影響農(nóng)機使用可靠性的主要因素及優(yōu)化方向

李曉偉

(撫順市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法隊,遼寧 撫順 113000)

0 引言

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于農(nóng)業(yè)機械裝備依賴性越來越強,農(nóng)業(yè)機械使用可靠性對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實施質(zhì)量影響很大,農(nóng)業(yè)機械性能也直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展趨勢看,高效原則是現(xiàn)階段普遍追求的作業(yè)原則,而一臺農(nóng)業(yè)機械無論技術(shù)多先進,都必須保證足夠低的故障率,以實現(xiàn)長時間連續(xù)作業(yè)能力。與國際一線農(nóng)機產(chǎn)品性能相比,現(xiàn)階段國產(chǎn)農(nóng)機的性能仍存在一定差距,其中一個典型特征就是產(chǎn)品應用迭代次數(shù)不足,導致農(nóng)機產(chǎn)品使用過程突發(fā)各種問題的概率增加,加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等多方因素影響,農(nóng)業(yè)機械在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的可靠性相對較低,因此探討影響農(nóng)機使用可靠性的主要因素,并提出優(yōu)化方向,有利于為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更可靠、高效的農(nóng)機作業(yè)應用方案。

1 農(nóng)機可靠性現(xiàn)狀

強化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐是農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然途徑,隨著我國農(nóng)機裝備制造能力不斷升級,農(nóng)業(yè)機械先進性與結(jié)構(gòu)復雜性不斷增加,農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性持續(xù)提升。根據(jù)2023年針對114家農(nóng)機合作社的網(wǎng)絡(luò)調(diào)查統(tǒng)計[1]顯示,農(nóng)機使用不滿意率為37.74%,國Ⅳ農(nóng)機維修比例超過50%,故障多,維修比例高成為影響農(nóng)機滿意度的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)代農(nóng)機使用情況對比來看,國產(chǎn)農(nóng)機產(chǎn)品故障率高于進口農(nóng)機產(chǎn)品故障率,國產(chǎn)農(nóng)機在早期故障數(shù)、總故障率、突發(fā)非典型故障數(shù)等方面處于劣勢[2-3]。與此同時,受到農(nóng)業(yè)機械自動化與智能化技術(shù)制約,國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械在故障診斷、功能檢測、異常預警等方面的應用相對缺失,農(nóng)業(yè)機械電氣化發(fā)展相對緩慢,導致農(nóng)業(yè)機械使用模式陳舊,農(nóng)機故障率相應提高,在一定程度影響了農(nóng)業(yè)機械的可靠性。

2 影響可靠性的關(guān)鍵因素

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性是影響農(nóng)機可靠性的關(guān)鍵因素,設(shè)計過程的缺陷易導致農(nóng)業(yè)機械的可靠性降低,農(nóng)業(yè)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響可靠性的因素包括:1)承載力設(shè)計。農(nóng)業(yè)機械作業(yè)場景復雜,常受到多種載荷影響,重力、摩擦力、沖擊力是農(nóng)機作業(yè)中最常遇到的載荷,結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與材料科學選擇能更好保證農(nóng)機作業(yè)平穩(wěn)性,尤其在底盤及傳動系統(tǒng)的設(shè)計中可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局和材料選擇有效實現(xiàn)農(nóng)機可靠性的提升。2)抗震性能優(yōu)化。農(nóng)田行駛和作業(yè)環(huán)境中不可避免存在振動影響,農(nóng)機設(shè)計的平衡性和減震結(jié)構(gòu)的應用能顯著降低振動影響,提高農(nóng)業(yè)機械使用壽命。此外,結(jié)構(gòu)設(shè)計還能在一定程度改善農(nóng)機操作性和維護性,優(yōu)化農(nóng)機使用體驗。

2.2 功能設(shè)計

農(nóng)業(yè)機械功能合理性與先進性對于可靠性影響明顯,設(shè)計過程通過功能優(yōu)化和新技術(shù)引進能有效提高農(nóng)機可靠性,并改善作業(yè)質(zhì)量,農(nóng)機功能設(shè)計對于可靠性的影響包括以下幾方面因素:1)結(jié)合農(nóng)機實踐應用特征,優(yōu)化其功能設(shè)計和參數(shù)設(shè)置,例如對于進氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)等功能優(yōu)化,能保證農(nóng)機適應各種復雜條件和挑戰(zhàn)。2)電氣控制技術(shù)的合理應用能夠提升農(nóng)機的智能化和自動化水平,在一定程度上加強其可靠性和安全性。3)傳感器技術(shù)的應用能實現(xiàn)對農(nóng)機內(nèi)外部工況的精確監(jiān)測和控制,實時獲取農(nóng)機的運行溫度、壓力、速度等狀態(tài)和工作參數(shù),顯著提高農(nóng)業(yè)機械作業(yè)穩(wěn)定性[3]。

2.3 制造裝配能力

制造裝配能力直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)機械的出廠品質(zhì),對于農(nóng)機長期使用的可靠性影響明顯,制造裝配對可靠性的影響主要包括:1)零件制造機械裝備先進性的影響。不同機床零件制造的缺陷或加工尺寸偏差、表面精度不合格等會存在明顯差異,均會影響農(nóng)業(yè)機械的使用可靠性。2)裝配精度的影響。裝配過程規(guī)范性直接影響部件性能及整機運轉(zhuǎn)狀態(tài),若轉(zhuǎn)配過程存在零件位置偏差、緊固不當、傳動零件不對位等問題,易在應用過程產(chǎn)生早期故障,甚至造成故障頻發(fā)。3)加工及裝配工藝水平影響。工藝的合理性在一定程度影響制造精度和裝配實施合理性,合理的工藝設(shè)計不僅提高制造裝配效率,而且顯著提高農(nóng)機可靠性。

2.4 使用能力

農(nóng)機駕駛員的農(nóng)業(yè)機械駕駛操作能力對于農(nóng)機可靠性影響顯著,其主要影響因素包括:1)規(guī)范駕駛能力。農(nóng)機駕駛員是否了解農(nóng)業(yè)機械的性能特點、操作規(guī)程和注意事項,并規(guī)范實施操作,會直接影響農(nóng)機使用效果,能否規(guī)范駕駛農(nóng)機可能導致農(nóng)機故障率和駕駛體驗產(chǎn)生明顯差異。2)熟練操作能力。駕駛員的駕駛經(jīng)驗和操作熟練度以及應急處理能力會影響農(nóng)機性能發(fā)揮,不當操作還可能導致故障率增加。3)農(nóng)機性能狀態(tài)關(guān)注度。駕駛員使用農(nóng)業(yè)機械過程中能夠密切關(guān)注農(nóng)業(yè)機械在高溫、高濕、高塵等工況下的作業(yè)狀態(tài),能否發(fā)現(xiàn)機械異常及時采取處理措施,也在一定程度影響著農(nóng)機可靠性。

2.5 維保維修能力

維護、保養(yǎng)和維修能力對農(nóng)機可靠性有著至關(guān)重要的影響。維護保養(yǎng)是農(nóng)機使用過程的常規(guī)維護行為,能夠保證農(nóng)業(yè)機械在長期使用過程正常運轉(zhuǎn),避免過早出現(xiàn)磨損、松動、腐蝕等問題,合理對農(nóng)機開展檢查、清洗、潤滑和更換易損件等措施能夠顯著提高農(nóng)機作業(yè)可靠性。維修工作針對故障問題而開展,合理維修能有效恢復農(nóng)機性能,維修能力提高對于故障判斷的準確性和維修工作實施的合理性等方面,維修質(zhì)量對于農(nóng)機后續(xù)使用的整機狀態(tài)影響很大[4]。

3 農(nóng)機可靠性評價方式

3.1 可靠性試驗

農(nóng)業(yè)機械的可靠性試驗方法種類很多,從廣義上看,涉及到可靠性相關(guān)的內(nèi)容包括:農(nóng)業(yè)機械在同一耕地區(qū)域?qū)嵤╅L時間作業(yè)的故障率、在不同區(qū)域應用時的適應能力、對于特殊地形如坡地丘陵的適應性、對于黏重土壤及鹽堿地作業(yè)的適應性等?？煽啃栽囼炛饕Y(jié)合某一地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械使用特征、地區(qū)氣候條件以及農(nóng)作物栽培習慣等展開試驗,意在驗證在局布區(qū)域內(nèi)的農(nóng)機設(shè)備使用可靠性。對于農(nóng)機產(chǎn)品的試驗實施,通常依照國家及行業(yè)試驗標準開展,主要試驗依據(jù)標準參考如表1所示[5-6]。

表1 農(nóng)機可靠性試驗依據(jù)標準參考

針對不同階段推進農(nóng)機產(chǎn)品開展的試驗項目也存在一定差異,例如對于在我國農(nóng)機市場應用時間較長,口碑較好的農(nóng)機產(chǎn)品,首次引入本地使用,重點考查農(nóng)機作業(yè)適用性,弱化考查農(nóng)機故障率,重點記錄農(nóng)機應用過程中的故障特征。對于首次引用地區(qū)使用的農(nóng)機新產(chǎn)品,應重點進行故障數(shù)量、故障類型統(tǒng)計,并驗證農(nóng)業(yè)產(chǎn)品長時間應用的可靠性與適用性,并在不同種類農(nóng)田或農(nóng)作物栽培區(qū)域開展差別試驗。

3.2 故障統(tǒng)計與分類

農(nóng)業(yè)機械可靠性評價的工作重點集中于故障統(tǒng)計與故障種類記錄,在試驗過程中,需要分類記錄不同故障的發(fā)生數(shù)量并統(tǒng)計發(fā)生故障的原因。通常情況下可將農(nóng)機故障分為以下四類:一是輕型故障。其特征是農(nóng)機出現(xiàn)故障表現(xiàn),但短時間內(nèi)不影響使用性能,修理簡單、易于排除。二是普通故障。對農(nóng)機性能產(chǎn)生一定影響,但在短時間內(nèi)能夠修復解決,耗時、耗工較少。三是嚴重故障。明顯影響農(nóng)機使用功能,導致農(nóng)機性能指標快速下降,維修、修復難度較高,維修時間較長。四是重大故障。導致農(nóng)業(yè)機械失去使用能力、失去維修價值的故障。在開展可靠性試驗過程中,應對農(nóng)機產(chǎn)生的故障進行分類記錄,并嚴判打分,為試驗數(shù)據(jù)的后續(xù)深度分析提供便利條件。

3.3 可靠性分析

在獲得試驗數(shù)據(jù)或農(nóng)機田間實際應用數(shù)據(jù)后,可對某一農(nóng)機機型進行可靠性分析,現(xiàn)階段應用的可靠性試驗分析方法可分為兩類:一是人工判斷與對比分析;二是計算機軟件分析及評價。人工判斷與對比主要應用了試驗過程中人工記錄的數(shù)據(jù)和試驗人、駕駛?cè)藛T反饋的主觀體驗進行判斷,常用的方法包括:制表對應項打分、試驗人員討論、專家評價等。計算機軟件分析主要利用現(xiàn)有成品軟件結(jié)合試驗數(shù)據(jù)開展,常用的分析方法包括:故障樹分析(FTA)、最壞情況分析(WCA)、故障模式影響分析(FMEA),其中應用較多的是故障樹分析(FTA),通過將農(nóng)機故障按照輕型、普通、嚴重、重大四類由簡入繁逐級分析,形成動態(tài)化的直觀評價與故障綜合顯示形式,并生成農(nóng)機可靠性判斷決策[7]。無論采用哪種形式開展可靠性分析,都需要試驗人員主觀判斷和決策參與,進而對同一故障數(shù)量的農(nóng)機開展差異化評判。例如某一農(nóng)機的故障類型較為分散且故障較多,說明該設(shè)備設(shè)計或制造缺陷較多,整機品質(zhì)較差;若某一機型的故障數(shù)量較多,但源于某一故障現(xiàn)象的頻繁重復出現(xiàn),說明該設(shè)備僅在局布功能上需優(yōu)化調(diào)整[8]。

4 提升農(nóng)機可靠性的有效途徑

4.1 引入故障監(jiān)測系統(tǒng)

針對現(xiàn)有農(nóng)機使用特征和故障發(fā)生規(guī)律,合理應用故障監(jiān)測系統(tǒng),能夠為優(yōu)化農(nóng)機可靠性,提高整機利用率具有積極促進作用。首先,以農(nóng)機ECU為核心,增設(shè)關(guān)鍵部件的傳感器監(jiān)測與數(shù)據(jù)獲取傳輸硬件,實時監(jiān)測關(guān)鍵部件的溫度、轉(zhuǎn)速、牽引力、負載等狀態(tài)數(shù)據(jù);其次,應用信息數(shù)據(jù)判斷與預處理軟件,針對監(jiān)測硬件獲取的數(shù)據(jù)進行預判與分類,形成不同維度、不同用途的可用數(shù)據(jù),供故障診斷模式使用;再次,應用精確故障診斷模型,可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立算法模型,對獲得的數(shù)據(jù)進行研判;最后,建立故障預警系統(tǒng),對于監(jiān)測過程中判斷出的故障問題或存在誘導故障發(fā)生的因素,預警功能會及時提醒農(nóng)機使用者檢查維修,避免嚴重故障發(fā)生。此外,故障監(jiān)測系統(tǒng)還能夠利用獲取的數(shù)據(jù)信息建立診斷數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)在未來農(nóng)機使用過程的診斷能力及精確性持續(xù)提升。

4.2 建全監(jiān)管評價體系

強化對農(nóng)機品質(zhì)的監(jiān)管,一方面抓嚴農(nóng)機準入品質(zhì),避免劣質(zhì)農(nóng)機投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用,另一方面,加強對農(nóng)機作業(yè)故障率、適用性的監(jiān)督檢查,及時獲取農(nóng)機使用者反饋信息,避免高故障率、不適用機型常年在本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用。此外,強化農(nóng)機故障研判能力,建立追責制度,對于農(nóng)業(yè)機械在使用過程中因為質(zhì)量問題、設(shè)計缺陷等造成的重大事故,由監(jiān)管機構(gòu)配合農(nóng)機使用者共同向廠商追責,促進企業(yè)加強質(zhì)量管理和質(zhì)量控制,提高農(nóng)業(yè)機械整體質(zhì)量。

4.3 提升使用操作能力

加強農(nóng)機駕駛員使用操作農(nóng)業(yè)機械的規(guī)范性,對于提高農(nóng)機使用可靠性效果明顯。首先,從加強教育培訓的角度出發(fā),組織專業(yè)培訓機構(gòu)或農(nóng)機制造商提供培訓課程,從農(nóng)機理論和實踐操作雙方面加強農(nóng)機駕駛員的駕駛操作能力,并做到農(nóng)機培訓內(nèi)容定期更新,保證農(nóng)機駕駛員更好把握農(nóng)機化生產(chǎn)發(fā)展趨勢;其次,加強安全規(guī)范生產(chǎn)宣傳,通過宣傳教育提高農(nóng)機駕駛員安全操作意識,減少駕駛操作過程不規(guī)范行為,降低農(nóng)機人為故障率;再次,強化維護和保養(yǎng)能力培養(yǎng),為駕駛員提供維護和保養(yǎng)方面的技術(shù)支持和指導,減少因維護保養(yǎng)不當造成的機械故障和損壞。

4.4 強化設(shè)計制造能力

提升農(nóng)機廠家的設(shè)計制造能力能有效提高農(nóng)機實踐應用的可靠性,首先,農(nóng)機企業(yè)應加強設(shè)計理念革新,引進和消化國際先進的設(shè)計理念,在不斷豐富農(nóng)機功能的同時,加強農(nóng)機可靠性專研,充分利用仿真軟件、研發(fā)試驗等提高農(nóng)機設(shè)計合理性,避免設(shè)計缺陷產(chǎn)生;其次,應進一步提升企業(yè)制造能力,針對生產(chǎn)加工過程弱項,不斷引進和更新加工制造設(shè)備,提高機械加工的精確性,并制定嚴格的質(zhì)量標準,加強生產(chǎn)過程控制,落實質(zhì)量檢測體系,確保加工制造高質(zhì)量實施;再次,強化農(nóng)機裝配車間建設(shè),應用現(xiàn)代化裝配工藝,提高產(chǎn)品出廠品質(zhì),降低產(chǎn)品故障率。

5 結(jié)語

綜上所述,農(nóng)業(yè)機械可靠性提升對于優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高生產(chǎn)效益具有積極促進作用,通過農(nóng)機企業(yè)提升設(shè)計制造能力、提升技術(shù)先進性及自動化和智能化水平等措施,鼓勵科技創(chuàng)新和農(nóng)業(yè)機械研發(fā),能夠在根本上促進農(nóng)機出廠質(zhì)量的提升,在匹配優(yōu)秀的駕駛操作技術(shù)與規(guī)范的保養(yǎng)維護手段,減少操作失誤和維護不當對農(nóng)機設(shè)備的影響,則能夠有效減少農(nóng)機故障率,提高生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量,并創(chuàng)建農(nóng)業(yè)機械高效、可靠、安全生產(chǎn)新環(huán)境,對于保障糧食安全,促進農(nóng)民參與生產(chǎn)能力和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展具有積極作用。