CC BY
75
Тогда
Фіх = 1 - (1 + Ме-Ь‘х; Ф2х = 1 - (1 + ^х^
(9)
(10)
где Ъ1 = 1,679 / ^05у), Ь2 = 1,679 / ^05(2, — параметры, определяемые при 50 %-ной тонкости фильтрации фильтров соответственно 11 и /2.
Таким образом, степень фильтрации частиц загрязнении необходимого размера определяется эффективностью работы каждого элемента системы. Причем коэффициент очистки системы в целом выше, чем у фильтра, имеющего наивысшую тонкость фильтрации.
Теперь рассмотрим другой эффективный показатель работы системы — коэффициент полноты фильтрации ф Его можно определить по
формуле
Ф р = (о - С1)
Со |ф:
хр ^(х)
(11)
где С0, С1 — массовая концентрация загрязнении соответственно до и после фильтров; рх) = а2т хе-азУх — дифференциальная функция массового распределения частиц загрязнений по размерам [2].
С учетом формулы (7) уравнение (11) примет вид ^
Фр = I (Ф1х + Ф2х - ФЛХ--^ (12)
0
где а^ = 1,679 / х05 — параметр массового распределения частиц загрязнений по размерам с учетом частиц размером Х0 5(т), делящий интегральную функцию рх) пополам (медиана распределения) [3].
Подставив в уравнение (12) значения коэффициентов ф1х и ф2х из формул (9) и (10), после интегрирования получим
фр = 1 - ат / (ат + Ъ1 + Ъ2) Х
X [1 + 2ЪХ / (ат + Ъ + Ъ2) + (13)
+ 2Ъ2 / (ат + Ъ1 + Ъ2) + 6Ъ1Ъ2 / (ат + Ъ1 + Ъ2)].
Уравнение (13) позволяет оценить коэффициент полноты фильтрации системы очистки нефтепродуктов, состоящей из двух последовательно установленных фильтров. Расчет по формуле (13) показывает возможность получения любой эффективности очистки.
Вывод
Применение установок, состоящих из двух последовательно установленных фильтров, позволяет значительно повысить их чистоту и управлять качеством очистки за счет соответствующего подбора характеристик фильтров грубой и тонкой очистки.
Список литературы
1. Обоянцев, О.Ю. Разработка средств контроля и повышения надежности гидросистем дорожных и строительных машин / О.Ю. Обоянцев: дисс. ... канд. техн. наук. — Томск: ТГАСУ, 2004. — 145 с.
2. Пивнев, Д.В. Разработка комбинированных поверхностных фильтров — очистителей нефтепродуктов для дорожных и строительных машин / Д.В. Пивнев: дисс. ... канд. техн. наук. — Томск: ТГАСУ, 2003. — 193 с.
3. Удлер, Э.И. Фильтрация нефтепродуктов / Э.И. Уд-лер. — Томск: ТГАСУ, 1988.
4. Бербер, В.А. Современное состояние в области исследовании по обеспечению и контролю промышленной чистоты гидросистем / В.А. Бербер и др. / Промышленная чистота рабочих жидкостей гидросистем и фильтрация. — Челябинск: ЧГАУ, 1983. — С. 20-21.
УДК 631.3.004.5
В.П. Уваров, доцент
Р.Н. Дидманидзе, канд. экон. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
энергозатраты на технологические процессы при минимуме возвратных вложений
Производство продукции растениеводства обеспечивается соответствующими ресурсами. Потребность в основных из них — технических и финансовых устанавливается инженерным менеджментом.
Совокупное использование энергетических и денежных вложений на работу принято оценивать по приведенным затратам Сп. Они зависят от
объема (площади, урожая) и составляют основу при калькуляции процесса. По минимуму Сп при проектировании машиноиспользования устанавливают средневзвешенное соотношение между часовыми издержками Сч и производительностью Ж средств механизации: Сп = Сч / Ж ^ тт.
При реализации такого соотношения достигают эффективного выполнения в агротехнические
71
сроки установленного объема работ с оптимальными энергозатратами в пределах выделенных издержек.
При таком подходе определения рациональности выполнения процесса происходит нивелирование между составляющими прямых переменных издержек Сп.
Не учитываются различия в темпах изменения цен на рынках труда и топлива.
Очевидно, что непосредственные организаторы и исполнители технологических процессов заинтересованы в рекомендациях по выбору и коррекции состава машинно-тракторного агрегата (МТА) с учетом изменений компонент эксплуатационных затрат, в основном возвратных. Такие издержки, часто в виде субсидий на оплату топлива Ст и на зарплату Сз, возвращаются частью урожая как стоимостный эквивалент вложениям.
При выполнении работы различными составами МТА расходуют разные Сз и Ст. Соотношение между ними изменяется как для разных полевых работ, так и во времени (посезонно и по годам). Это указывает на необходимость учитывать диспропорцию между Сз и Ст при обосновании мощности или, что эквивалентно, проиводительности МТА. Она может быть в одних случаях равной, в других больше или меньше мощности, оптимальной для критерия Сп ^ тт при стабильных ценах.
К тому же на практике изначально по имеющимся финансовым возможностям оплатить Сз и Ст апеллируют арендой техники той или иной мощности.
В связи с этим целесообразно выявлять диссонанс энергообеспечения процесса. С этой целью предлагается выбрать в качестве оперативного (упрощенного) критерия оптимальности — минимум возвратных вложений в виде
С = (Сз + Ст) / Ж ^ тт. (1)
По установленному оптимальному значению мощности подбирают состав МТА, обеспечивающий эффективность при текущих ценах на рынке топлива и при изменении оплаты труда механизаторов. Такой подход позволяет решать и обратную задачу: планировать финансирование каждой операции для конкретного МТА на следующий сезон полевых работ.
Таким образом, чтобы оптимизировать технологический процесс по целевой функции (1), необходимо сначала установить зависимость показателей Сз, Ст и Ж от комплексного параметра N — мощности энергосредства. Далее, используя методы моделирования, определяют оптимальное значение мощности. Затем с учетом агротехнических ограничений для заданных внешних условий подбирают рациональный состав и режимы работы МТА.
72
Установлено, что для упрощенных практических расчетов с допустимой погрешностью можно использовать линейные зависимости показателей Сз и Ст от N в виде
Сз = Дз + ТД; (2)
ст = дт + ТД,
гдеД Дт — постоянные вложения соответственно на зарплату и топливо, р./ч; Тз, Тт — темпы увеличения вложений соответственно на зарплату и топливо, р./(кВт-ч).
Принято исчислять Сз в р./ч, а цену Цт единицы объема топлива в р./л. С учетом часового расхода С топлива агрегатом Ст = ЦтС. Если учитывать допустимую загрузку двигателя по мощности посредством коэффициента ен, номинальный расход Оп топлива трактором и степень использования рабочего (основного) режима работы двигателя (коэффициент V) в зависимости от внешних условий и ландшафта, то расход топлива агрегатом для выполнения какой-либо операции
С = Сн^.
Коэффициент V на практике определяют по типовым нормам выработки и расхода топлива на механизированные работы.
Показатель Сз рекомендуется определять на основании тарифной ставки с учетом поощрительных надбавок за выполнение операции.
Уместно рассматривать прямолинейную зависимость технико-экономических показателей Сз и Ст (или их сумму) от мощности.
Значение часовых возвратных вложений (Сз + Ст) с учетом зависимостей (2) при Д=Дз + Дт, Т = Тз + Тт рассчитывают по формуле
Сз + Ст = Д + ТД. (3)
В настоящее время полевые работы в растениеводстве выполняют, как правило, механизаторы одинаковой квалификации.
Значения показателей Сз для однотипных МТА разной производительности Ж различаются незначительно, т. е. не зависят от мощности.
Уместно принять, что при Тз = 0 для конкретной операции Сз = Дз.
Расчет показателя Ст допустимо выполнять без учета составляющей Дт из-за незначительного проявления ее для конкретной операции при использовании МТА разной производительности. Тогда Ст = ТД при Дт = 0.
Такие условности позволяют рассчитывать показатели Д и Т в формуле (1) как Д = Сз, Т = Тт.
На практике для каждой операции не представляет трудностей определение коэффициента Т или графически при построении графика Ст = ф(Д), или аналитически как средневзвешенное значение из равенства
Т = vqЯ,
где дэ — удельный часовой расход топлива при Ен = 0,9 и V = 1 для типовых условий, л/(кВт-ч).
Приблизительно численное значение Т можно рассчитать по формуле
Т = 0>Цт. (4)
Динамику диспропорции по сезонам (годам) между Сз и Ст можно оценивать по коэффициенту Л, который определяется с учетом (4) из равенства
Л=Д/ Т = СД0>Цт).
Физический смысл Л: мощность, которую допустимо реализовать при текущем соотношении постоянных и переменных составляющих принятого критерия оптимальности. Такой коэффициент условно можно обозначить как параметр предложения.
Исследование зависимости производительности от мощности МТА основано на выявлении влияния внешних условий на время выполнения работы.
Мощность предопределяет возможный (теоретический) объем работы П с учетом реализации удельных (на единицу работы) энергозатрат Рк согласно уравнению П = N /Р№ Однако, на выполнение такого объема работы тратится разное рабочее время в зависимости от внешних условий. Их влияние на него, а значит и на эксплуатационную производительность Ж оценивают по коэффициенту использования рабочего времени т. Целесообразно и его выразить в функции от N.
Значение т принято определять для типовых условий в зависимости от основных характеристик ландшафта и нормообразующих факторов, таких как длина гона или ездки, тип почвы, группа дорог, класс груза, доза сбора или распределения технологического материала. Другие характеристики (факторы) учитываются показателем Кп в виде произведения частных поправочных коэффициентов.
Для практических расчетов допустимо использовать линейную зависимость изменения т в границах двух-трех марок тракторов рядом расположенных классов:
т = d - tN,
где d, t — коэффициенты, характеризующие составляющие времени смены, соответственно независящие и зависящие от мощности.
Численные значения d как безразмерной величины и t в размерности 1/кВт проще определять при построении графика т = ф(^ по типовым нормам выработки. Точка пересечения наклонной линии т с осью ординат (при N = 0) соответствует значению ^ Темп снижения т, равный тангенсу угла наклона этой линии, представляет собой эквивалент коэффициента t.
Соотношение между d и t устанавливает коэффициент у = d/t—параметр спроса, по аналогии с А характеризующий мощность, которую можно реализовать в конкретных внешних условиях.
Таким образом, по установленным зависимостям можно определить влияние мощности на производительность для заданных условий
W = KnN(d - tN)/Pw (5)
Поскольку зависимости Сз, Ст, W исследованы в функции N, представляется возможным посредством формул (3) и (5) целевую функцию (1) выразить в виде
С = Pn(A + TN / [KnN(d - N)]. (6)
Из решения уравнения dC/dN = 0 следует алгебраическая формула для определения оптимального значения мощности N , соответствующей критерию оптимальности (1):
Nc = А[(1 + у/А)°,5 - 1], (7)
где у/А — соотношение, показывающее во сколько раз спрос у от внешних условий опережает предложение А от критерия оптимальности.
Для сравнения рекомендуется определять численное значение оптимальной мощности Nw, соответствующее критерию оптимальности максимума производительности (W ^ max), из равенства
Nw = Y/2. (8)
Из этого равенства следует, что оптимальная мощность не зависит от различного вида вложений, а обусловлена только внешними условиями и особенностями конструкции и агрегатирования рабочих машин.
Предлагаемый метод обоснования рациональных энергозатрат реализован в сельскохозяйственном предприятии ООО «Куликово» Дмитровского района, Московской области по техникоэкономическим показателям машиноиспользования в растениеводстве за последние 20 лет.
Рассмотрены два контрастных по энергоемкости процесса: вспашка стерни и тракторные грузоперевозки в типовых условиях (Кп = 1) соответственно для длины гона 400...600 м и длины ездки 4 км при оплате труда за вторую операцию на 20 % меньше, чем за первую. В табл. 1 приведены расчетные значения показателей на 1985 г.
Из анализа расчетных данных следует, что в середине 80-х годов XX века при стабильной зарплате и цене на топливо выгодно было по критерию минимума возвратных вложений использовать на вспашке трактор К-701М, а на внутрихозяйственных перевозках грузов — трактор МТЗ-100.
Результаты расчетов для других периодов приведены в табл. 2.
73
Таблица 1
Пример формирования данных
Обозначение показателя в формулах Значение показателя
на вспашке стерни при перевозке груза
Д = С3, р./ч 1,3 1,1
V 0,85 0,45
Ц, р./л 0,07 0,07
Т, р./(кВт-ч) 0,0180 0,0095
Л, кВт 72 116
d 0,88 0,29
t, 1/кВт 0,0009 0,0014
у, кВт 978 207
Nc, кВт 205 78
N , кВт 490 103
Рч 22,2 кДж /м2 0,0022
кДж /(кг-м)
Жс (для ^ 6,5 м2/с 6380 кг-м/с2
Данные табл. 2 констатируют диссонанс в оптимальном энергообеспечении процессов, вызванного диспропорцией основных переменных прямых издержек (возвратных вложений на топливо и зарплату).
За 20 лет с 1985 г. при увеличении до 200 раз цены топлива и только до 20 раз оплаты труда отмечено снижение в два-три раза оптимальной (по критерию минимума возвратных затрат) мощности в зависимости от энергоемкости процессов. Такое финансирование вызвало снижение объемов работы и урожая.
Данный подход приемлем для сравнительной оценки уровней оптимальной энергообеспеченности по регионам, странам.
Зарубежный (европейский) опыт применения МТА характеризуется ежегодной стабильностью соотношения часовых оплат живого труда и израсходованного топлива. За последние 20 лет это от-
ношение изменилось на 20 % с (1,3 до 1,1) против отечественного — 700 % (с 1,4 до 0,2). Это свидетельствует о снижении в 5 раз отечественного параметра Л относительно его иностранного аналога.
Наряду с этим, в станах Европы отмечено снижение параметра у почти в 2 раза по сравнению с нашей страной. К основным факторам, обеспечившим такое снижение, относят: применение мощных мобильных энергетических установок и шасси на малых площадях; увеличение рабочих ходов и основного времени смены. Такие обстоятельства предопределили на сегодня формирование отечественной потребительской конъюктуры на МТА мощностью, в 3 раза меньшей уровня 1985 г. или зарубежного.
Чтобы повысить энергообеспечение до уровня 1985 г., необходимо уменьшать энергоемкость агрегатов, повышать время основной работы в течение смены и экономическими приемами корректировать диспропорции в финансировании труда и ресурсов.
Предложенный подход к выявлению причин диссонанса в энергообеспечении и определению оптимальных МТА на основе оплаты труда и стоимости топлива необходимо учитывать при проектировании и сравнении машиноиспользования в технологиях механизированных работ и, что важно, оперативно корректировать рекомендации по составам МТА, установленным прежде по другим критериям.
Список литературы
1. Зангиев, А.А. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка / А.А. Зангиев, Г.П. Лышко, А.Н. Скороходов. — М.: Колос, 1996. — 320 с.
2. Уваров, В.П. Качество и эффект: атрибуты и дилемма в машиноиспользовании / В.П. Уваров, Р.Н. Дидма-нидзе // Ремонт, восстановление, модернизация. — 2007. — № 1. — С. 6.
Таблица 2
Исходные данные и расчетные показатели энергообеспечения процессов
Значения показателей по годам
Показатель 1985 1990 1995 2000 2005 2010 (прогноз)
Зарплата за месяц/час Сз = Д, р. 221/1,3 294/1,9 547/3,1 2796/10,7 3840/24,5 8000/45,0
Цена топлива Цт, р./л 0,07 1,7 2,4 6,9 13,2 20,0
Темп увеличения вложений Т, р./(кВт-ч) 0,02/0,01 0,43/0,22 0,70/0,35 2,41/1,21 5,51/2,77 10,13/5,10
Критерий оптимальности А = Д/Т, кВт 72/116 4,4/7,4
Оптимальная мощность по минимуму затрат Ыс, кВт 205/78 61/32
Рекомендуемая марка трактора К-701М МТЗ-100 ДТ-75М ЛТЗ-55
Примечания. 1. В числителе указаны значения показателей (за исключением первого) для вспашки, в знаменателе — для перевозки.
2. Значения показателей у, V, d, t, ^, Рч для соответствующих операций не изменяются по годам. 74 ------------------------------------ Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 2'2008 ------------------------------------
