CC BY
1УДК 630*377
Михаил Идрисович Юхнин,
аспирант
umi-mik@rambler.ru Ухтинский государственный технический университет
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОСУШИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ПОКАЗАТЕЛЯМИ НАДЕЖНОСТИ
Вероятность безотказной работы, долговечность, ремонтопригодность, коэффициент технического использования, осушительный канал, гидролесомелиоративная система.
The probability of failure-free operation, durability, maintainability, the coefficient of technical utilization, bilge channel, hydro-melioration system.
Введение. Повышение производительности лесов остается главной задачей лесного хозяйства Российской Федерации. В ее решении важная роль отводилась на протяжении длительного времени гидролесомелиорации. За два с лишним века с начала производства лесоосушительных работ в России ими было охвачено более 5 млн га переувлажненных земель и получен существенный экономический эффект. Во многих гидролесомелиоративных районах имеются массивы высокопроизводительных лесов с запасом 150-400 м3/га. Немалая часть таких лесов уже вырублена и выращивается следующая генерация [1].
К настоящему времени площадь осушаемых лесов сократилась до 3 млн га, из которых только на 2 млн га экономически целесообразно проводить работы по технической эксплуатации, включающие ремонт и реконструкцию гидролесомелиоративных систем (ГЛМС) с целью сохранения и увеличения лесоводственного эффекта от лесоосушения.
Работоспособное состояние ГЛМС зависит, главным образом, от качества работы осушительных каналов, составляющих примерно 80 % от всей ГЛМС. В этой связи необходимо поддерживать работоспособное состоя-
ние осушительных каналов на длительном интервале времени (50 и более лет), и это состояние имеет вероятностный характер, оценку которого можно давать показателями теории надежности.
Методика оценки. Поскольку лесоосушительные каналы, как и вся ГЛМС, относятся к инженерным сооружениям, то для оценки качества работы каналов можно использовать показатели теории надежности - безотказность, долговечность, ремонтопригодность, а также комплексный показатель надежности - коэффициент технического использования [2].
Безотказность. Качество работы осушительного канала в основном зависит от величины его заиления в процессе эксплуатации ГЛМС. У каждого осушительного канала реализуется свое время безотказной работы, или наработки до отказа, когда он теряет свою работоспособность, т. е. мелиорирующее значение. Зависимости уменьшения глубины каналов от времени, полученные экспериментальным путем, представляют собой выборочные функции (ВФ) процесса заиления. В табл. 1 представлены данные, характеризующие усредненную ВФ процесса заиления каналов-осушителей ГЛМС Слудицкого лесничества (Ленинградская обл.). По этой ВФ получены статистические характеристики времени достижения каналами соответствующей величины их заиления, по которым составлена В-модель [3] (см. табл. 2).
Таблица 1
Время работы Математическое ожида¬ Среднее квадратиче¬ Значение кри¬
каналов, лет ние глубины каналов, см ское отклонение, см терия Пирсона
0 122,0 Не определялось -
5 91,1 15,2 0,85
10 89,8 14,7 0,80
15 60,4 17,3 0,72
20 61,9 22,2 0,84
25 54,3 18,1 0,77
37 47,6 19,6 0,93
Т аблица 2
Величина Математическое ожидание M, , лет Дисперсия времени D, лет2
заиления, по эксперимен¬ по В-модели по эксперимен¬ по В-модели
h, см тальным данным тальным данным
10 1.05 1,07 0,069 0,070
20 2,41 2,28 0,362 0,334
30 4,05 3,67 1,024 0,876
40 6,10 5,27 2,325 1,829
50 8, 75 8,97 4,783 4,968
60 13,05 13,75 10,64 11,612
Вероятностные параметры В-модели позволяют интерпретировать техническое состояние осушительных каналов с позиции теории надежности систем [2, 4, 5] и разработанную в практике проведения гидролесомелиоративных работ шкалу критериев оценки работы каналов [4-7] дополнить показателем безотказности - вероятностью безотказной работы (ВБР), см. рисунок.
Анализ процесса заиления осушительных каналов с позиции оценки ВБР показывает, что при заилении каналов до значения 0,5 от первоначальной глубины, реализованной при строительстве, ВБР составляет значение 0,42 (состояние j = 9), а при заилении на одну треть - 0,63 (состояние j = 5). Следовательно, для обеспечения функционирования осушительных каналов с более высоким показателем надежности необходимо проводить ремонтные работы на ранней стадии (состояние j = 2 или 3).
Долговечность осушительных каналов - это свойство сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния, после чего необходимы проведение профилактических мероприятий и различные виды ремонта.
Если за основу взять показатель ВБР и по его значению назначать профилактические мероприятия, то в период времени до ремонта и далее межремонтные периоды будут характеризовать его работоспособность до наступления предельного состояния (отказа). К показателю долговечности относят срок службы (ресурс). Применительно к ГЛМС срок службы
Pt
Изменение ВБР каналов-осушителей в процессе эксплуатации ГЛМС Слудицкого лесничества в зависимости от состояния В-модели
составляет 50 лет, следовательно, систематические профилактические мероприятия должны обеспечить долговечность ГЛМС на этом сроке ее службы.
Ремонтопригодность. Это свойство объекта (осушительных каналов), заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта [8, 9]. Ремонтопригодность оценивается количественно показателями: вероятность восстановления, гамма-процентное время восстановления, среднее время восстановления, интенсивность восстановления, средняя трудоемкость восстановления, а для комплексной оценки ремонтопригодности дополнительно допускается использовать показатели -удельная трудоемкость ремонта и удельная трудоемкость технического обслуживания.
Так как технологические особенности выполнения работ по технической эксплуатации ГЛМС, их объемы и специфика обусловливают различные требования к приспособленности элементов ГЛМС к проведению этих работ, то это обстоятельство приводит к необходимости применения в технической эксплуатации ГЛМС термина «эксплуатационная технологич-
ность», а общие требования по обеспечению ремонтопригодности ГЛМС должны содержать и требования к эксплуатационной технологичности ГЛМС. Если удачно спроектированная и построенная ГЛМС в процессе ее эксплуатации позволяет беспрепятственно проводить работы по ремонту и содержанию, она является ремонтопригодной и имеет высокие показатели эксплуатационной технологичности, оцениваемые, например, по показателям «вероятность восстановления» или «удельная трудоемкость механизированного восстановления».
В реальной эксплуатации ГЛМС показатели эксплуатационной технологичности существенно отличаются от требуемых в худшую сторону по разным причинам, основные из которых - несовершенство организации системы технической эксплуатации, отсутствие необходимой техники для производства энергоемких работ, а также возможное несовершенство проектов ГЛМС в отношении их приспособленности к проведению работ по технической эксплуатации. Например, многие ГЛМС, построенные 20-40 лет назад одноковшовыми экскаваторами, к настоящему времени оказались не приспособленными к проведению технической эксплуатации, поскольку на них невозможно применять существующую технику без предварительного проведения большого объема подготовительных работ, т. е. они имеют низкие показатели эксплуатационной технологичности, в частности отмеченные выше показатели - вероятность восстановления или удельная трудоемкость механизированного ремонта и технического обслуживания. Это объясняется тем, что кавальеры, образованные на эксплуатационном проезде после работы одноковшового экскаватора, остались неразровненными, заросли мелколесьем и даже сформировавшимся древостоем. Машин же, способных проводить техническую эксплуатацию передвигаясь по руслу канала, не существует. На таких ГЛМС, на которых практически утрачена эксплуатационная технологичность каналов регулирующей сети для восстановления ее работоспособности, целесообразно прокладывать новые каналы по середине межканальных полос и в дальнейшем стремиться поддерживать их необходимую эксплуатационную технологичность и таким образом обеспечивать ремонтопригодность каналов ГЛМС, с которой непосредственно связаны другие весьма важные показатели надежности, такие как безотказность и долговечность.
Установление и выбор параметров эксплуатационной технологичности ГЛМС являются до настоящего времени нерешенной задачей. Попробуем
ее решить в первом приближении, считая технологическую операцию проведения ухода за каналами - удаление кустарниковой растительности видом работ, направленных на поддержание и сохранение ремонтопригодности каналов, ибо на практике нередки конкретные ситуации, когда канал зарос кустарниковой растительностью до такой степени, что проводить технологические операции любого вида ремонта (ПР, ТР, КР) невозможно из-за полного отсутствия видимости русла канала, в котором могут находиться непреодолимые для фрезерных рабочих органов препятствия в виде камней и других предметов.
На эксплуатационном проезде вдоль русла канала кустарниковая растительность может развиться до такой степени, что перерастет в мелколесье и даже в сформировавшиеся древостой. Естественно, что при проведении ремонтных работ в русле канала потребуется предварительно подготовить для этих работ эксплуатационный проезд, т. е. потребуются дополнительные материальные затраты, связанные с обеспечением ремонтопригодности канала или его эксплуатационной технологичности. Дополнительные материальные затраты будут меньше, если кустарниковую растительность удалять во-время, не допуская превращения ее в мелколесье, т. е. превышения диаметра ствола в пневой части свыше 8 см. Для самой быстрорастущей породы - осины эта величина диаметра соответствует возрасту 9,5 лет, а поскольку разработанные срезающие устройства машин эффективно показывают свою работу при диаметре стволов кустарника, не превышающем 6 см, то этому значению диаметра соответствует возраст 6 лет. Следовательно, при планировании и установлении профилактического режима не желательно допускать случаев, когда кустарниковая растительность не удаляется на временном интервале 6 лет. Исходя из этого обстоятельства и применительно к рассматриваемой ГЛМС Слудицкого лесничества, при построении режима профилактики технологическую операцию механизированного ухода за каналами - осушителями в виде удаления (срезания) кустарниковой растительности следует проводить в дополнение к запланированным ремонтным.
С учетом затрат на подготовительные работы можно перейти к численным значениям показателя ремонтопригодности каналов ГЛМС, введя коэффициент ремонтопригодности
K
РП
= 1 +
RyK(t) R(t) ,
где RyK(t) - материальные затраты на проведение подготовительных работ
(в нашем случае выполнение механизированных технологических операций по удалению кустарника); R(t) - материальные затраты на осуществление установленного профилактического режима.
Показатель ремонтопригодности каналов ГЛМС, характеризуемый еще как показатель эксплуатационной технологичности, тем лучше, чем ближе его значение к единице, к которой он стремится в пределе
lim К Pn = 1.
Ry (t) ^ 0
В практике технической эксплуатации случай, когда КРП = 1, может быть реализован при проведении систематических ремонтов, при которых возможно совмещение двух технологических операций - ремонта и ухода за каналом в виде удаления кустарниковой растительности в одну технологическую операцию, например проведения текущего ремонта объемной фрезой. В дальнейшем методика определения КРП должна быть усовершенствована за счет учета проведения и других работ, направленных на обеспечение приспособленности каналов ГЛМС к проведению различных профилактических мероприятий, т. е. на обеспечение их ремонтопригодности или эксплуатационной технологичности.
Коэффициент технического использования. Для оценки надежности работы осушительных каналов ГЛМС можно использовать комплексный показатель - коэффициент технического использования Кти
Кт
M,
t p
M p + M
где M, p - математическое ожидание времени пребывания каналов в работоспособном состоянии, лет; Mt н - математическое ожидание времени пребывания каналов в неработоспособном состоянии, лет; Т - назначаемый проектный срок службы (ресурс) ГЛМС, лет.
Коэффициент технического использования своим количественным значением указывает на долю времени нахождения ГЛМС в работоспособном состоянии в назначенном (проектном) сроке ее службы. Наилучшим показателем КТи будет единица (КТи = 1), и реализовать этот показатель надежности можно проведением систематических технологических операции работ по технической эксплуатации ГЛМС. Следовательно, для обеспечения качества эффективности функционирования ГЛМС необходимо поддерживать значение Кти на уровне, близком единице.
Выводы.
1. Для оценки качества осушительных каналов предложены показатели, характеризующие свойства надежности их функционирования - безотказность, долговечность, ремонтопригодность и коэффициент технического использования.
2. Для поддержания работоспособного состояния осушительных каналов необходимо, чтобы показатель «вероятность безотказной работы» имел значение не менее 0,7.
3. Применительно к осушительным каналам установлен показатель их ремонтопригодности, обеспечение которой способствует осуществлению профилактических мероприятий, повышая эксплуатационную технологичность каналов.
Библиографический список
1. Мелиорация, ведение лесного хозяйства и лесопользование [Текст] : матер. Всерос. сими. Санкт-Петербург, г. Кировск, пос. Лисино-Корпус, 5-7 июля 2006 г. - СПб.: ФГУ «СПбНИИЛХ», 2006. - 303 с.
2. Надежность машиностроительной продукции [Текст] : практич. руководство по нормированию, подтверждению и обеспечению. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - С. 328.
3. Юхнин, М.И. Вероятностная модель процесса заиления каналов осушительной сети [Текст] / М.И. Юхнин // Мелиорация, ведение лесного хозяйства и лесопользование: матер. Всерос. симп. Санкт-Петербург, г. Кировск, пос. Лисино-Корпус, 5-7 июля 2006 г. - СПб.: ФГУ «СПбНИИЛХ», 2006. - С. 141-146.
4. Рекомендации по практической гидролесомелиорации [Текст] / под общ. ред. В.К. Константинова. - СПб.: СПбНИИЛХ, 2006. - 118 с.
5. Практическая гидролесомелиорация [Текст] / под общ. ред. В.К. Константинова. - СПб.: СПбНИИЛХ, 2005. - 128 с.
6. Основные положения по гидролесомелиорации [Текст]. - СПб.:
СПб НИИЛХ, 1995. - 59 с.
7. Константинов, В.К. Эксплуатация лесоосушительных систем [Текст] / В.К. Константинов. - М.: Леси. пром-сть, 1979. - 152 с.
8. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 37 с.
9. Надежность машиностроительной продукции [Текст] : практич. руководство по нормированию, подтверждению и обеспечению. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 328 с.
В качестве оценочных показателей качества работы осушительных каналов используются показатели теории надежности - безотказность, долговечность, ремонтопригодность, коэффициент технического использования.
В первом приближении представлена разработка показателя «ремонтопригодность», которая должна найти развитие в дальнейших исследованиях, учитывающих множество вспомогательных работ. Использование разработанных оценочных показателей позволит обоснованно подходить к планированию профилактических работ на осушительных каналах гидролесомелиоративных систем.
* * *
As the benchmarks of quality of drainage canals used indicators of the theory of reliability - reliability, long-govechnost, maintainability, the coefficient of technical uses of.
In the first approximation is presented to construct an indicator repair-toprigodnosti to be found in the development of further studies niyah take into account a variety of supporting activities. Using the developed performance indicators will sound approach to the planning of maintenance work on drainage channels of hydromelioration systems.
