Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 16
1.1 Системный подход и задачи повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники 16
1.2 Проблемы соотношения ширины захвата и рабочей скорости МТА 19
1.3 Анализ показателей эффективности эксплуатации техники и обоснование критерия оптимизации ширины захвата и рабочей скорости машинно-тракторных агрегатов 23
1.4 Результаты оптимизации параметров и режимов работы МТА по критерию интегральные затраты 36
1.5 Связь экономического и энергетического показателей эффективности производственных процессов и систем 46
1.6 Общие вопросы энергетической эффективности современного сельского хозяйства 53
1.6.1 Общие понятия 53
1.6.2 Структура энергетических затрат 65
1.6.3 Энергетические эквиваленты затрат энергии и энергосодержание продуктов 70
1.6.4 Цель и задачи исследований 71
2 Теоретические основы энергетической модели машинно - тракторных агрегатов 74
2.1 Общие принципы теоретических исследований машинно-тракторных агрегатов 74
2.1.1 Реализация принципов системного подхода к машинно-тракторным агрегатам 107
2.1.1.1 Выявление системности проблемы 107
2.1.1.2 Выявление признаков системы ПО
2.1.1.3 Характеристики машинно-тракторных агрегатов 119
2.1.1.4 Методы создания системной модели машинно-тракторных агрегатов 123
2.1.1.5 Типовая структурная схема системной модели машинно-тракторного агрегата 135
2.2 Постановка задачи 137
2.2.1 Факторы, влияющие на эффективность использования машинно-тракторных агрегатов 139
2.3 Определение энергетических затрат при изготовлении техники на примере трактора ДТ-75Н 142
2.3.1 Теоретические зависимости определения производительности в энергетической модели машинно-тракторного агрегата 148
2.4 Определение составляющих элементов совокупных энергетических затрат, израсходованных на ремонт и техническое обслуживание техники 155
2.4.1 Методика определения энергозатрат на проведение технического обслуживания техники на примере трактора ДТ-75Н за весь срок амортизации 155
2.4.2 Методика определения совокупных энергетических затрат при проведении текущего ремонта тракторов 162
2.4.3 Определение совокупных энергетических затрат на капитальный ремонт трактора ДТ-75Н за период амортизации... 167
2.5 Расчет энергии, затраченной на управление агрегатом 170
2.6 Расчёт прямых энергетических затрат через топливо - смазочные материалы 173
2.7 Расчет энергии, потерянной с урожаем из-за не оптимально выбранной марки трактора, параметров и режимов работы агрегата. 174
2.8 Определение мощности двигателя трактора необходимой для работы агрегата 180
2.8.1 Определение мощности двигателя трактора, необходимой для работы агрегата с шириной захвата Вр и с рабочей скоростью Vp„ 180
2.8.1.1 Удельное сопротивление машин-орудий и его зависимость от скорости агрегата 181
2.8.1.2 Коэффициент полезной тяги трактора и его зависимость от параметров МТА 184
2.8.1.3 Коэффициент буксования и его зависимость от параметров МТА 188
2.8.1.4 Механический КПД трансмиссии трактора и его связь с параметрами МТА 190
2.8.1.5 Тяговый КПД трактора и его зависимость от почвенных условий работы 191
2.8.1.5.1 Определение корреляционных зависимостей буксования, коэффициента сопротивления перекатыванию, КПД трансмиссии, расхода топлива от ширины захвата и скорости МТА по типовой тяговой характеристике трактора, снятой на стерне 195
2.8.1.6 Обобщенный коэффициент использования мощности двигателя 201
2.9 Особенности энергетической модели машинно-тракторных агрегатов на некоторых технологических операциях 203
2.9.1 Погрузка сыпучих материалов 204
2.9.2 Транспортировка и внесение минеральных удобрений разбрасывателями 206
2.9.3 Энергетическая модель транспортных агрегатов 206
2.9.4 Энергетическая математическая модель агрегатов на опрыскивании посевов 209
2.9.5 Энергетическая модель агрегатов при скашивании зерновых в валки зерноуборочными комбайнами 212
2.9.6 Математическая модель зерноуборочного комбайна на обмолоте валков 215
2.9.7 Математическая модель зерноуборочного комбайна при прямом обмолоте зерновых культур 217
2.9.8 Математическая модель агрегатов на сволакивании соломы и сена 218
2.9.9 Особенности математической модели агрегатов для скирдования соломы и сена 219
2.9.10 Особенности энергетической математической
модели комплекса машин для первичной очистки
и сушки зерна типа КЗС 220
ВЫВОДЫ 222
3 Программа и методика экспериментальных исследований 226
3.1 Программа экспериментальных исследований 226
3.2 Методика лабораторно-полевых исследований 228
3.2.1 Агротехническая оценка агрегатов 228
3.2.2 Энергетическая оценка работы агрегатов 229
3.2.2.1 Выявление факторов, определяющих
явление и контролируемых параметров 229
3.2.2.2 Обоснование точности измерений
и выбор средств измерения 231
3.2.2.3 Планирование опытов, их проведение и контроль... 237
3.3 Методика полевых исследований 242
3.3.1 Эксплуатационно-технологические исследования посевных, культиваторных и пахотных агрегатов 242
3.3.2. Методика экспериментов по определению стоимости урожая,
потерянного из-за нарушения агросроков проведения посева 245
3.3.3. Методика планирования эксперимента при определении оптимальной ширины захвата, скорости агрегата и срока
проведения операции на посеве 246
3.3.4 Методика производственных опытов 248
3.4. Методика обработки экспериментальных данных 249
ВЫВОДЫ 252
4 Результаты экспериментальных исследований ииханализ 253
4.1 Определение агротехнически допустимых пределов рабочей скорости агрегатов 253
4.2 Результаты энергооценки машинно-тракторных агрегатов 255
4.2.1 Сравнение экспериментальных уравнений с уравнениями, полученными из типовой тяговой характеристики трактора, снятой на стерне 258
4.2.2 Определение эмпирических зависимостей удельного сопротивления орудий на посеве, культивации и вспашке 261
4.3 Результаты эксплуатационно - технологических исследований агрегатов 263
4.4 Результаты опытов по определению потерь урожая от нарушения агросроков проведения посева 266
4.5 Алгоритм и укрупненная блок-схема алгоритма определения оптимальной ширины захвата и скорости МТА 268
4.6 Расчёт производительности агрегатов с использованием математической модели МТА и сравнение с экспериментальными данными 271
4.7 Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальной - ширины захвата, скорости агрегата и срока проведения посева 272
4.8 Результаты производственной проверки влияния параметров и режимов работы посевных агрегатов на урожайность сельскохозяйственных культур 274
ВЫВОДЫ 277
5 Результаты энергетического анализа использования машинно-тракторных агрегатов 279
5.1 Анализ структуры энергетических затрат МТА
и оптимизация параметров и режимов его работы 279
5.1.1 Анализ посевных агрегатов 279
5.1.2 Анализ пахотных агрегатов 290
5.1.3 Анализ культиваторных агрегатов 295
5.1.4 Анализ транспортных агрегатов 299
5.1.5 Анализ уборочных агрегатов 303
5.2 Анализ влияния внешних факторов на оптимальные значения ширины захвата и рабочей скорости посевных МТА 310
5.3 Влияние природных, технических и эксплуатационных факторов на энергетические показатели выполнения технологических операций 314
5.4 Рекомендации по составлению агрегатов на технологических операциях по различным критериям оптимизации. 330
6 «Агроэнергоменеджер» - автоматизированный комплекс для составления технологических карт, оптимизированных по энергетическим затратам 332
6.1 Характеристики программного приложения 332
6.2 Порядок работы с программным приложением 333
6.3 Примеры построения технологических карт, оптимизированных по техническим энергетическим затратам 348
6.4 Сравнение различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур по показателю «суммарные энергетические затраты» 361
Выводы и рекомендации 373
Список использованых источников
- Системный подход и задачи повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники
- Общие принципы теоретических исследований машинно-тракторных агрегатов
- Программа экспериментальных исследований
- Определение агротехнически допустимых пределов рабочей скорости агрегатов
Введение к работе
Вопросы, решаемые в данной диссертации, относятся к области знаний, занимающейся управлением техническими системами и организацией их использования. Основу рассматриваемых знаний составляют ряд новых научных направлений, объединяемых понятием «Кибернетика».
Возникновение данной науки вызвано - усложнением техники и технологий, используемых во всех отраслях производства. В связи с этим появились понятия - «сложная система», «большая система», что нашло отражение в появлении новых методов познания - «Системный анализ», «Системный подход» и в науках «Системотехника», «Теория управления большими системами» и т.д.
В сельскохозяйственном производстве, так же, как и в других отраслях производства, основой существования материальных объектов является -движение.
Движущиеся объекты можно охарактеризовать тремя основными обобщенными величинами (атрибутами материи): массой, энергией и информацией.
При взаимодействии материальных тел друг с другом происходит преобразование материи при соблюдении законов сохранения массы, энергии и законов существования, передачи, развития и накопления информации.
Целенаправленное воздействие на «систему», является управляющим воздействием, а сам процесс формирования воздействия называется процессом управления.
В процессе управления производством, крен научных исследований в сторону одной из составляющих мироздания - материи или энергии или информации, часто приводит к неадекватным результатам, которые неприменимы при практической деятельности человека. Только взвешенное определение доли всех трех составляющих, сопровождающих практически
производственную деятельность человека, могут дать результаты, применимые в его жизнедеятельности.
На сегодня информация является нематериальной составляющей жизнедеятельности человека. В основном процессы, происходящие в обществе (материальном мире), за счет энергии, подводимой извне, преобразуются в «энергию», наиболее высокого уровня - информацию. Информация должна иметь носителей: небиологические - книги, записи на различных материалах (магнитные ленты, диски и т.д.); биологические -человек и представители живого мира. Информация не может быть задействована (использована, приведена в движение), так же как и материя, без энергии. Значит, в основе жизни главным элементом является - энергия. Поэтому в данной работе основное внимание уделяется взаимодействию материальных объектов в сельскохозяйственном производстве, приводимых в движение за счет подводимой энергии, с учетом информационных (функциональных) связей между элементами сложной системы.
Возможно, смыслом жизни человека является преобразование энергии более низкого порядка (энергии пищи) в «энергию» наиболее высокого порядка - информацию - предмет исследования раздела теории информации - негоэнтропии (отрицательная энтропия), служащего как бы эквивалентом информации.
Г. Н. Волков пишет, что знания, приобретенные человеком, представляют собой аккумулированную энергию такой потенциальной мощности, которая даже не сравнима ни с какими уже познанными энергетическими мощностями, ибо это знание, эта развитая творческая способность человека «ежедневно обуздывает и ставит на службу производству и обществу все новые силы природы».
Результат наших исследований в материальном плане это - программное приложение на диске с информацией, которая может быть задействована за счет незначительных затрат энергии через компьютер. В результате расчетов, с использованием, разработанного программного приложения, мы можем, на
производственных процессах в сельском хозяйстве, сэкономить значительную энергию более низкого порядка - через топливо, косвенные энергозатраты, затраты живого труда и т.д.
Процесс исследования технологических операций в сельском хозяйстве с точки зрения снижения энергетических затрат и знания, полученные на основе действующего закона диалектики - о переходе количества информации в новое качество, являются предметом научных исследований, удовлетворяющих требованиям новизны и воспроизводимости опыта на основе измерений. Т.е задача исследования производственных процессов в сельскохозяйственном производстве, на основе использования математических моделей технологических операций, является, несмотря на использование при этом элементов системного анализа, научной задачей.
Мы концентрируем внимание на этих вопросах в связи с тем, что часто системный подход и системный анализ предполагают из себя более искусство, нежели науку. Математические модели на основе системного анализа можно и нужно воспринимать как искусство при рассмотрении вопросов социального управления, когда изучаемую ситуацию невозможно многократно воспроизвести и когда человек является элементом сложной системы, включающим в структуру математической модели свою интуицию.
В наших исследованиях интуиция играет роль только в самом начале абстрагирования системы, с целью определения границ системы и его иерархической и функциональной структур.
Новые знания, полученные на основе, вычислительных экспериментов с использованием математической модели МТА на технологических операциях вполне отвечают требованиям новизны знаний и воспроизводимости результатов, для проверки адекватности модели.
Актуальность работы. При эксплуатации высокоэнергонасыщенной техники влияние факторов, снижающих эффективность их использования, сказывается тем чувствительнее, чем производительнее техника. Для
получения более высокого эффекта при эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА), необходимо, с учетом условий работы, правильно выбрать его оптимальную ширину захвата и рабочую скорость.
Всякая оптимизация предполагает критерий оптимизации. Отечественная и зарубежная наука предлагает различные критерии оптимизации названых параметров: максимальное - тяговое КПД трактора, производительность МТА; минимальные - расход топлива, труда, металла, эксплуатационных или приведённых затрат и другие. Однако оптимальные параметры МТА, рассчитанные по ним не совпадают.
Одной из причин такого положения является то, что система - трактор - оператор - орудие - поле - почва - урожай (ТООППУ), является довольно сложной и на ранних этапах научного познания возникает необходимость расчленения её на отдельные, менее сложные составляющие, с целью более досконального их изучения. Сегодня достижения науки в области эксплуатации МТА значительны и возникает необходимость системного подхода при решении проблемы выбора оптимальной ширины захвата и рабочей скорости движения сельскохозяйственных агрегатов на основе комплексного энергетического критерия, учитывающего конечный результат производства.
Работа соответствует плану НИР Казанского государственного аграрного университета по теме «Энергосбережение в сельскохозяйственном производстве», выполненному согласно федеральной целевой программе «Энергосбережение России» (Постановление Правительства Российской Федерации №80 от 24.01.98) и Республиканской целевой программы «Энергосбережение в Республике Татарстан на 2000-2005 годы» (Постановление кабинета министров Республики Татарстан №468 от 3 июля 2000 года).
Объект исследования - машинно-тракторные агрегаты на технологических операциях.
Предмет исследования - качественные и количественные взаимосвязи
между критерием эффективности, параметрами МТА, урожайностью сельскохозяйственных культур и факторами внешней среды, влияющими на эффективность работы агрегатов.
Целью работы является развитие научных положений повышения эффективности (результативности) функционирования машинно-тракторных агрегатов на основе системного подхода путём разработки математической модели для оптимизации ширины захвата, рабочей скорости движения агрегатов, снижения потерь урожая и уменьшения энергозатрат.
Научной новизной работы является:
- критерий эффективности функционирования МТА - суммарные
энергетические затраты, впервые учитывающий кроме прямых и косвенных
энергетических затрат - энергию урожая, потерянного от нарушения
агротехнических сроков выполнения операций и уплотнения почвы
движителями тракторов;
метод повышения эффективности технической и производственной эксплуатации машинно-тракторных агрегатов на основе энергетического анализа с использованием методологии и методов системного анализа и обоснованного критерия;
математические модели определения энергетических затрат при техническом обслуживании, текущем и капитальном ремонте тракторов и другой сложной техники;
- математические модели машинно-тракторных агрегатов на
технологических операциях, позволяющие анализировать работу агрегатов на
различных уровнях - техническом, технологическом, энергетическом,
экономическом, организационном;
- разработанное, на основе исследований, программное приложение
«АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР» - автоматизированная система формирования
технологических карт возделывания сельскохозяйственных культур,
оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с техникой -
зарегистрированное в Федеральной службе по интеллектуальной
собственности, патентам и товарным знакам за №2005612774 от 26 октября 2005 года.
На защиту выносятся:
- комплексный критерий оценки эффективности производственной и
технической эксплуатации машинно-тракторных агрегатов, связанный с
урожайностью культур - суммарные энергетические затраты;
- метод оценки эффективности функционирования МТА на
производствен-ных процессах в растениеводстве, основанный на системном
анализе;
-математические модели МТА на технологических операциях в сельском хозяйстве;
рекомендации по снижению энергетических затрат на технологических операциях в растениеводстве, связанных с использованием техники;
программный комплекс для автоматизации разработки технологических карт производственных процессов в растениеводстве, оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с использованием техники.
Практическая ценность исследований заключается в том, что впервые, на основе информационных технологий, разработан и внедрен на предприятиях Республики Татарстан и в учебный процесс сельскохозяйственных ВУЗов Российской Федерации автоматизированный комплекс для составления технологических карт, оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с эксплуатацией техники -«АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР».
Апробация. Основные положения проведенных исследований доложены и одобрены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанской ГСХА — в 1986 - 2007 гг.; на расширенном заседании кафедры тракторы и автомобили Казанского ГАУ в 2007 г.; на научно-техническом совете Министерства СХ и П РТ в 1988, 1990, 1997,2006 г.; на научных конференциях преподавателей и аспирантов ЛСХИ в 1988 г.; ЧИМЭСХ в 1988 г.; Ульяновского СХИ в 1988г.; Рязанской ГСХА в
1989-1990гг.; в Российском ГАЗУ 1990г., на II и III Международных научно-практических конференциях «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 и 2003 гг.); на XI Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (Казань, 2002 г); на 13-ой научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья (Нижний Новгород, 2003); в Чувашской ГСХА 2003-2004 гг., в ГНУ ВИЭСХ в 2003 г., на Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые агропромышленному комплексу» (Казань, Академия наук РТ, 2004); в Московском ГАУ 2005 г.; программное приложение «АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР» демонстрировалось на ВЦ «ВИКО» (Казань 2005,2006, 2007 гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 52 работы.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и предложений, списка литературы и приложений. Работа изложена на 472 страницах, содержит 100 рисунков и 42 таблицы.
Системный подход и задачи повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники
Задача повышения эффективности использования техники в сельскохозяйственном предприятии является сложной из-за многоступенчатости её структуры и наличия большого количества управляемых и неуправляемых факторов, влияющих на процесс. При решении задачи необходимо пользоваться системным методом [47, 78].
«Системный подход - направление методологии специально-научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Системный подход способствует адекватной постановке проблем в конкретных науках и выработке эффективной стратегии их изучения. Методология, специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих её механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину» [БСЭ].
Система (от греч. systema - целое, составленное из частей; соединение) - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.
В современном научно-техническом знании разработка проблематики, связанной с исследованием и конструированием систем разного рода, проводится в рамках системного подхода, общей теории системы, различных специальных теорий системы, в кибернетике, системотехнике, системном анализе и т.д.
При исследовании МТА нужно выделить их параметры и режимы работы. Параметр (от греч. parametron - отмеривающий, соразмеряющий) любая величина системы, поддающаяся измерению. В качестве основного параметра агрегата будем рассматривать ширину его захвата.
Режим (франц. regime, от лат. regimen - управление) - 1)точно установленный распорядок работы; 2) совокупность правил, мероприятий, норм для достижения той или иной цели, например режим экономии.
В качестве основного элемента режима работы МТА определяем его рабочую скорость движения, а в качестве не основных элементов - способ движения в загоне, вид поворота на конце гона, способ заправки агрегата и др.
Системный анализ: в узком смысле - совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного, технического характера; в широком смысле термин «системный анализ» иногда (особенно в англоязычной литературе) употребляют как синоним термина системный подход» [БСЭ].
Представим технику, имеющуюся на предприятии у товаропроизводителя и способы её использования как систему. Из этой системы можно выделить структурные составляющие: - сельскохозяйственное производство и технический парк; - производственный процесс и комплекс машин; - технологическая операция и машинно-тракторный агрегат. Система представилась как иерархическое строение - каждый стоящий на более высоком уровне элемент состоит из ряда нижестоящих элементов. Чтобы построить модель элемента более высокого уровня, необходимо иметь модель нижестоящего элемента и зависимости, связывающие как отдельные элементы одного уровня, так и элементы разных уровней.
Без оптимизации параметров МТА на операции нельзя решить вопрос эффективного использования комплекса машин на производственном процессе. Однако, в свою очередь, перечень операций в процессе, количество и качество техники в комплексе машин могут влиять на состав агрегатов, целесообразность использования того или иного трактора на конкретных операциях. Допустим, количество агрегатов, одновременно занятых на операции, определяет срок выполнения этой операции, с которым связаны потери урожая. Срок выполнения операции так же определяется индивидуальной производительностью каждого используемого агрегата, а значит и его параметрами и режимами работы, т.е. качественное и количественное изменение комплекса машин на производственном процессе влияет на состав агрегата на отдельной операции. Или же, допустим, на более низком уровне выявлена нецелесообразность использования определенного типа трактора или агрегата на данной операции (К-701 на посеве), а при рассмотрении производственного процесса или всего производства в целом от его использования может быть получен огромный эффект.
Следовательно, задача повышения эффективности использования техники в сельскохозяйственном предприятии должна решаться на уровне машинно-тракторного парка при выполнении всего объема работ. При этом будут решены вопросы закупки требуемой техники, распределения их по видам работ, оптимизации параметров и режимов МТА на операции в зависимости от вида техники, природно-климатических и других местных особенностей.
Первый шаг к решению общей задачи повышения эффективности использования машинно-тракторного парка - составление математической модели агрегата на определенной технологической операции, на основе методологии и методов системного анализа (многоуровневости, выявления связей с внешней средой, стратификации и т.д.).
С переходом к рыночной экономике и появлением небольших фермерских хозяйств решение этой задачи носит не только промежуточный, этапный характер, а приобретает самостоятельность и важное практическое значение.
Общие принципы теоретических исследований машинно-тракторных агрегатов
По мнению Ф.С.Завалишина [47]: «Теоретическое исследование - это разработка гипотезы, доведение ее до предполагаемых зависимостей и, наконец, до математической, модели». Важный элемент теоретического исследования - уточнение терминов и понятий, так как они часто по-разному понимаются в различных отраслях знаний и у разных авторов.
Судя по определению теоретических разработок, они не только являются аналитическим (формульным) решением вопроса, но в ряде случаев выступают и как чисто логические рассуждения, однако все они представляют этап абстрактного мышления и предполагают абстрагирование, а точнее идеализацию явления, выделение и рассмотрение главных факторов и взаимосвязей, выведение общих закономерностей и пренебрежение второстепенными.
Теоретические разработки повышают надежность научного знания, позволяют, как правило, решить задачу с меньшими затратами труда и средств.
Велика роль теоретических разработок в постановке эксперимента. Академик Н.П.Бусленко, к примеру, пишет: «Математическая модель становится неотъемлемым элементом исследования, без построения которой невоз-можно осуществить планирование эксперимента, его проведение и обработку результатов» [47].
Таким образом, основная задача теоретических исследований при поиске путей снижения энергетических затрат на технологических операциях - определение пределов этой сложной системы, ее идеализация, определение уровней системы (стратификация) и структуры (декомпозиция), формализация с целью получения математической модели для дальнейшего анализа системы на основе вычислительных экспериментов.
Предварительно будет дано краткое определение терминов в том понимании, в каком они использовались при составлении математической модели МТА, выполняющих различные технологические операции на производственных процессах в сельскохозяйственном производстве. Начнем с понятий «производственный процесс», «технологический процесс» и «технологическая операция», так как они являются частью рассматриваемой сложной системы.
Процесс: (от лат. processus) - продвижение, последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь; совокупность последовательных действий людей и орудий для достижения какого-либо результата в виде конечной продукции (например - производственный процесс).
В сельскохозяйственном производстве можно выделить целый ряд производственных процессов, например выращивания различных растительных продуктов по наименованиям культуры - пшеницы, картофеля, сахарной свеклы и т.д.
Наша задача разработать методику снижения суммарных энергетических затрат на ряде производственных процессов при возделывании как зерновых, так и пропашных культур.
Технологический процесс - часть производственного процесса, по содержанию - совокупность отдельных работ (их правильнее назвать технологическими операциями), объединяемых друг с другом по критерию -подчинение выполнению определенной цели, имеющей законченный смысл и направленных на определение, перемещение или изменение состояния объекта (допустим, подготовка семян к посеву, подготовка поля к посеву и т.д.).
Технологическая операция - часть технологического процесса, выполняемая одним орудием на одном рабочем месте. Основная расчетная единица для определения производительности, планирования загрузки оборудования и технического нормирования труда.
В производственных процессах возделывания зерновых и пропашных культур используются как одноименные технологические операции, так и различные по названию и содержанию.
Понятие «технологический процесс» несколько запутанное и спорное, поэтому необходимо пояснение другого термина, относящегося как к производственным процессам, так и к технологическим операциям -технология.
Технология (от греч. techne - искусство, мастерство, умение и ...логия), совокупность приемов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий, осуществляемых в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и т.д.; научная дисциплина, разрабатывающая и совершенствующая такие приемы и способы.
Технологию обычно рассматривают в связи с конкретной отраслью производства (Технология машиностроения, Технология производства продукции растениеводства) либо в зависимости от способов получения или обработки определенных материалов (Технология металлов, Технология возделывания озимой пшеницы, Технология переработки молока и пр.).
В результате осуществления технологических процессов происходит качественное изменение обрабатываемых объектов. Важнейшие показатели, характеризующие технико-экономическую эффективность технологического процесса: удельный расход сырья, полуфабрикатов и энергии на единицу продукции; выход (количество) и качество готовой продукции (изделий); уровень производительности труда; интенсивность процесса; затраты на производство; себестоимость продукции; энергетическая эффективность.
Задачей технологии как науки является выявление физических, химических, механических и других закономерностей для определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов, требующих наименьших затрат времени, материальных ресурсов и энергии. Технологии различных производств постоянно обновляется и изменяется по мере развития техники. Совершенствование технологий — важное условие ускорения технического прогресса в сельском хозяйстве. Основные направления развития современных технологий:
переход от прерывистых (дискретных, циклических) технологических процессов к непрерывным поточным процессам, обеспечивающим увеличение масштабов производства и эффективное использование машин и оборудования;
внедрение «замкнутой» (безотходной) технологии для наиболее полного использования сырья, материалов, энергии, топлива, что дает возможность свести к минимуму или полностью ликвидировать отходы производства и осуществить мероприятия по оздоровлению окружающей среды;
исходя из исчерпаемости источников органической энергии -создание технологий, имеющих максимальный КПД использования энергии, широкое использование возобновляемых источников энергии (солнечные батареи, ветроэлектростанции, энергии малых рек, биогазовые установки и т.д.).
Программа экспериментальных исследований
Ответ на вопрос: "Что необходимо получить в результате экспериментальных исследований?" вытекает из теоретических предпосылок: - необходимо проверить адекватность уравненийrj ,QP, полученных из типовой тяговой характеристики трактора при работе на стерне, экспериментальным значениям Лт С трактора, полученным на различных операциях и почвенных условиях; - определить на посеве, культивации, вспашке агротехнически допустимые пределы скорости МТА; - на каждой из указанных операций выявить зависимость удельного сопротивления машин-орудий от скорости МТА к = f (VPK с целью корректирования значений коэффициентов Акс и с , в принятом для расчётов уравнении; -необходимо экспериментально определить зависимости Rn = J (Bp.Vp), T3 = J (В), tnz J (В) и значения элементов коэффициента использования времени смены, а именно l0 t0 на указанных операциях; - выявить производительность перечисленных агрегатов с целью сравнения с расчетными значениями; - провести полевые опыты для определения энергии урожая, потерянного из-за нарушения агротехнических сроков проведения технологических операций, с целью проверки адекватности расчетных формул; - провести многофакторный эксперимент для определения оптимальной ширины захвата, рабочей скорости посевного агрегата и оптимального срока посева с целью сравнения с расчетными данными; - провести производственную проверку результатов исследования.
Для решения трех первых задач необходимо провести лабораторно-полевые испытания посевных, культиваторных и пахотных агрегатов в лабораторно - полевых условиях. Для решения четвертой и пятой задачи провести эксплуатационно - технологические испытания указанных агрегатов в полевых условиях. Для решения шестой и восьмой задач, необходимо провести сравнительные испытания агрегатов в условиях производства с фиксированием урожайности. Решение седьмой задачи возможно лишь при проведении агрономических опытов в лабораторно -полевых условиях, методом планирования экспериментов.
Всестороннего обоснования требует объект исследования. К нему предъявляется ряд требований [47]: 1) типичность - объект обладает свойствами, характеристиками, часто встречающимися среди других, имеет достаточно широкое распространение; 2) перспективность - объект применяется не только в то время, когда проводятся исследования, но и будет применяться в ближайшем будущем; 3) доступность - объект доступен для проведения эксперимента, имеется возможность установить испытательную аппаратуру и легко обслуживать её.
Исходя из этих требований, для проведения лабораторно-полевых опытов выбран трактор Т-150К. Операции выбраны с целью охвата их разнообразия по энергоёмкости - посев, культивация, вспашка. Соответственно выбраны и сельскохозяйственные машины: сеялки - СЗП-3,6; культиваторы - КПС-4; плуг - ПЛП-6-35; сцепка - СП-16. Орудия технически исправны, после замены рабочих органов отработали около 50 часов. Почвы серые лесные, как наиболее типичные для предкамской зоны Республики Татарстан.
При проведении эксплуатационно - технологических исследований нас более всего интересуют элементы коэффициента времени смены, зависящие от особенностей сельскохозяйственных машин и трактора, а также фактическая производительность агрегатов. Поэтому, с целью более широкой проверки методики расчёта на различных операциях, в качестве объекта исследований выбраны различные марки тракторов. Это связано с необходимостью сравнения реальной производительности МТА с расчетной производительностью агрегата, включающего такую же марку трактора и имеющего такие же параметры, выполняющего операцию в аналогичных условиях. В качестве объектов исследования выбраны агрегаты: на культивации Т-150К+КПС-4; на посеве ДТ-75М+СЗП-3.6; на вспашке Т 150+ПЛП-5-35.
При проведении производственных опытов по определению энергии урожая, потерянного из-за нарушения агротехнических сроков посева, выбраны два идентичных агрегата ДТ-75М + ЗСЗ-3.6, с одинаковыми параметрами, выполняющими посев с одинаковой скоростью.
Для проведения многофакторного эксперимента выбран посевной агрегат на базе трактора Т-150, способный работать в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, что требуется по условиям исследований.
Подготовка тракторов и орудий к экспериментам проводилась, согласно инструкций по эксплуатации, а также ГОСТ 7057-81, ОСТ 70.4.1-74 и ОСТ 70.4.2-74.
Определение агротехнически допустимых пределов рабочей скорости агрегатов
Допустимые пределы рабочей скорости агрегатов на посеве, культивации, вспашке определялись по показателям агротехнических требований на качество выполнения операций.
На посеве определялось изменение глубины и нормы высева семян яровой пшеницы при изменении скорости от 5 до 14,8 км/ч, таблица 4.1.
Исходя из полученных значений показателей, можно сделать вывод, что при посеве со скоростью от 5 до 11,3 км/ч обеспечивается устойчивая глубина заделки семян, и отклонение от нормы высева Для посева на более высокой скорости необходимо ввести соответствующие поправки на норму высева семян и принять меры для обеспечения заданной глубины посева. Агротехнические показатели качества работы культиваторного агрегата приведены в таблице 4.2.находится в пределах допустимого -3 %.
Исходя из требований ГОСТ 26244-84 «Обработка почвы предпосевная», изменение скорости агрегата с 5,9 до 13,0 км/ч не приводит к нарушению качества работы. Увеличение скорости агрегата приводит к стабильному снижению глубины обработки, однако среднее квадратическое отклонение осталось в пределах допустимого. При этом снизилась гребнистость поверхности с 3,08 до 2,27 см, улучшилось крошение почвы. Такой же характер изменения агротехнических показателей получен на вспашке, таблица 4.3.
Глубина обработки снизилась с 27,8 см на скорости 6,2 км/ч до 26,6см. на скорости 9.6 км/ч., соответственно среднее квадратическое отклонение глубины обработки изменилось с 0,855 см. до 1,482 см., что находится в пределах агротребований. При этом гребнистость снизилась с 3,92 до 2,41 см.
Крошение почвы определялось визуально и отмечено её усиление с ростом скорости агрегата.
Таким образом, по данным проведенных наблюдений можно сделать вывод, что агротехнические требования на качество выполнения операций соблюдаются: на посеве при изменении скорости с 5 до 11,3км/ч; на культивации при изменении скорости с 5,9 до 13 км/ч; на вспашке при изменении скорости с 6,2 до 9,6 км/ч.
Материал, полученный в ходе энергооценки агрегатов, приведен в приложении Д. Согласно разработанной методике, определены характеристики эмпирических распределений и проверено подчинение их нормальному закону распределения. Пример расчета характеристик и закона распределения опытных данных для посевного агрегата при В = 7,2 м., на первой передаче представлен в таблице 4.4.
Искомые показатели на остальных режимах работы посевного агрегата приведены в таблице 4.5. Для остальных операций значения показателей приведены в приложении Д.
Такая предварительная обработка данных позволила провести корреляционно-регрессионный анализ для получения искомых оптимальных уравнений регрессии. Распечатки результатов расчетов, проведеных на ЭВМ приведены в приложении Е.
Эти уравнения позволяют выявить достоверность уравнений, рассчитанных по данным типовой тяговой характеристики трактора, снятой на стерне, путем их сравнения.
Имеются регрессионные уравнения различных показателей, полученные из типовой тяговой характеристики трактора, снятой на стерне, и рассчитанные по итогам экспериментальных исследований. Необходимо выявить, насколько адекватны экспериментально определенные показатели показателям, рассчитанным по уравнениям, полученным из типовой тяговой характеристики трактора. Качество предсказания проверяем по критерию Фишера [95]. Для большей ясности и простоты сравнению подлежат не каждый показатель, являющийся элементом уравнения тягового КПД, а значения тягового КПД, получаемые с помощью уравнений этих показателей. При этом рассматриваются значения тягового КПД, подсчитанные различными методами:
1) непосредственно по экспериментальным данным из уравнения регрессии r/T = f{P,V) ,
2) через произведение зависимостей T\=f \P,V) » Лз= f \РУ) Г = f [P,V) , полученных по опытным данным;
3) непосредственно по данным типовой тяговой характеристики трактора, снятой на стерне, умноженные на коэффициент прочности несущей поверхности Q ; IS КР
4) через произведение уравнений r\f = fx(P,V), Т8 = /2(Р,К) , Г = f (P,V) г полученных из тяговой характеристики трактора, умноженной на коэффициент прочности несущей поверхности почвы QKT . ІУ КР
Подставляем экспериментальные значения крюковой нагрузки и рабочей скорости в каждое из уравнений, вычисляем тяговое КПД трактора и сравниваем, насколько точно совпадают его значения, вычисленные по разным формулам, со значениями тягового КПД, полученными при опытах. Программа сравнения значений КПД и распечатки с ЭВМ приведены в приложении Ж.
