Studying the Influence of the Technical Performance Complexity and the Nomenclature and Quantitative Composition of Agricultural Machinery on Its Recyclability Rate

Full Text

Введение

Высокие темпы механизации производственных процессов в агропромышленном комплексе предопределяют необходимость многократного использования ресурсов, входящих в состав сельскохозяйственной техники и технологического оборудования¹ [1; 2].

Утилизация сельскохозяйственной техники, завершившей свой жизненный цикл, является составной частью проблемы рационального использования ресурсов, вовлекаемых в процессы производства и потребления. В этой связи для решения проблемы вторичного использования ресурса отработавшей техники предлагается использовать физическую модель, позволяющую реализовать алгоритм утилизации сельскохозяйственной техники² [3; 4].

Обзор литературы

Анализ и обобщение результатов исследований по определению степени влияния на общий показатель утилизируемости продемонстрировал, что техническое состояние сельскохозяйственной техники является определяющим при оценке утилизируемости [5; 6]. Следовательно, возникает необходимость определения факторов, влияющих на техническое состояние техники с целью эффективного проведения процесса утилизации.

Изменение технического состояния сельскохозяйственной техники происходит под влиянием тех же факторов, которые сопровождали ее на этапе эксплуатации и хранения. Усиление влияния факторов, появляющихся при старении изделия, обусловлено изменением (ухудшением) условий хранения списанных средств и оказывает существенное влияние на сохраняемость технических и физико-химических свойств материалов.

Факторы, влияющие на общее техническое состояние изделий, можно условно разделить на две группы: объективные и субъективные.

К объективным факторам относятся различные неблагоприятные для изделий условия внешней среды, связанные с климатическими, метеорологическими, биологическими, механическими и другими воздействиями.

Субъективные факторы зависят от деятельности человека. К ним относятся мероприятия, связанные с обеспечением нормальных условий проведения разукомплектации и утилизации, а также решений, направленных на сохранение полезных свойств и характеристик образцов в процессе подготовки и проведения утилизации.

Результаты ранее проведенных исследований показывают, что в большинстве случаев на утилизируемость сельскохозяйственной техники, находящейся в течение продолжительного периода на хранении, оказывают влияние процессы старения, коррозии и другие факторы, проявляющиеся со  временем [7–10]. При этом скорость протекания этих процессов существенно зависит от качества применяемых материалов, конструкции, технологии изготовления, условий эксплуатации, применяемых методов и средств противокоррозионной защиты.

Причиной старения являются сложные физико-химические процессы, происходящие в элементах конструкции, веществ и материалов. К ним относятся структурные изменения в диэлектриках, химические превращения в связывающих и пропиточных материалах, нарушение электрической и механической прочности материалов и элементов конструкции, нарушение герметизации, повышение водопроницаемости материалов и т. д.

Ввиду того, что основную долю конструктивных материалов, используемых при изготовлении машин, составляют различные металлы и их сплавы, наибольшее отрицательное влияние на сохраняемость физико-химических свойств и характеристик сельскохозяйственной техники оказывает коррозия (самопроизвольное разрушение металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой). К коррозионным процессам относятся процессы, связанные с появлением на поверхности металлов продуктов коррозии или окисных пленок под воздействием влажности или агрессивных компонентов внешней среды.

Анализ данных ряда научных исследований показывает, что наибольшее влияние на уровень сохраняемости технических характеристик оказывают температура воздуха, влажность, солнечная радиация и коррозионно-активные агенты [11; 12].

Среди технологичных (эксплуатационных) факторов, оказывающих существенное влияние на способность изделия к переработке, можно выделить время проведения утилизации после списания образца. Данный фактор влияет на продолжительность проведения разукомплектации при подготовке к проведению утилизации, а также на сохранение показателя материалоемкости изделия. Изменение технического и качественного состояния изделий приводит к снижению уровня утилизируемости, который может быть оценен с использованием таких показателей, как продолжительность разборки и изменение материалоемкости изделий.

При утилизации изделий в течение первых пяти лет после списания наблюдается резкое увеличение времени разборки образцов по причине прогрессирующих процессов старения отдельных деталей (коррозия, изменение механических свойств) в результате изменившихся условий хранения [13–15]. Показатель утилизируемости образцов резко уменьшается со временем, что обусловлено изменением и ухудшением полезных свойств изделий из пластмассы, резины, дерева, кожи и материалов на текстильной и бумажной основе. В дальнейшем время разборки несколько стабилизируется, однако с сохранением тенденции, направленной на дальнейшее увеличение.

Обобщение опытных данных по оценке степени утилизируемости сельскохозяйственной техники, находящейся на хранении от влияния климатических и биологических факторов показывает, что среднее время разборки образцов увеличивается в 1,4–2,6 раза [16–18].

Материалы и методы

С использованием метода парного линейного регрессионного анализа проведены исследования зависимостей влияния основных показателей К_M, К_T и К_TC на комплексный показатель утилизируемости.

В качестве функции отклика использовался показатель утилизируемости сельскохозяйственной техники F_y. В качестве исследуемых факторов выбраны групповые показатели К_M, К_T и К_TC.

Интервалы варьирования факторов, а также расчетные значения показателя утилизируемости по номенклатурному составу сельскохозяйственной техники приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 Расчетные значения показателя утилизируемости по номенклатурному составу сельскохозяйственной техники

Table 1 Calculated values of the utilization index for the nomenclature composition of agricultural machinery

 

Номенклатурный состав техники / Nomenclature of equipment	Значения групповых показателей и интервалы их варьирования, отн. ед. / Values of group indicators and intervals of their variation, relative unit
	КТ		КМ		КБ		КТС
	min	max	min	max	min	max	min	max
Сельскохозяйственная техника / Agricultural machinery	0,66	0,99	0,01	0,33	0,01	0,33	0,66	0,99

 

Характер установленной зависимости описывается регрессионным уравнением вида:

F_y= 0,441 + 0,174К_ТС + 0,021К_M– 0,173К_T – 0,091К_Б.           (1)

С использованием регрессионного уравнения (1) проведен расчет значений показателя утилизируемости по всему номенклатурному составу сельскохозяйственной техники, а также его среднего значения, составившего 0,464 отн. ед.

Экспериментальные данные показателя утилизируемости F_yi, результаты расчетов по регрессионному уравнению P^p_yi, значения групповых показателей утилизируемости, а также среднее квадратическое отклонение экспериментальных данных от расчетных S_y представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 Экспериментальные и расчетные значения показателей утилизируемости

Table 2 Experimental and calculated utilization values

 

Номенклатурный состав техники /Nomenclature of equipment	Экспериментальные значения групповых показателей, отн. ед. / The experimental values of the group indicators, relative unit				Fyi, отн. ед. / Fyi, relative unit	Ppyi, отн. ед. / Ppyi, relative unit	Sy, отн. ед. / Sy, relative unit
	КТ	КМ	КБ	КТС
Сельскохозяйственная техника / Agricultural machinery	0,35	0,62	0,15	0,95	0,560	0,546	0,0208

 

Адекватность расчетных значений экспериментальным данным подтверждена натурными испытаниями. Общий объем отходов после проведения утилизации сельскохозяйственной техники составил 48,4 ± 5 %.

Анализ экспериментальных данных показал, что полученное уравнение адекватно (с доверительной вероятностью 0,95 и F_T = 3,38, F_p=383,9) описывает характер зависимости в выбранных интервалах исследованных факторов. При этом установлено, что в качестве показателей, в большей степени определяющих способность машин к утилизации, нужно выделить К_ТС и К_Т. При увеличении К_ТС и К_М показатель утилизируемости возрастает.

Показатели К_М и К_Б в меньшей степени будут влиять на комплексный показатель утилизируемости. При увеличении К_Б и К_Т комплексный показатель утилизируемости будет уменьшаться.

На основании проведенных исследований закономерностей влияния технического состояния, технологичности конструктивных особенностей, материалоемкости машин и безопасности комплектующих на общий показатель утилизируемости сельскохозяйственной техники установлено, что в зависимости от выбранного направления утилизации, номенклатурно-количественного состава машин, а также их технического состояния доля утилизируемой техники может изменяться в пределах от 34 до 99 %.

Полученные экспериментальные данные с использованием комплексного показателя утилизируемости и методики его применения использованы при обосновании предложений по номенклатуре и объемам сельскохозяйственной техники.

Между временем хранения подлежащей утилизации сельскохозяйственной техники и показателем утилизируемости существуют закономерные связи. Изменение показателя утилизируемости F_y в зависимости от срока хранения после списания τ_хр показано на рисунке 1.

 

 

 

Рис. 1. Зависимость показателя утилизируемости от времени хранения подлежащей утилизации
сельскохозяйственной техники: I – этап эксплуатации и хранения;

II – этап эффективной утилизации; III – этап остаточной утилизации; IV – этап образования отходов

Fig. 1. Dependence of the recyclability rate on the storage time of agricultural machinery to be
recycled: I – stage of operation and storage; II – stage of effective disposal;
III – stage of residual disposal; IV – stage of waste generation

 

 

В результате длительной эксплуатации или продолжительного хранения изделий в течение первого периода со временем происходит изменение технических характеристик. Это объясняется необратимыми изменениями параметров элементов, что в конечном итоге приводит к предельным срокам эксплуатации и хранения и далее к списанию образца. Данный период характеризуется изменением параметров утилизируемости изделий и веществ с 1,0 до 0,8 отн. ед. и τ_хр, являющегося назначенным временем эксплуатации или хранения.

На данном этапе проводят утилизацию по направлениям: разукомплектации техники и использования составных частей для сборки нового образца (комплектующих); замены, ремонта некондиционных комплектующих на исправные и отправки образца на дальнейшее хранение или эксплуатацию; использования образца по новому назначению после проведения доработки или переоснащения.

После списания сельскохозяйственной техники наступает второй период (период эффективной утилизации), характеризуемый значительным возрастанием процессов старения элементов и резким уменьшением параметров показателя утилизируемости со временем. Данный период характеризуется изменением параметров показателя утилизируемости изделий и веществ с 0,8 до 0,5 отн. ед и τ_эу, являющегося временем проведения эффективной утилизации сельскохозяйственной техники. На этом этапе проводят переработку компонентов и материалов с получением изделий и материалов для дальнейшего использования [19; 20].

Если на втором этапе утилизация техники произведена не была, наступает третий период остаточной утилизации, характеризуемый дальнейшим старением образцов. Данный период обладает показателем утилизируемости с параметрами от 0,5 до 0,3 отн. ед.

Если на третьем этапе утилизация сельскохозяйственной техники произведена не была, наступает четвертый период, характеризуемый дальнейшим старением образцов и превращением их в неликвидные отходы, подлежащие уничтожению. Данный период имеет показатель утилизируемости с параметрами от 0,3 и ниже и время образования неликвидных отходов.

Указанная модель показывает, что эффективно планировать и проводить работы по утилизации целесообразно в первые два периода, характеризующиеся более высоким уровнем сохраняемости полезных свойств изделий, а соответственно, и показателя утилизируемости (рис. 1).

Результаты исследования

Проведенные исследования показали, что комплексное влияние климатических и эксплуатационных факторов на физическую природу процесса утилизируемости сельскохозяйственной техники сложно и разнообразно и определяется особенностью ее номенклатурного и количественного состава. Анализ номенклатурно-количественного состава сельскохозяйственной техники для проведения утилизации по выбранным направлениям показывает, что как объекты утилизации их можно разделить на следующие условные классы: объекты высокой сложности с преобладанием слесарно-механических, электротехнических и демонтажных работ; объекты, характеризующиеся средней сложностью разукомплектации как специального оборудования, так и базового шасси; объекты низкой сложности, характеризующиеся незначительным объемом работ по разукомплектации и утилизации.

Между показателем утилизируемости и показателем сложности технического исполнения при проведении утилизации на разных этапах ее осуществления определены закономерные связи, представленные на рисунке 2.

 

 

 

Рис. 2. Зависимости показателя утилизируемости от технического состояния сельскохозяйственной
техники К_TC и соответствующие им значения коэффициента корреляции R и критерия Фишера F

Fig. 2. Dependences of the recyclability rate on the technical condition of agricultural machinery К_TC
and the corresponding values of the correlation coefficient R and the Fisher criterion F

 

 

Показатель материалоемкости и массовости объектов характеризуется количеством сельскохозяйственной техники.

Материалоемкость образцов складывается из номенклатурно-количественного состава изделий и их весовых характеристик. Анализ состава высвобождаемых для проведения утилизации образцов показывает, что как объекты утилизации их можно разделить на следующие условные классы:

– средства с объемом утилизации от 1 до 5 тыс. т;

– средства с объемом утилизации от 5 до 10 тыс. т;

– средства с объемом утилизации от 10 тыс. т и выше.

На разных этапах осуществления утилизации между показателем утилизируемости и показателем материалоемкости существуют закономерные связи, представленные на рисунках 3 и 4.

 

 

 

Рис. 3. Зависимость показателя утилизируемости от сложности технического исполнения
сельскохозяйственной техники КТ: 1 – объекты низкой сложности;

2 – объекты средней сложности; 3 – объекты высокой сложности

Fig. 3. Dependence of the recyclability rate on the complexity of the technical performance of
agricultural machinery КТ: 1 – objects of low complexity;

2 – objects of medium complexity; 3 – objects of high complexity

 

 

 

 

Рис. 4. Зависимость показателя утилизируемости от материалоемкости и количественного
состава (объема утилизации) сельскохозяйственной техники К_М:1 – низкий объем;
2 – средней объем; 3 – большой объем утилизации

Fig. 4. Dependence of the recyclability rate on the material consumption and quantitative composition
(volume of utilization) of agricultural machinery К_М: 1 – low volume; 2 – medium volume;
3 – large volume of recycling

 

 

Анализ данных по характеру и трудоемкости работ показал, что утилизация сельскохозяйственной техники требует наибольших затрат времени, финансовых, людских и материальных ресурсов.

Между показателем утилизируемости и показателем безопасности материалов К_Б существуют зависимости, представленные на рисунке 5.

 

 

 

Рис. 5. Зависимость показателя утилизируемости от показателя безопасности материалов К_Б:
1 – малоопасные; 2 – умеренно опасные; 3 – опасные

Fig. 5. Dependence of the recyclability rate on the safety index of materials К_Б:
1 – low-risk; 2 – moderately dangerous; 3 – dangerous

 

 

В целом совокупность утилизируемой сельскохозяйственной техники имеет сложную структуру по всем показателям, характеризующим образцы как объекты воздействия системы утилизации (рис. 6).

 

 

 

Рис. 6. Зависимость комплексного показателя утилизируемости от групповых показателей К

Fig. 6. Dependence of the complex recyclability rate on group indexes K

 

 

По схеме полного факторного эксперимента проведены исследования закономерностей влияния основных показателей К_М, К_Б, К_Т и К_ТС на комплексный показатель утилизируемости F_у. Матрица исходных данных определения объемов утилизации сельскохозяйственной техники по выбранным направлениям и показателям в обобщенном виде представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 Матрица исходных данных определения объемов утилизации сельскохозяйственной
техники по выбранным направлениям и показателям

Table 3 Matrix of initial data for determining the volume of recycling agricultural machinery
in the selected areas and indicators

 

Показатель / Index	Объем утилизации в зависимости от направления использования утилизируемой техники, % / Volume of recycling depending on the direction of use of the recycled equipment, %
	Реализация / Implementation	Использование как вторресурса /Use as secondary resources	Переработка с получением продуктов /Recycling for manufacturing produce products	Образование отходов /Waste generation
Техническое состояние, КТС / Technical condition, КТС	25,0	16,0	22,0	37,0
Материалоемкость, КМ / Materials consumption, КМ	20,8	24,1	27,1	27,9
Техническое исполнение, КТ / Technical performance, КТ	19,9	33,6	23,2	22,0
Безопасности, КБ / Safety, КБ	31,2	17,9	22,0	28,8

 

Установлено, что в качестве показателей, в большей степени определяющих способность техники к утилизации, являются К_ТС и К_М, которые имеют прямо пропорциональный характер зависимости.

Показатели К_Б и К_Т в меньшей степени будут влиять на комплексный показатель утилизируемости. Данная зависимость имеет обратный пропорциональный характер, то есть при увеличении К_Б и К_Т комплексный показатель утилизируемости будет уменьшаться.

Проведенные исследования закономерностей влияния технического состояния образцов, технологичности конструктивных особенностей, материалоемкости и безопасности комплектующих на общий показатель утилизируемости сельскохозяйственной техники позволили установить, что в зависимости от выбранного направления утилизации и номенклатурно-количественного состава доля утилизируемых образцов может изменяться в пределах от 63 до 78 %. Кроме того, показано, что влияние технического состояния образцов и материалоемкости отработавшей техники на общий показатель утилизируемости носит прямолинейный прямо пропорциональный характер зависимости. Напротив, показатели технологичности конструктивных особенностей и безопасности комплектующих влияют на показатель утилизируемости в меньшей степени и носят прямолинейный обратно пропорциональный характер.

Полученные экспериментальные данные с использованием комплексного показателя утилизируемости и методики применения использованы при обосновании предложений по номенклатуре и объемам высвобождаемого имущества.

Обсуждение и заключение

Разработан научно-методический аппарат обеспечения утилизации сельскохозяйственной техники, включающий в себя поэтапное решение задач определения исходных данных, обоснования требований и способов утилизации, формирования управленческих решений в направлении их использования с применением новых методик оценки номенклатуры, объемов и сроков утилизации, технического состояния и категорирования, а также проведения технико-экономической оценки утилизации изделий.

Предложены категории подлежащей утилизации сельскохозяйственной техники по величине изменения нормативного значения контролируемого показателя технического состояния, позволяющего обоснованно определять приоритетные варианты утилизации машин с учетом требований к продуктам утилизации по трем категориям (реализация, промышленная переработка, использование в качестве вторичного сырья), соответствующим направлениям утилизации.

Разработан метод экспертно-аналитической оценки утилизируемости сельскохозяйственной техники, основанный на использовании обобщенного показателя утилизируемости, и определены параметры данного показателя, позволяющего решать задачу управления и определения уровня качества сельскохозяйственной техники.

Существенный вклад в снижение показателя утилизируемости вносит показатель сложности технического исполнения образцов, влияние которого обусловлено трудоемкостью работ, связанных с проведением разбраковки изделий. Увеличение доли комплектующих, входящих в состав изделий сельскохозяйственной техники, приводит к уменьшению показателя утилизируемости и обусловлено необходимостью создания дополнительных мер безопасности при проведении работ.

 

 

¹           Утилизация техники в системе АПК / Н. В. Алдошин [и др.]. М.: Триада, 2014. 222 с.

²           Утилизация сельскохозяйственной техники: проблемы и решения / С. А. Соловьев [и др.]. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2015. 172 с.

 

About the authors

Igor N. Kravchenko

Russian Timiryazev State Agrarian University

Email: kravchenko-in71@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1826-3648
ResearcherId: B-9463-2018

Professor of Chair of Technical Service Department of Machinery and Equipment, D.Sc. (Engineering)

Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550

Yri S. Migachev

Chemical and Biological Defense named after Marshal of the Soviet Union
S. K. Timoshenko

Email: migatchov_yri@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9424-9875

Head of Chair of Protection Means against Weapons of Mass Destruction, D.Sc. (Engineering)

Russian Federation, 16 Gorkiy St., Kostroma 156015

Yury A. Kuznetsov

Orel State Agrarian University

Email: kentury@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3699-8231

Professor of Machine Reliability and Repair Department, D.Sc. (Engineering)

Russian Federation, 69 General Rodin St., Orel 302019

Alexandr М. Davydkin

National Research Mordovia State University

Author for correspondence.
Email: aldavydkin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2984-2362
ResearcherId: S-8297-2018

Associate Professor of Chair of Technical Service of Machines of Institute of Mechanics and Power Engineering, Cand.Sc. (Engineering)

Russian Federation, 68 Bolshevistskaya St., Saransk 430005

Mikhail N. Erofeev

Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: erofeeff2007@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1048-3574

Vice President of Research, D.Sc. (Engineering), Professor

Russian Federation, 4 Malyy Kharitonevskiy Pereulok, Moscow 101990

References

Supplementary files