影响农机使用可靠性的主要因素及优化方向

李晓伟

(抚顺市农业综合行政执法队,辽宁 抚顺 113000)

0 引言

随着现代农业生产对于农业机械装备依赖性越来越强,农业机械使用可靠性对于农业生产实施质量影响很大,农业机械性能也直接影响到农业生产效率与经济效益。从农业生产发展趋势看,高效原则是现阶段普遍追求的作业原则,而一台农业机械无论技术多先进,都必须保证足够低的故障率,以实现长时间连续作业能力。与国际一线农机产品性能相比,现阶段国产农机的性能仍存在一定差距,其中一个典型特征就是产品应用迭代次数不足,导致农机产品使用过程突发各种问题的概率增加,加之农业生产环境等多方因素影响,农业机械在我国农业生产中应用的可靠性相对较低,因此探讨影响农机使用可靠性的主要因素,并提出优化方向,有利于为农业生产提供更可靠、高效的农机作业应用方案。

1 农机可靠性现状

强化农业科技和装备支撑是农业高质量发展的必然途径,随着我国农机装备制造能力不断升级,农业机械先进性与结构复杂性不断增加,农业机械产品质量和可靠性持续提升。根据2023年针对114家农机合作社的网络调查统计[1]显示,农机使用不满意率为37.74%,国Ⅳ农机维修比例超过50%,故障多,维修比例高成为影响农机满意度的关键因素。在现代农机使用情况对比来看,国产农机产品故障率高于进口农机产品故障率,国产农机在早期故障数、总故障率、突发非典型故障数等方面处于劣势[2-3]。与此同时,受到农业机械自动化与智能化技术制约,国产农业机械在故障诊断、功能检测、异常预警等方面的应用相对缺失,农业机械电气化发展相对缓慢,导致农业机械使用模式陈旧,农机故障率相应提高,在一定程度影响了农业机械的可靠性。

2 影响可靠性的关键因素

2.1 结构设计

结构设计的合理性是影响农机可靠性的关键因素,设计过程的缺陷易导致农业机械的可靠性降低,农业机械结构设计中影响可靠性的因素包括:1)承载力设计。农业机械作业场景复杂,常受到多种载荷影响,重力、摩擦力、冲击力是农机作业中最常遇到的载荷,结构设计的合理与材料科学选择能更好保证农机作业平稳性,尤其在底盘及传动系统的设计中可以通过优化结构布局和材料选择有效实现农机可靠性的提升。2)抗震性能优化。农田行驶和作业环境中不可避免存在振动影响,农机设计的平衡性和减震结构的应用能显著降低振动影响,提高农业机械使用寿命。此外,结构设计还能在一定程度改善农机操作性和维护性,优化农机使用体验。

2.2 功能设计

农业机械功能合理性与先进性对于可靠性影响明显,设计过程通过功能优化和新技术引进能有效提高农机可靠性,并改善作业质量,农机功能设计对于可靠性的影响包括以下几方面因素:1)结合农机实践应用特征,优化其功能设计和参数设置,例如对于进气系统、燃油供给系统等功能优化,能保证农机适应各种复杂条件和挑战。2)电气控制技术的合理应用能够提升农机的智能化和自动化水平,在一定程度上加强其可靠性和安全性。3)传感器技术的应用能实现对农机内外部工况的精确监测和控制,实时获取农机的运行温度、压力、速度等状态和工作参数,显著提高农业机械作业稳定性[3]。

2.3 制造装配能力

制造装配能力直接关系到农业机械的出厂品质,对于农机长期使用的可靠性影响明显,制造装配对可靠性的影响主要包括:1)零件制造机械装备先进性的影响。不同机床零件制造的缺陷或加工尺寸偏差、表面精度不合格等会存在明显差异,均会影响农业机械的使用可靠性。2)装配精度的影响。装配过程规范性直接影响部件性能及整机运转状态,若转配过程存在零件位置偏差、紧固不当、传动零件不对位等问题,易在应用过程产生早期故障,甚至造成故障频发。3)加工及装配工艺水平影响。工艺的合理性在一定程度影响制造精度和装配实施合理性,合理的工艺设计不仅提高制造装配效率,而且显著提高农机可靠性。

2.4 使用能力

农机驾驶员的农业机械驾驶操作能力对于农机可靠性影响显著,其主要影响因素包括:1)规范驾驶能力。农机驾驶员是否了解农业机械的性能特点、操作规程和注意事项,并规范实施操作,会直接影响农机使用效果,能否规范驾驶农机可能导致农机故障率和驾驶体验产生明显差异。2)熟练操作能力。驾驶员的驾驶经验和操作熟练度以及应急处理能力会影响农机性能发挥,不当操作还可能导致故障率增加。3)农机性能状态关注度。驾驶员使用农业机械过程中能够密切关注农业机械在高温、高湿、高尘等工况下的作业状态,能否发现机械异常及时采取处理措施,也在一定程度影响着农机可靠性。

2.5 维保维修能力

维护、保养和维修能力对农机可靠性有着至关重要的影响。维护保养是农机使用过程的常规维护行为,能够保证农业机械在长期使用过程正常运转,避免过早出现磨损、松动、腐蚀等问题,合理对农机开展检查、清洗、润滑和更换易损件等措施能够显著提高农机作业可靠性。维修工作针对故障问题而开展,合理维修能有效恢复农机性能,维修能力提高对于故障判断的准确性和维修工作实施的合理性等方面,维修质量对于农机后续使用的整机状态影响很大[4]。

3 农机可靠性评价方式

3.1 可靠性试验

农业机械的可靠性试验方法种类很多,从广义上看,涉及到可靠性相关的内容包括:农业机械在同一耕地区域实施长时间作业的故障率、在不同区域应用时的适应能力、对于特殊地形如坡地丘陵的适应性、对于黏重土壤及盐碱地作业的适应性等。可靠性试验主要结合某一地区的农业机械使用特征、地区气候条件以及农作物栽培习惯等展开试验,意在验证在局布区域内的农机设备使用可靠性。对于农机产品的试验实施,通常依照国家及行业试验标准开展,主要试验依据标准参考如表1所示[5-6]。

表1 农机可靠性试验依据标准参考

针对不同阶段推进农机产品开展的试验项目也存在一定差异,例如对于在我国农机市场应用时间较长,口碑较好的农机产品,首次引入本地使用,重点考查农机作业适用性,弱化考查农机故障率,重点记录农机应用过程中的故障特征。对于首次引用地区使用的农机新产品,应重点进行故障数量、故障类型统计,并验证农业产品长时间应用的可靠性与适用性,并在不同种类农田或农作物栽培区域开展差别试验。

3.2 故障统计与分类

农业机械可靠性评价的工作重点集中于故障统计与故障种类记录,在试验过程中,需要分类记录不同故障的发生数量并统计发生故障的原因。通常情况下可将农机故障分为以下四类:一是轻型故障。其特征是农机出现故障表现,但短时间内不影响使用性能,修理简单、易于排除。二是普通故障。对农机性能产生一定影响,但在短时间内能够修复解决,耗时、耗工较少。三是严重故障。明显影响农机使用功能,导致农机性能指标快速下降,维修、修复难度较高,维修时间较长。四是重大故障。导致农业机械失去使用能力、失去维修价值的故障。在开展可靠性试验过程中,应对农机产生的故障进行分类记录,并严判打分,为试验数据的后续深度分析提供便利条件。

3.3 可靠性分析

在获得试验数据或农机田间实际应用数据后,可对某一农机机型进行可靠性分析,现阶段应用的可靠性试验分析方法可分为两类:一是人工判断与对比分析;二是计算机软件分析及评价。人工判断与对比主要应用了试验过程中人工记录的数据和试验人、驾驶人员反馈的主观体验进行判断,常用的方法包括:制表对应项打分、试验人员讨论、专家评价等。计算机软件分析主要利用现有成品软件结合试验数据开展,常用的分析方法包括:故障树分析(FTA)、最坏情况分析(WCA)、故障模式影响分析(FMEA),其中应用较多的是故障树分析(FTA),通过将农机故障按照轻型、普通、严重、重大四类由简入繁逐级分析,形成动态化的直观评价与故障综合显示形式,并生成农机可靠性判断决策[7]。无论采用哪种形式开展可靠性分析,都需要试验人员主观判断和决策参与,进而对同一故障数量的农机开展差异化评判。例如某一农机的故障类型较为分散且故障较多,说明该设备设计或制造缺陷较多,整机品质较差;若某一机型的故障数量较多,但源于某一故障现象的频繁重复出现,说明该设备仅在局布功能上需优化调整[8]。

4 提升农机可靠性的有效途径

4.1 引入故障监测系统

针对现有农机使用特征和故障发生规律,合理应用故障监测系统,能够为优化农机可靠性,提高整机利用率具有积极促进作用。首先,以农机ECU为核心,增设关键部件的传感器监测与数据获取传输硬件,实时监测关键部件的温度、转速、牵引力、负载等状态数据;其次,应用信息数据判断与预处理软件,针对监测硬件获取的数据进行预判与分类,形成不同维度、不同用途的可用数据,供故障诊断模式使用;再次,应用精确故障诊断模型,可利用神经网络结构建立算法模型,对获得的数据进行研判;最后,建立故障预警系统,对于监测过程中判断出的故障问题或存在诱导故障发生的因素,预警功能会及时提醒农机使用者检查维修,避免严重故障发生。此外,故障监测系统还能够利用获取的数据信息建立诊断数据库,实现在未来农机使用过程的诊断能力及精确性持续提升。

4.2 建全监管评价体系

强化对农机品质的监管,一方面抓严农机准入品质,避免劣质农机投入农业生产使用,另一方面,加强对农机作业故障率、适用性的监督检查,及时获取农机使用者反馈信息,避免高故障率、不适用机型常年在本地区农业生产中应用。此外,强化农机故障研判能力,建立追责制度,对于农业机械在使用过程中因为质量问题、设计缺陷等造成的重大事故,由监管机构配合农机使用者共同向厂商追责,促进企业加强质量管理和质量控制,提高农业机械整体质量。

4.3 提升使用操作能力

加强农机驾驶员使用操作农业机械的规范性,对于提高农机使用可靠性效果明显。首先,从加强教育培训的角度出发,组织专业培训机构或农机制造商提供培训课程,从农机理论和实践操作双方面加强农机驾驶员的驾驶操作能力,并做到农机培训内容定期更新,保证农机驾驶员更好把握农机化生产发展趋势;其次,加强安全规范生产宣传,通过宣传教育提高农机驾驶员安全操作意识,减少驾驶操作过程不规范行为,降低农机人为故障率;再次,强化维护和保养能力培养,为驾驶员提供维护和保养方面的技术支持和指导,减少因维护保养不当造成的机械故障和损坏。

4.4 强化设计制造能力

提升农机厂家的设计制造能力能有效提高农机实践应用的可靠性,首先,农机企业应加强设计理念革新,引进和消化国际先进的设计理念,在不断丰富农机功能的同时,加强农机可靠性专研,充分利用仿真软件、研发试验等提高农机设计合理性,避免设计缺陷产生;其次,应进一步提升企业制造能力,针对生产加工过程弱项,不断引进和更新加工制造设备,提高机械加工的精确性,并制定严格的质量标准,加强生产过程控制,落实质量检测体系,确保加工制造高质量实施;再次,强化农机装配车间建设,应用现代化装配工艺,提高产品出厂品质,降低产品故障率。

5 结语

综上所述,农业机械可靠性提升对于优化生产过程、提高生产效益具有积极促进作用,通过农机企业提升设计制造能力、提升技术先进性及自动化和智能化水平等措施,鼓励科技创新和农业机械研发,能够在根本上促进农机出厂质量的提升,在匹配优秀的驾驶操作技术与规范的保养维护手段,减少操作失误和维护不当对农机设备的影响,则能够有效减少农机故障率,提高生产作业质量,并创建农业机械高效、可靠、安全生产新环境,对于保障粮食安全,促进农民参与生产能力和农村经济发展具有积极作用。