Determinación de indicadores de fiabilidad del prototipo de la Combinada Cañera CCA-5000

Determination of reliability indicators of the prototype of the sugarcane harvester CCA-5000

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A partir de la necesidad de sustituir el parque de máquinas existentes en el país por otras de mayor rendimiento productivo, fiabilidad y confort, con el propósito de que puedan laborar en campos de alto rendimiento agrícola con una elevada eficiencia, se han desarrollado nuevos modelos de máquinas cosechadoras de caña de azúcar, diseñadas por especialistas del Centro de Desarrollo de la Maquinaria Agrícola (CEDEMA) y construidas en la Fábrica “LX Aniversario de la Revolución de Octubre” de la provincia de Holguín. Estas máquinas se han sometido a pruebas con el objetivo de evaluar algunos indicadores tecnológicos explotativos que permitan conocer su comportamiento luego de realizado modificaciones técnicas como resultado de observaciones realizadas en las pruebas preliminares. Así surge el proyecto de una nueva máquina: la CCA-5000, elaborada y perfeccionada por especialistas del CEDEMA, que estuvieron presentes en la República de China cuando se fabricó el prototipo de dicha cosechadora junto a especialistas de la fábrica “LX Aniversario de la Revolución de Octubre” y el grupo empresarial AZCUBA como cliente de la nueva cosechadora. (CEDEMA, 2014)

Al final de la zafra 2013-2014 se sometió a pruebas de funcionalidad, bajo cronometraje en condiciones reales de explotación, en áreas de la UAPA Antonio Guiteras de Las Tunas. En este tiempo se presentaron algunos fallos que afectaron directamente la productividad de la máquina, así como la confiabilidad operacional de la misma que encarecían el proceso de explotación y mantenimiento. (CEDEMA, Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000, 2014)

En estas pruebas se implementó el método de la fotocronometraje en aras de determinar los índices simples y complejos de la fiabilidad y se analizó el comportamiento de los diferentes elementos que forman parte de los conjuntos de los órganos de trabajos, todo lo cual permitió determinar los indicadores de fiabilidad. (CEDEMA, Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000, 2014)

Los datos recolectados permitieron recopilar la información necesaria para realizar los cálculos de índices simples y complejos de fiabilidad; así como comparar los resultados de los índices de fiabilidad de la CCA-5000 y los de la KTP-2M y 3000S obtenidos en años anteriores. (CEDEMA, 2014; Pino Tarragó, 2016)

Para evaluar la fiabilidad de las Máquinas Cosechadoras Cañeras, durante la realización de los Ensayos Tecnológicos Explotativos se utiliza como norma la “Metodología para la evaluación de la fiabilidad de las Máquinas Cosechadoras Cañeras”. En esta metodología se establecen los pasos para calcular los índices complejos de fiabilidad, operatividad, conservabilidad y mantenibilidad. (Zaldívar, 2007)

Los términos y definiciones relativos a la Evaluación de Fiabilidad se establecen en las NC 92-10: 81 “Control de la Calidad. Fiabilidad. Términos y definiciones” y la NC 92-31: 81 “Control de la Calidad. Fiabilidad. Cálculo de los Índices de Fiabilidad de los artículos industriales”. (Zaldívar, 2003; Ramírez, 2015)

Teniendo en cuenta la metodología y siguiendo los pasos lógicos que plantea, la combinada cañera objeto de estudio se sometió a pruebas de funcionalidad, bajo cronometraje en condiciones reales de explotación, en áreas de la UAPA Antonio Guiteras de Las Tunas, con vistas a conocer el comportamiento de los indicadores de calidad. El período de pruebas abarcó desde el 10 de mayo hasta el 5 de junio de 2014 y el cronometraje fue ejecutado por estudiantes de la carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Holguín y especialistas del CEDEMA y del centro de altos estudios. (CEDEMA, 2014)

La captura de datos experimentales, su inmediato procesamiento y la observación diaria, permitieron modificar y perfeccionar rápidamente fallos técnicos y tecnológicos, inherentes al objeto de investigación. Con estos datos se procedió a realizar, utilizando fórmulas estadísticas el estudio de fiabilidad del prototipo de la cosechadora de caña.

La máquina permaneció bajo cronometraje durante 28 días, de ellos 22 fueron representativos pues el resto de los días permaneció inactiva producto de: fallos técnicos que se solucionaron fuera del área, falta de aceite hidráulico, interrupciones en la Industria y Centros de Beneficio, falta de medios de transporte, entre otros.

A continuación, se dan a conocer los resultados alcanzados en la etapa de pruebas.

Para determinar los indicadores de fiabilidad primeramente apoyados en el fotocronometraje se obtienen los tiempos de operación de la máquina según la norma establecida. (CEDEMA, 2014)

Figura 1
Códigos y tiempos reales de los resultados obtenidos en el cronometraje.

Como se observa en la Figura 1 el tiempo limpio de trabajo (T₁) representó el 26,694%, valor bajo para este tipo de tecnología, en lo que influyen las deficientes condiciones para las labores de mecanización que poseen las áreas a cosechar, los bajos rendimientos de los campos y la escasez de medios de transporte; además influyeron negativamente otro tiempos como: el tiempo de fallos (T4) que representó el 15,120% y el tiempo de paradas por causas ajenas a la máquina (T8) que fue de un 27,766%, en lo cual inciden negativamente las paradas por causas organizativas, la falta de combustible, lubricante, piezas de repuesto, de transporte y de tractor movedor. El tiempo de paradas por causas meteorológicas fue uno de los problemas presentes, debido a las intensas lluvias que afectaron las condiciones para la mecanización.

El tiempo perdido no imputable a la máquina (T_ni) fue el mayor, representó más de la mitad de la jornada laboral con un 51%, producto a los altos tiempos de operaciones técnicas, tiempos de traslados, interrupciones y otras causas ajenas a la máquina y a la falta de organización y tecnología para solucionar los problemas que surgieron durante las pruebas.

Mediante el fotocronometraje también se detectaron los principales conjuntos y subconjuntos donde los fallos tecnológicos y técnicos ocurren con mayor frecuencia durante la explotación de la máquina, lo que permite determinar el tiempo medio de restauración de estos fallos como puede observarse en la siguiente tabla.

Tabla 1
Tiempo medio de restauración de los fallos tecnológicos y técnicos.

Los fallos tecnológicos son los fallos productos del proceso de corte y pueden ocurrir por negligencia del operador por no dar la altura de corte correcta, negligencias en la velocidad en el proceso de corte o mal planteamiento de los surcos tanto en el sembrado como la preparación del mismo. Como se observa el que tuvo un mayor nivel de ocurrencia fue en la sección receptora.

Los fallos técnicos son fallos producto a rotura en los mecanismos o elementos de las máquinas y ocurren en lo fundamental debido a violaciones al efectuar la inspección técnica a la máquina que se realiza con el objetivo de comprobar su estado técnico, por no realizar la cosecha en un régimen de trabajo correspondiente a los parámetros técnicos de la cosechadora, por violar el tiempo destinado a los mantenimientos técnicos y no contar con operadores con amplia experiencia en el manejo de estas en lo fundamental. Como se observa el que tuvo un mayor nivel de ocurrencia fue el tiempo en llegar hasta el fallo.

Cálculo de los índices de funcionabilidad. (López Milán, 2012), (Robles, 2014), (Paneque, 2011)

Ø Probabilidad de trabajo sin fallos.

t – valor de tiempo para el cual se quiere calcular la probabilidad (una zafra, un mes, etc.)

– tiempo de trabajo hasta el fallo.

A continuación, se muestran algunos resultados obtenidos de probabilidad de trabajo sin fallo a partir de los datos obtenidos en el cronometraje:

Tiempo a evaluar: un mes aproximadamente, (408.371 h)

Probabilidad de trabajo sin fallo para el mecanismo corta cogollos, = 102,001 horas.

P(408,371)=0,20969533

Probabilidad de trabajo sin fallo para el mecanismo de corte inferior, = 306,00 horas.

P(408,371)=0,5932751

Tabla 2
Resultados de los cálculos de la probabilidad de trabajo hasta el fallo, índice de funcionabilidad de los órganos de trabajo de la combinada cañera CCA-5000 en la zafra 2013 – 2014 (408,371 horas).

De los resultados obtenidos en la tabla 2 se puede observar que la probabilidad de trabajo sin fallo para una zafra de 408,371 horas, para los diferentes órganos de trabajo es de 52,5 % aproximadamente. Los peores índices de funcionabilidad los tienen: el mecanismo de cuchillas laterales y los tambores alimentadores.

Flujo de fallos (FF).

$\text{F}\text{F=}\frac{\text{N4}}{\text{TG}}$FF=N4/TG FF= 0,5999

Donde:

TG: duración de la jornada………………………. 408,371 h

Tiempo medio de trabajo entre fallos (TMF)

TMF = T02/N4 TMF=0,522h

Donde:

1. T02 = T1 + T2

   T02 tiempo de trabajo operativo……………………135,328 h

   N4: Cantidad de operaciones para la eliminación de fallos (N4 = N41 + N42).

   N4= 191 + 54 = 245

Cálculo de los índices de mantenibilidad.

Ø Tiempo medio de eliminación de fallos técnicos (TMR).

TMR=T42/N42 TMR=0,48h

Donde:

1. T42: tiempo de eliminación de fallos técnicos………..26,129 h

   N42: cantidad de fallos técnicos……………………….54

Ø Tiempo medio de eliminación de fallos tecnológicos (TMRE).

TMRE=T41/T41

Donde:

1. T41: tiempo de eliminación de fallos tecnológicos…….4,032 h

   N41: cantidad de fallos tecnológicos…………………… 191

Ø Tiempo medio de eliminación de fallos (TMEF).

TMEF=(T42+T41)/N4 TMEF=0,123h

Ø Tiempo medio de espera para reparar (TMER).

TMER=(T43+T61)/N43 TMER=1,057h

Donde:

1. T61: tiempo de traslado debido a los fallos…………………………… 2,254

2. N31: Cantidad de ejecución del mantenimiento técnico diario……….10

3. N32: Cantidad de operaciones para la preparación de la máquina para el trabajo…………………………………………………………………….. 15

4. N33: Cantidad de operaciones para realizar las regulaciones …………7

5. N43= N31+ N32 + N33= 32

Ø Tiempo medio improductivo debido a los fallos (TMI).

TMI =(T4+T61)/N4 TMI=0,261h

Ø Tiempo medio de búsqueda de los fallos (TMB).

TMB =T431/N431 TMB=0,1958h

Donde:

1. T431: tiempo de búsqueda de los fallos ………………………1,958 h

2. N431: cantidad de búsqueda ………………………………….. 10

Ø Tiempo medio para llegar hasta el fallo (TMLL)

TMLL = T432/N432 TMLL=1,1634h

Donde:

1. T432: Tiempo empleado en llegar al fallo (desmontajes y montajes)……………………………………17,451 h

2. N432: Cantidad de (desmontajes y montajes)………………15

Ø Tiempo medio de espera de piezas para reparar (TMFP)

TMFP =T433/N433 TMFP=1,739h

Donde:

1. T433: Tiempo empleado reparar partes y piezas causadas por el fallo...12,172 h

2. T433: Cantidad de reparos de partes y piezas a causa de fallos…7

Ø Tiempo medio de mantenimiento. (TMM)

TMM = T31/N31 TMM=0,403h

Donde:

1. T31: tiempo de mantenimientos técnicos…………………………..40,273 h

2. N31: cantidad de mantenimientos técnicos………………………. 100

Cálculo de los índices complejos de fiabilidad.

Ø Coeficiente de disponibilidad (KD).

KD=T02/(T02+T4+T6) KD=0,573

Ø Coeficiente de utilización técnica (KUT)

KUT =T02/(T02+T31+T4+T6) KUT=0,490

Ø Coeficiente de disponibilidad operativa KDO

KDO =T02/(T02+T4+T61) KDO=0,679

Tabla 3.
Resultados generales de los cálculos de los índices de fiabilidad del primer prototipo de la Combinada cañera CCA-5000.

Del análisis de la tabla anterior, se puede observar que la probabilidad de que ocurra una falla es de un 0,599 para un (60%) de los objetos reparables de la combinada cañera obtenido a través del flujo de fallos.

El tiempo medio de trabajo entre fallos representado a través del trabajo operativo de la máquina y la cantidad de fallos generales observados en las pruebas es de 0,522 h, que serían (32 min). Se aprecia que para la eliminación de los fallos tecnológicos (atoros), en la que menos tiempo se invierte resultó ser de una media de 0,021 h, con mayor frecuencia en la sección receptora, pocas veces observado en la tolva del transportador de descarga y en transportador de descarga.

En la eliminación de los fallos técnicos se garantiza un mayor porciento de pérdidas de producción ya que es mayor el tiempo medio invertido en reparaciones, calculados para 0,48 h que el tiempo invertido en recuperar la máquina de atoros en el sistema receptor.

El tiempo medio de espera para reparar es de 1,057 h (1h y 4 min), concebido este por las operaciones realizadas para el traslado y las acciones efectuados para eliminar fallos técnicos. El tiempo medio improductivo debido a los fallos es de 0,261h (16 min), representados por el número de operaciones que se realiza para eliminar fallos, así como el tiempo que se invierte en traslados para talleres y lugares de reparación. El tiempo medio de búsqueda de los fallos es de 0,196h (12 min) aproximadamente, el tiempo medio para llegar hasta el fallo 1,163 h (1 h y 10 min). Tiempo medio de mantenimiento técnico empleados en la máquina es de 0,403 h (24 min).

Se observó el incumplimiento de las normas del mantenimiento técnico diario, en parte por la premura de salir a cosechar reduciéndose el tiempo establecido para realizar dicha operación, además se violan pasos (engrase, ajustes, regulaciones, etc.), acelerando el desgaste de partes y piezas que reducen la vida útil de la máquina, aumentan los costos y disminuye la capacidad productiva, tiempo este de suma importancia ya que este me evita un gran número de fallos y a su vez grandes pérdidas de producción.

Análisis comparativo entre los valores obtenidos en pruebas a diferentes máquinas cosechadoras de caña. (Pino, 2016), (Informe sobre resultados de explotación de las combinadas KTP-2M de la zafra de 1994-1995. Complejo Agroindustrial “Antonio Maceo”, 1997). Se efectúa una comparación con los valores de los indicadores de fiabilidad de la KTP-3000S y la KTP-2M, representados en las pruebas anteriormente realizadas con los obtenidos del primer prototipo de la combinada cañera CCA-5000.

Figura 2.
Comparación del tiempo general de cronometraje y de la cantidad de fallos tecnológicos y técnicos de las combinadas KTP-2M, KTP-3000S y la CCA-5000.

Del análisis de la Figura 2, se observa que existen diferencias entre los tiempos que fueron cronometradas las máquinas, esto se debe a la diferencia de hora en el cierre de las cronocartas y la fecha de incorporación a las pruebas de la cosechadora CCA-5000. La mayor incidencia de fallos ocurrió en la KTP-2M con 395, seguida de la CCA-5000 con 245 para y la KTP-3000S con la menor ocurrencia (235) del total de fallos que se produjeron durante la prueba.

Figura 3.
Valores de los índices de fiabilidad simples y complejos de las combinadas KTP-2M, KTP-3000S y la CCA-5000.

En la Figura 3 se observa que el flujo de fallos es mayor en la CCA-5000, a pesar de tener menor tiempo que los otros modelos posee gran número de fallos, le sigue la cosechadora KTP-2M y con menor cantidad el modelo KTP-3000

En la Figura 3 se observa que el flujo de fallos es mayor en la CCA-5000, a pesar de tener menor tiempo que los otros modelos posee gran número de fallos, le sigue la cosechadora KTP-2M y con menor cantidad el modelo KTP-3000S. El mayor tiempo medio entre fallos le corresponde a la KTP-3000S con 1 hora y 57 minutos de tiempo operativo entre paradas, para restituirle la capacidad de trabajo a la máquina. Los modelos restantes están muy parejos y por debajo de la máquina antes mencionada, estos tienen aproximadamente 52 minutos de diferencia entre fallos.

Se aprecia que para la eliminación de los fallos tecnológicos (atoros) en la que menos tiempo se invierte resultó ser la CCA-5000, los dos modelos KTP son similares, a pesar de que el nuevo modelo posee reversible, pero este solo es eficiente hasta el mecanismo trozador, cuando se producen en los transportadores intermedios se invierte mucho tiempo en eliminarlo, como realmente se comprobó durante el período evaluativo.

En la eliminación de los fallos técnicos se observa la tendencia, que a medida que se modernizan las máquinas aumenta el tiempo medio de la reparación, es decir que se empeora la mantenibilidad de estos equipos, pero esto es solo en los modelos KTP ya que comprobando este en los de la CCA-5000 es bastante confortable conocer el incremento de la mejora de la mantenibilidad debido al menor tiempo invertido en resolver problemas técnicos aproximadamente en 40 minutos.

Los tiempos empleados en la búsqueda de los fallos es generalmente similar entre la KTP-3000S y la CCA-5000, pero corroborando lo dicho con anterioridad se aumenta el tiempo empleado en llegar a los fallos (desmontaje de partes y piezas para poder llegar al elemento que falló y su posterior montaje). El tiempo medio de espera de piezas para efectuar la reparación en el modelo el resultado de los tiempos se evidencia una paridad, pero en tiempo empleado por la cantidad de ocurrencias es aún muy alta esto es a causa de que todavía existen fallos complejos que necesitan de equipos especializados y todo esto conlleva de un buen tiempo de producción perdido.

En general el tiempo de espera para ejecutar las operaciones de eliminación de los fallos resulta más elevada en la máquina patrón que en los modelos experimentales, debido a las operaciones para la eliminación de fallos técnicos y el tiempo perdido en el traslado debido a los fallos. El tiempo medio improductivo debido a los fallos tiene un comportamiento en descenso, se reducen en la medida que se modernizan las máquinas, aquí la CCA- 5000 da un buen paso de avance en tiempo perdido innecesariamente.

En un indicador tan importante, como es el mantenimiento técnico diario, cuya correcta ejecución garantiza el buen estado técnico de los equipos, se observa que en los modelos KTP este se encuentra por debajo del valor establecido (1 hora) un punto muy negativo en la CCA-5000 no llegando ni siquiera a la media hora , estas violaciones evidentes del tiempo de realización de dichas operaciones, implica un aumento del surgimiento de fallos técnicos y la reducción de la vida útil de las máquinas, se sugiere realizar un análisis de la calidad de ejecución de las operaciones del mantenimiento.

En los coeficientes complejos son relativamente semejantes los valores en las KTP con respecto a la CCA-5000 excepto en el coeficiente de utilización técnica, donde la CCA-5000 se queda muy por debajo debido a la diferencia que existe entre la relación del tiempo en que la máquina mantiene su estado de capacidad de trabajo y la suma de este tiempo y el de todas las paradas, debido al mantenimiento y las reparaciones durante el tiempo de pruebas.