CC BY
34
УДК 629.463
энергетическая оценка технологического процесса перевозок бобовых культур
С.В. ЩИТОВ, доктор технических наук, профессор З.Ф. КРИВУЦА, кандидат физико-математических наук, доцент
Дальневосточный ГАУ E-mail: zfk20091@rambler.ru
Резюме. Одна из основных задач оптимизации технологического процесса перевозок грузов - снижение энергетических затрат. Решить ее можно путем сокращения числа выполняемых операций, этапов процесса перевозки и внедрения энергосберегающих технологий. Цель нашей работы - исследование влияния грузоподъемности транспортного средства на отдельные составляющие и полные энергозатраты при перевозке грузов сельскохозяйственного назначения. Для ее достижения разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние технико-эксплуатационных показателей транспортного процесса на полные энергозатраты при перевозке грузов. Влияние грузоподъ -емности транспортного средства на отдельные составляющие и полные энергозатраты оценивали по результатам эксперимен-тальныхисследований перевозки сои автомобилями КамАЗ-5510 с полуприцепом 0дАЗ-9370 (q=19,235 т), КамАЗ-5320 (q=8 т) и ЗИЛ-130 (q=5,8 т) по схеме «элеватор-потребитель». Дорожные условия: тип покрытия - асфальтобетонное; состояние - хорошее; вид движения - свободное; коэффициент использования пробега в=0,5; протяженность трассы L=20 км; коэффициент использования грузоподъемности ■/=1; среднее время погрузочно-разгрузочных работ за один оборот ^в=0,5ч, дорожные условия на всем протяжении трассы одинаковы; погода - ясная; временя пребывания автомобилей в наряде 8 ч. Более 70% от полных энергозатрат приходится на прямые энергозатраты транспортных средств. Поэтому снижение полныхэнергозатрат в значительной степени зависит от минимизации транспортных издержек путем сокращения расхода топлива при выполнении заданного объема работы. Уменьшение грузоподъемности автомобилей приводит увеличению полных энергетических затрат с 2,27 МДж для автомобилей КамАЗ-5510 с полуприцепом 0дАЗ-9370 (q=19,235 т) до 5,6 МДж для автомобилей ЗИЛ-130 (q=5,800 т) на 1 т груза в рассматриваемом перевозочном процессе. Ключевые слова: технология, транспорт, затраты энергии, эффективность, сельскохозяйственные культуры, расход топлива.
Одно из ведущих направлений хозяйственной деятельности Амурской области - производство аграрной продукции. Урожай бобовых культур 2013 г. не изменил основного тренда отрасли, стабильно демонстрировавшей рост практически по всем основным показателям: площадь посевов, объем производства, урожайность. В регионе выращивают более 70% общего количества российской сои. Однако транспортная составляющая оказывает существенное влияние на конечную цену продукции из Приамурья, делая ее невыгодной для покупателей.
Повысить эффективность перевозок сельскохозяйственных грузов можно не только путем совершенствования подвижного состава, технологических и погрузочно-разгрузочных машин, но и благодаря использованию прогрессивной технологии перевозки грузов. Одна из основных задач технологического процесса перевозок грузов - снижение его энергозатрат и продолжительности, решить которую можно путем сокращения числа выполняемых операций, этапов процесса перевозки и освоения энергосберегающих технологий [1.. .3].
Рациональное использование подвижного состава на транспортно-технологических перевозках грузов при производстве сельскохозяйственной продукции предполагает необходимость разработки системы показателей, характеризующих его эффективность в конкретных технологических условиях. С помощью такой системы можно
выявить с какими операциями связаны наибольшие потери производительности транспортного средства и определить резервы ее повышения. Основные критерии эффективности использования сельскохозяйственной техники, в частности автомобилей, согласно методике предложенной ВИМ, - топливно-энергетические показатели, которые оцениваются полными энергозатратами [4].
Цель нашей работы - определить влияние грузоподъемности транспортного средства на отдельные составляющие и полные энергозатраты при перевозке грузов сельскохозяйственного назначения для последующей их оптимизации.
Условия, материалы и методы. При решении поставленной задачи полные энергозатраты i транспортного средства технологического процесса перевозок грузов сельскохозяйственного назначения определяются математической моделью:
mm mm
Х£™ = +Xе- + Xе* -»т/п' (1)
/=1 /=i /=1 i=i
где Еп - полные энергозатраты i транспортного средства при перевозке грузов, МДж/т; Е - прямые затраты энергии i транспортного средства при перевозке грузов, МДж/т; Еж - энергозатраты живого труда i транспортного средства при перевозке грузов, МДж/т; Еэ - энергоемкость i транспортного средства при перевозке грузов, МДж/т.
Для оценки влияния грузоподъемности транспортного средства на отдельные составляющие и полные энергозатраты были проведены экспериментальные исследования по перевозке сои автомобилями КамАЗ-5510 с полуприцепом ОдАЗ-9370 (q=19,235 т), КамАЗ-5320 (q=8 т) и ЗИЛ-130 (q=5,800 т) по схеме «элеватор-потребитель». Тип дорожного покрытия -асфальтобетонное; состояние дорожного покрытия -хорошее; категория дорог (СНиП 2.05.02-85) - IV; вид движения - свободное; коэффициент использования пробега р=0,5; протяженность трассы L=20 км; коэффициент использования грузоподъемности у=1; среднее время погрузочно-разгрузочных работ за один оборот tnH=0,5 ч, дорожные условия на всем протяжении трассы одинаковы; погода - ясная; время пребывания автомобилей в наряде 8 ч. Скорость движения и расход топлива фиксировали с помощью навигационной системы слежения ГЛОНАСС и GPS [6].
Е, кДж/т
6000 5000 4000 3000
2000 ■ ■ ! 1000 о
КамАЗ-5510 с полуприцепом
Рис. 1. Закономерности изменения отдельных составляющих энергозатрат при уменьшении грузоподъемности транспортного средства: ■ - прямые энергозатраты; □ - затраты живого труда; □ - энергетические затраты автомобиля.
Результаты и обсуждение. Прямые энергозатраты для автомобиля определяются по формуле [4]:
(2)
пр 50-О '
где ат - теплосодержание топлива, МДж/т; ^ - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии для производства топлива, МДж/т; 1ге - длина ездок с грузом, км; На - линейная норма расхода топлива на 100 км пробега, л; р -плотность топлива, кг/л; Q - масса перевозимого груза, т.
При расчете прямых энергозатрат учитывали, что за плановое время пребывания в наряде каждое транспортное средство может выполнить только целое число ездок Zе. Число ездок, выполняемое единицей подвижного состава равно [5]:
Т/е (3)
где Тн - времени пребывания в наряде, ч; ^ - время оборота (ездки), ч.
Время оборота (ездки) определяется из выражения:
t = ге +t в pvT
(4)
Е Jgm + q Ha-ire p(ire + \/Tu3) пр 50 THqYVTP ■
(6)
Энергозатраты живого труда определяется из вы ражения [4]: £ _ Пч'аж' T,,
W
(7)
W =
тндуУтР
,+vTLP
энергозатрата живого труда составят С _"4-a1K TH (£rs + VTtngp)
(8)
(9)
ж ТноуУтр
Энергетические затраты автомобиля при транспортировке бобовых культур определяются из выражения: Е
Е =
W
(10)
Подставив (8) в (10), получим:
= Е3Щге+Ут(пер) (и)
3 ТдуУгР ■ Учитывая формулы (6), (9) и (11) полные энергозатраты при транспортировке сои составят:
(12)
(а. + f„
v m m
n.-tn
50
4 ж " ' ' THqYVTP
где - техническая скорость автомобиля, км/ч; р - коэффициент использования пробега; ?пв - среднее время погрузочно-разгрузочных работ за один оборот, ч.
Количество перевезенного груза Q за время Тн будет равно:
Q=Zeq1, (5)
где ц - грузоподъемность транспортного средства, т; у - коэффициент использования грузоподъемности.
Таким образом, проведя необходимые преобразования формулы (2), прямые энергозатраты с учетом изложенного будут составлять:
Соотношение (12) можно считать общим для определения полных энергозатрат транспортного средства при доставке грузов потребителю.
Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что при дифференцированной оценке отдельных составляющих энергозатрат технологического процесса перевозок наибольшее влияние оказывают прямые энергозатраты. При уменьшении грузоподъемности автомобиля полные энергозатраты значительно увеличиваются (рис. 1). Процентное соотношение между прямыми энергозатратами, затратами живого труда и энергетическими затратами автомобилей в случае уменьшения грузоподъемности практически не изменяется (рис. 2).
где пч - число водителей I транспортного средства на у операции, чел; аж - энергетический эквивалент живого труда, МДж/ч; W - производительность I транспортного средства нау операции, т.
С учетом того, что производительность подвижного состава равна:
где Еа - энергоемкость автомобиля, МДж/т; L -длина ездки, км.
Рис. 2. Распределение энергозатрат при транспортировке сои: - энергетические затраты автомобиля; ■ - энергозатраты живого труда; □ - прямые энергозатраты.
Выводы. Предложенная математическая модель дает возможность оценить влияние технико-эксплуатационных показателей транспортного процесса на полные энергозатраты при перевозке грузов сельскохозяйственного назначения.
Снижение полных энергозатрат при транспортно-технологическом обеспечении производства бобовых культур в значительной степени обеспечивает минимизация транспортных издержек путем сокращения расхода топлива при выполнении заданного объема работы.
Полные энергозатраты при транспортировке бобовых культур обратно пропорциональны грузоподъемности транспортного средства.
Литература.
1. Лейдерман С.Е. Эксплуатация грузовых автомобилей. М.: Транспорт, 1966. 152 с.
2. Щитов С.В., Кривуца З.Ф. Повышение эффективности перевозки сельскохозяйственных грузов//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2011. №2. С. 26-28.
3. Щитов С.В., Кривуца З.Ф. Энергетическая оценка транспортно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственных культур// Вестник «Красноярского государственного аграрного университета». 2011. №11. С.180-185.
4. Никифоров А.Н., Токарев В.А., Борзенков В.А. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. М.: ВИМ, 1995. 96 с.
5. Николин В. И. Автотранспортный процесс и оптимизация его элементов. М.: Транспорт, 1990. 192 с.
6. Щитов С.В., Кривуца З.Ф. Оптимизация работы автомобильного транспорта с использованием навигационных систем ГЛОНАСС И GPS //Научное обозрение. 2011. №6. С. 87-92.
power assessment of TEcHNoLoGicAL PRocEss of TRANsPoRTATioNs oF BEAN cuLTuREs
s.V. shitov, Z.F. Krivytca
Far eastern state agrarian university
summary. One of the main targets in the reducing of energy expenses. It means the decreasing the number of fulfilled operations, the stages of transportation and applying of energy saving technologies. The main of our work in the investigation of cargo capacity influence on separate components and total energy expenses during the agricultural cargo transit and the mathematical model was carried out to estimate the influence of technical exploitation index of transportation on total energy expenses. We experimentally studied soybean transportation by KamAZ-5510 with semi-trailer 0dAZ-9370(q=19,235t), KamAZ-5320 (q=8t) and ZIL-130 (q=5,800t) according to "elevator consumer" scheme for estimation of the cargo capacity influence on separate components and total energy expenses. There were following conditions: asphalt concrete covering of the road and good state of it; category of roads - IV; free movement, motor run coefficient p = 0,5; distance - L=20 km; cargo capacity coefficient Y = 1; average time of loading and unloading for turnover t=0,5h, identical road conditions; and good weather; the length of transportation - 8 hours. The investigation showed that above 70% of total energy expenses are direct energy expenses. The decreasing of direct energy expenses considerably depends on minimization of transport outlays due to reduce of fuel expense. The total energy expenses increase from 2,27МДж for KamAZ-5510 with semi-trailer 0dAZ-9370(q=19,235t) to 5,6МДж for ZIL-130 (q=5,800t) when we decreased the cargo capacity of vehicles. Key words: technology, transport, energy expenditure, efficiency, crops, fuel consumption.
УДК 631.303
о прокалывании почвы иглами игольчатой бороны
Г.А. ХАЙЛИС1, доктор технических наук, профессор М.М. КОВАЛЕВ2, доктор технических наук, директор Л.А. ТАЛАХ?, кандидат технических наук, доцент В.В. ШЕВЧУК1, аспирант УкрНИИПИТим. Л. Погорелого (Украина) 2ВНИИМЛ Россельхозакадемии 3Луцкий национальный технический университет E-mail: vniiml1@mail.ru
Резюме. Исследования проводили с целью анализа процесса прокола почвы конусными или конусно-цилиндрическими иглами бороны, систематизации приборов для определения твердости почвы и модернизации прибора непрерывного заглубления для исследования сопротивления почвы при ее проколе конусными или конусно-цилиндрическими иглами. Рассмотрено три случая погружения в почву игл одной и той же конусности. В первых двух углубляется только конусная часть иглы, причем во втором случае весь конус, а в третьем углубляется и конус, и цилиндрическая часть. В первых двух случаях в зоне действия конуса почва сминается, а в третьем, в зоне действия иглы, добавляется еще сопротивление вследствие ее трения относительно почвы. Поэтому при теоретическом и экспериментальном исследовании сопротивлений, преодолеваемых иглам, необходимо учитывать полную глубину их погружения в почву. Экспериментальное определение сопротивлений при внедрении в почву конусной иглы проводится с помощью различных по конструкции твердомеров, которые подразделяются на два типа: ударные и непрерывного заглубления. Последние получили наибольшее распространение и их целесообразно использовать для определения сопротивлений почвы при внедрении в нее иглы, проведя модернизацию таких устройств путем замены в них обычных деформаторов на конусные или конусно-цилиндрические. Модернизированный твердомер почвы непрерывного погружения позволяет экспериментально определять равнодействующую сил воздействия рабочей поверхности иглы на контактирующую с этой поверхностью почву. Ключевые слова: борона, игла, почва, прокол, сила, конус, прибор.
Игольчатые бороны применяют для обработки почвы [1.. .4], однако особенности прокалывания ими поверхности почвы исследованы недостаточно. Например, мало проанализированы прокол почвы иглами игольчатой бороны, а
также недостаточно эффективны приборы, применяемые для определения сопротивления почвы при ее проколе.
Цель наших исследований - анализ процесса прокола почвы конусными или конусно-цилиндрическими иглами бороны для повышения качества обработки поверхностных слоев почвы и совершенствования рабочих органов, а также систематизация приборов для определения твердости почвы и модернизация прибора непрерывного заглубления для определения сопротивления почвы при ее проколе конусными или конусно-цилиндрическими иглами.
Условия, материалы и методы. Игольчатые бороны применяют в комбинированных культиваторах для прокола почвы и ее поверхностного рыхления. Они содержат секции, каждая из которых состоит из пяти игольчатых дисков, причем оси этих дисков жестко связаны между собой. Каждый диск (рис. 1) содержит ступицу, ось, втулку и двенадцать игл, жестко связанных со ступицей. Игла представляет собою радиально закрепленный на ступице прямолинейный
Рис. 1. Диск игольчатой бороны с 12-ю иглами для прокола почвы.
