, математический, программный и технологический инструментарий, но и необходимость разработки новых и совершен