CC BY
43
Канд. техн. наук П.А. ИЛЬИН (СПбГАУ, [email protected])
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В УСТАНОВЛЕННЫЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ СРОКИ НА ОСНОВЕ НАДЕЖНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Технологическая система, машинно-тракторный агрегат, технологический процесс
С целью создания наиболее благоприятных условий для роста и развития культурных растений необходимо соблюдать агротехнические сроки выполнения сельскохозяйственных работ. Невыполнение агротехнических сроков приводит к снижению урожайности и экономическим потерям. Для соблюдения агротехнических сроков сельскохозяйственное предприятие должно иметь в наличии необходимое количество машинно-тракторных агрегатов.
В табл. 1 представлены агротехнические сроки выполнения некоторых сельскохозяйственных работ для Северо-Западного региона [1]. Из данных видно, что каждый вид работ должен выполняться в среднем в течение 10 дней. Указанные сроки являются ориентировочными. Для конкретного хозяйства они могут быть сокращены до 2-3 раз с учетом таких факторов, как фактическое наличие физических единиц машинно-тракторных агрегатов, техническое состояние техники на момент начала выполнения работ, техническая оснащенность ремонтной службы предприятия, природно-климатические условия и других.
Таблица 1. Агротехнические сроки выполнения некоторых сельскохозяйственных работ
для Северо-Западного региона [2]
Работа Сроки выполнения
месяцы дни
Весенняя вспашка У 10-20
Раннее весеннее боронование У 13-25
Предпосевная культивация У 15-25
Посадка картофеля У 15-30
Посев яровых У 24-31
Посев озимых У111 15-30
Уборка зеленой массы на сено У1 10-29
Скашивание трав на сено У11 10-30
Скашивание хлеба в валки У111 5-14
Подбор и обмолот валков У111 14-30
Прямое комбайнирование У111-1Х 10-05
Осенняя вспашка У111-1Х 10-20
Уборка картофеля IX 3-20
Вспашку выполняют в оптимальные агротехнические сроки при достижении физической спелости почвы. В отдельных случаях она достигается в конце периода, когда необходимо проводить вспашку, и тогда вспашка производится в сжатые сроки. Качество вспашки является основой будущего урожая. При её высоком качестве требуется меньше дополнительных обработок, обеспечиваются условия для высокопроизводительной работы машинно-тракторных агрегатов при выполнении всех последующих полевых работ, создаются лучшие условия для развития растений. Остальные технологические процессы также должны выполняться в строго определенные периоды.
На зяблевую вспашку при возделывании картофеля может отводиться 2 дня [2]. Для вспашки используется машинно-тракторный агрегат Т-150К+ПЛН-5-35. Сменная выработка составляет около 2,1 га/час. Площадь поля 95 га. Значит, отведенное время в 2 дня будет использовано полностью. При возникновении отказа второй группы сложности в одном из агрегатов агротехнические сроки будут нарушены.
Выполнение технологического процесса возделывания сельскохозяйственной культуры в установленные сроки требует обеспечения уровня надежности технологического процесса в целом и технологических операций в частности.
При расчете марочного и количественного состава машинно-тракторных агрегатов, необходимого для возделывания сельскохозяйственных культур, используются технологические карты. Технологические карты в общем виде разрабатываются с учетом параметров, характеризующих обрабатываемое поле, характеристик природно-климатических условий, состава машинно-тракторного парка и других.
Каждый параметр является важным. Так, характеристикой природно-климатических условий Северо-Западной зоны страны, являются: повышенная влажность почвы, мелкоконтурность земельных угодий, наличие на поверхности и в пахотном горизонте большого количества мелких и крупных валунных камней. Это создает дополнительные сложности при механизации работ в растениеводстве, предъявляет повышенные требования к качеству выполнения технологического процесса и к надежности сельскохозяйственной техники. Значительное содержание камней в обрабатываемом слое почвы снижает производительность почвообрабатывающих машин и уровень их надежности. Поэтому наиболее целесообразно использовать почвообрабатывающие агрегаты, у которых рабочие органы-диски расположены на индивидуальной стойке, имеющей защиту от перегрузок и позволяющих производить обработку почвы, засоренную камнями, а не дисковые бороны, рабочие органы-диски у которых расположены на одной оси [3].
Информация, представленная в технологической карте, позволяет определить количественный и марочный состав машинно-тракторных агрегатов, необходимых для выполнения технологических процессов. В табл. 2 представлена часть примерной технологической карты возделывания картофеля [4].
Из данных, представленных в табл. 2, следует вывод, что одни и те же операции можно производить, используя разные комбинации машинно-тракторных агрегатов. Выбор состава машинно-тракторных агрегатов основывается, исходя из объема работ, наличия физических единиц техники в хозяйстве, технического состояния машинно-тракторного парка и других параметров. При этом при расчете, например, не указано фактическое техническое состояние трактора или сельскохозяйственной машины на момент выполнения работы, поэтому прогнозирование вероятности отказа затруднительно.
При рассмотрении только технологического процесса, его можно рассматривать как технологическую систему, а каждый вид сельскохозяйственных работ как технологический процесс.
Надежность технологической системы является комплексным показателем, отражающим надежность каждого технологического процесса [6].
Для оценки надежности технологического процесса необходимо учитывать надежность всех технических систем, из которых он состоит. Из данных, представленных в табл. 2, следует, что каждый машинно-тракторный агрегат состоит из 2-3 машин. Значит, надежность технологического процесса определяется надежностью 2-3 технических систем. Надежность технологической системы определяется надежностью всех технических систем, которые используются для выполнения технологического процесса возделывания сельскохозяйственной культуры.
Таблица 2. Часть примерной технологической карты возделывания картофеля [5]
Перечень агротехнических приемов Состав машинно-тракторных агрегатов Технологический срок выполнения Назначения и агротехнические требования
Лущение ДТ-75М + ЛДГ-10 МТЗ-80 + ЛДГ-5 Т-150К + БДТ-3 После уборки предшественника Заделка растительных остатков на глубину 8-10 см и провокация сорняков
Внесение удобрений: органических минеральных МТЗ-82 + РОУ - 6 Т-150К + КСО - 9 МТЗ-80 + 1РМГ-4 Т-150К + РУМ - 8 Перед зяблевой обработкой То же Равномерное распределение по поверхности поля с отклонением от нормы 10-12% Внесение полной дозы фосфорно-калийных удобрений с равномерным распределением по площади поля
Вспашка зяби ДТ-75+ПЛН-4-35 Т-150К+ПЛН-6-35 К-700А+ПТК-9-35 После появления всходов малолетних и отрастания побегов многолетних сорняков Полна заделка растительных остатков, органических и минеральных удобрений, а также сорняков и усиления процессов их разложения
Боронование ДТ-75 + СП-11+БЗТС-1,0 При физической спелости слоя почвы 0-5 см Выравнивание поверхности поля, сохранение влаги за счет разрыва капиллярных пор
Внесение удобрений МТЗ-80+1РМГ-4 Т-150К+МГУ-8 Непосредственно перед перепашкой зяби Равномерное распределение азотных удобрений по поверхности поля
Предпосадочная обработка: перепашка с боронованием и рыхлением подпахотного слоя ДТ-75+ПЛН-4-35+БЗТС-1,0 Т-150К+ПЛН-5 -35+БЗТС-1,0 При физической спелости почвы Рыхление почвы на глубину 28-30 см с целью подсушивания и улучшения структурного состояния верхней части пахотного слоя.
С точки зрения надежности, если отказ одного элемента приводит к отказу всей системы, вероятность безотказной работы системы в течение времени
t определяют по формуле [4]: Pc(t)=Пf=1 Р^), (1)
где п - число элементов в системе;
Pi(t) - вероятность безотказной работы 1-го элемента в течение времени t.
Отказ одного из агрегатов приводит к неработоспособности всего машинно-тракторного агрегата. Поэтому вероятность безотказной работы целесообразнее определять по формуле [4]: Pc(t)=Pimin(t), (2)
где Pimin(t) - вероятность безотказной работы худшего элемента, входящего в систему.
Расчет вероятности безотказной работы при выполнении отдельных технологических процессов в растениеводстве позволит оценить вероятность их выполнения. Однако для практического применения этого недостаточно, необходим коэффициент корректирующий норму времени на выполнение технологического процесса.
В каждом хозяйстве имеется свой машинно-тракторный парк, который имеет конкретное количество физических единиц техники и её марочный состав. Техническое состояние машинно-тракторного парка в каждом хозяйстве разное. Состояние и оснащенность ремонтных мастерских также отличаются.
Перечисленные факторы оказывают влияние на надежность технологических процессов при их прогнозировании. Вероятность безотказной работы у новой техники выше, чем у техники, которая уже успела отработать сезон. При наличии хорошо оснащенной ремонтной мастерской возможно в короткие сроки производить ремонт отказавшей техники. Тем самым увеличивается вероятность даже при отказе уложиться в агротехнические сроки выполнения сельскохозяйственных работ. Широкий марочный и количественный состав техники позволяет при отказе машинно-тракторной единицы заменить её.
0 А 40 80 Б 120 160
Наработка
Рис. Распределение наработки на отказ: А - наработка 20 усл. ед; Б - 85 усл. ед.
Машинно-тракторный агрегат может приступить к выполнению работы с уже имеющейся некоторой наработкой. На рис. указаны точки А и Б, которые соответствуют 20 и 85 условным единицам наработки. Если машинно-тракторный агрегат на начало работы имеет наработку, соответствующую точке А, то вероятно, что отказа не произойдет, а если наработка соответствует точке Б, то отказ неизбежен.
Однако, рассмотренные ситуации не позволяют спрогнозировать надежность технологического процесса возделывания сельскохозяйственной культуры и определить марочный и количественный состав машинно-тракторных агрегатов, который позволит с заданным уровнем надежности выполнить технологическую операцию.
Для выполнения одной и той же технологической операции могут использоваться разные машинно-тракторные агрегаты, которые различаются между собой по мощностным показателям, показателям производительности, а обрабатываемые поля могут иметь одинаковую площадь, но иметь различные геометрические параметры.
Поставленную задачу прогнозирования надежности технологических систем (например, технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур) в сельском хозяйстве по показателям надежности машинно-тракторных агрегатов может решить методика, которая должна учитывает следующее:
- агротехнические сроки выполнения сельскохозяйственных работ;
- марочный и количественный состав машинно-тракторных агрегатов по мощностным параметрам, параметрам производительности и другим параметрам;
- параметры обрабатываемых полей;
- показатели надежности соответствующих технических и технологических систем;
- прочие параметры, которые необходимо устанавливать и учитывать при решении поставленной задачи.
Методика прогнозирования надежности технологических систем в сельском хозяйстве позволила бы определять её надежность при использовании разных комбинаций машинно-тракторных агрегатов, находящихся в конкретных технических состояниях, и т.д.
При приобретении техники данная методика позволит подобрать состав машинно-тракторных агрегатов, необходимых именно этому предприятию. Каждое предприятие имеет различные суммарные площади. Поэтому машинно-тракторный агрегат должен подбираться индивидуально под параметры каждого хозяйства. Если, например, производителем машинно-тракторного агрегата определено, что его техническое обслуживание должно производиться после выполнения объема работ, которые соответствуют 150% объема работ
от предусмотренных в технологической карте, то в следующем цикле техническое обслуживание будет производиться в середине технологической операции. Такая ситуация приведет к материальным потерям. Представленной ситуации можно избежать путем выбора машинно-тракторного агрегата по функциональным показателям и показателям надежности, соответствующим конкретному хозяйству.
В условиях развития рыночных отношений и становления многоукладности сельскохозяйственных предприятий при организации ремонта машин преобладающей становится система, основанная на взаимном экономическом интересе ремонтных предприятий и сельских товаропроизводителей, а также на полной свободе взаимоотношений сторон, участвующих в производственном процессе. Система базируется на таких принципах, как [5]:
- Организация ремонта машин и оборудования ориентируется на интересы сельскохозяйственных предприятий и их эффективную производственную деятельность;
- Выбор машинно-тракторных агрегатов должен учитывать почвенно-климатические условия, агротехнические сроки выполнения технологических процессов; обеспеченность ремонтно-обслуживающей базой и др.
В настоящее время существует большой выбор сельскохозяйственной техники. Производители заинтересованы в росте продаж. Покупателю важно, чтобы показатели надежности, производительности и стоимости были наиболее приемлемыми. Сделать оптимальный выбор, не имея эффективных методик выбора, сложно.
Производитель указывает технические характеристики предлагаемой техники (мощность, производительность, наработка между техническими обслуживаниями, текущими и капитальными ремонтами и другую информацию). Не всегда покупатель может эффективно использовать предоставленную о технике информацию, потому что для использования нужны соответствующие методики её анализа.
Поэтому производители сельскохозяйственной техники и её покупатели заинтересованы в новых методиках, которые могли бы обоснованно оценивать эффективность использования различных комбинаций машинно-тракторных агрегатов для конкретных сельскохозяйственных производителей.
Предлагаемая к разработке методика прогнозирования надежности технологических систем в растениеводстве по показателям надежности машинно-тракторных агрегатов могла бы быть использована всеми сторонами экономических отношений.
Литература
1. Хохлов П.И. Организация технологического процесса ремонта машин в мастерских сельскохозяйственных предприятий: Метод. указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Надежность и ремонт машин». / СПбГАУ - СПб.:2014 - 31 с.
2. Технологические карты на возделывание некоторых сельскохозяйственных культур http://mehanik-ua.ru/tekhnologicheskie-karty/1202-tekhnologicheskaya-karta-na-vozdelyvanie-kartofelya.html# Дата обращения 12.10.2015
3. Ромашко С.С., Данилов В.Е. Испытания дискаторов для обработки почвы. ФГБУ «СЗГЗМИС», Калитино - 2015 9 с.
4. Технологическая карта на возделывание картофеля http://yadura.ru Дата обращения 14.10.2015
5. Курчаткин В.В., Тельнов Н.Ф., Ачкасов К.А. и др. Надежность и ремонт машин; под ред. В В. Курчаткина. - М.: Колос, 2000. - 776 с.
6. Тишкин Л.В., Ильин П.А., Соловьев Я.С. Координирование нормативных понятий, терминов и определений надежности технических систем с технологическими системами. Сборник научных трудов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «АПК России: прошлое, настоящее, будущее» Ч-1. / СПбГАУ. -СПб., 2015. - С. 591-595.
