CC BY
27
УДК631.354.2, 631.1
пути оптимизации энергозатрат в технологии возделывания сельскохозяйственых культур
С.В. ЩИТОВ, доктор технических наук, профессор
П.В. ТИХОНЧУК, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
О.П. МИТРОХИНА, кандидат технических наук, доцент
Н.П. КИДЯЕВА, кандидат технических наук, доцент
Дальневосточный государственный аграрный университет, ул. Политехническая, 86, Благовещенск, 675000, Россия
E-mail: m.o.p80@mail.ru
Резюме. Снижение себестоимости продукции во многом зависит от энергозатрат на её производство. В общем случае наибольшие энергозатраты приходятся на стоимость машинно-тракторного агрегата и топливо. Вместе с тем их очень сложно оценить с помощью обычных экономических расчетов из-за влияния множества факторов. Исследования проводили с целью оптимизации полных энергозатрат при культивации, посеве и уборке сельскохозяйственных культур, путем рационального распределения имеющихся в парке машинно-тракторных и уборочных агрегатов на основе использования коэффициентов весомости. В результате проведенных аналитических исследований установлены зависимости коэффициента весомости машинно-тракторных агрегатов от совместного влияния расхода топлива и производительности. Для сбора исходной информации были проведены хронометражные наблюдения за работой машинно-тракторных и уборочных агрегатов. Приоритетное влияние входящих параметров на искомую величину определяли с использованием одно-факторных моделей, совместное воздействие расхода топлива и производительности на полные энергозатраты - с помощью двухфакторных моделей. Наибольшее влияние на энергозатраты оказывает коэффициент весомости прямых энергозатрат, который на культивации равен 0,73, а на посеве и уборке - 0,62. В свою очередь изменение коэффициента весомости прямых энергозатрат МТА и комбайнов сильнее всего определяется расходом топлива. На посеве наибольший коэффициента весомости совокупных энергозатрат характерен для МТА, расход топлива которых находится в промежутке от 5,6 кг/ч и более, производительность - от 16 га/ч и выше. На уборке наименьший коэффициент отмечен у комбайнов, расход топлива которых варьирует в диапазоне от 12 до 16 кг/ч, производительность - от 4 до 5 га/ч, наибольшим - машины с величинами указанных показателей в интервале от 16 до 20 кг/ч и от 2 до 4 га/ч соответственно. Ключевые слова: машинно-тракторные агрегат (МТА), зерноуборочные комбайны, энергозатраты, коэффициент весомости, производительность, расход топлива. Для цитирования: Пути оптимизации энергозатрат в техноло -гии возделывания сельскохозяйственых культур / С.В. Щитов, П.В. Тихончук, О.П. Митрохина, Н.П. Кидяева//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №6. С. 72-74.
Амурская область - крупнейший регион ДФО, среди ведущих отраслей которого можно назвать аграрное производство. Основные сельскохозяйственные культуры Амурской области - соя, зерновые, картофель, бахчевые и овощи. В последние годы в сельском хозяйстве наблюдается расширение объемов производства. Так, за последние 5 лет увеличение посевных площадей в области составило 40 %.
В последние годы происходит активная разработка и внедрение в производство новой, современной техники и технологий с ее использованием [1, 2]. В связи с этим возникла потребность в системе организационных, технических и других мероприятий по реализации потребительских качеств и эффек-
тивному использованию новых машин и орудии. Причем необходимо решить широкий круг вопросов, посвященных обоснованию и освоению на практике научных методов и приемов рационального комплектования и использования сельскохозяйственной техники при выполнении различных технологических операций (предпосевная обработка почвы, посев и уборка). Это обусловлено сложными естественно-производственными условиями и ограниченными сроками проведения основных сельскохозяйственных работ, что оказывает непосредственное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и ведет к увеличению энергозатрат.
Цель нашего исследования - повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур путем снижения энергозатрат в условиях Амурской области.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2009-2014 гг. на полях южной и центральной зон Амурской области в реальных условиях эксплуатации. Почвы лугово-черноземовидные - наиболее плодородные в этих районах. Климат области муссонный по характеру формирования и континентальный по температурным условиям. По многолетним данным в период с июня по сентябрь выпадает до 350 мм осадков, что составляет примерно 70% от их годового количества.
В состав МТП в процессе исследования включали тракторы, почвообрабатывающие комплексы, сеялки, зерноуборочные комбайны. Предпосевная подготовка почвы предусматривала поверхностную обработку на глубину 5-8 см почвобрабатывающими комплексами АПК-10,8 «Ермак», 2КПЭ-3,8, АПК-8,4 «Ермак», Morris Consept-2000, Salford 4050, Salford 9700, Salford 699, Salford 550 в сцепке с тракторами К-744 Р3, К-701, Buhler Versatile 2425. Посев зерновых культур и сои осуществлялся сеялками Томь-12, Обь-4ЗТ, С-6ПМ.1, СЗ-5,4, а также комплексами Salford 4050, Bourgault 8810, Great Plains в сцепке с тракторами К-744 Р3, К-701, МТЗ-82, Buhler Versatile 2425, Case 535.
В качестве объектов исследования при уборке были взяты комбайны КЗС-812; КЗС-812С; КЗС-1218-40; Acros-530; Вектор-410; Енисей-958 Р; Claas Tucano-430; Claas Tucano-470; Claas Mega-350.
Полученные данные обработаны современными методами теории вероятности и математической статистики.
результаты и обсуждение. Наиболее энергозатратные операции при возделывании сельскохозяйственных культур - подготовка почвы, посев и уборка. Для уменьшения себестоимости единицы продукции необходимо, чтобы совокупные энергозатраты снижались (были минимальными), то есть выполнялось следующее условие:
Enc=EnB+En + Ey^min, (1)
где Епс - совокупные полные энергозатраты на подготовке почвы, посеве и уборке, МДж; Епб - полные энергозатраты на подготовке почвы, МДж; Еп - полные энергозатраты на посеве, МДж; Еу - полные энергозатраты на уборке, МДж.
Как показали, результаты ранее проведенных исследований на величину полных энергозатрат оказывают влияние следующие факторы [3-10]:
Еч=т,Т,в), (2)
где W- производительность МТА, га/ч; V/ = 0,36 Вр Л/р где Вр - рабочая ширина захвата, Vр - рабочая скорость движения, т - коэффициент использования времени смены, Т- основное время работы МТА, ч; G - расход топлива, кг/ч.
Для лучшей оценки значимости энергозатрат каждого /-ого МТА на у-ой операции введем коэффициент:
V
(3)
где Еп/у - полные энергозатраты /-го МТА на у-ой операции, МДж.
Полные энергозатраты /-го МТА на у-ой операции можно определить из выражения:
^пЦ ^уу' (4)
где Епру - прямые энергозатраты /-го МТА на у-ой операции, МДж; Еж1] - затраты живого труда /-го МТА на у-ой операции, МДж; Еу1] - удельные энергозатраты /-го МТА на у-ой операции, МДж (суммарная энергоемкость трактора и сельхозмашины).
Проанализировать весомость отдельных составляющих полных энергозатрат (4) /-го МТА на у-ой операции можно с использованием соответствующих коэффициентов:
прямых энергозатрат
_ —пщ
затрат живого труда
а -
удельных энергозатрат
(5)
(6)
(7)
В общем случае коэффициенты весомости совокупных энергозатрат определяются равенством
в-=в-+в-+в-=1. (8)
псу пщ щ у/у ' /
Исследования, проведенные при культивации, посеве и уборке, показывают, что на всех операциях наибольшей величиной отличается коэффициент весомости прямых энергозатрат: для культивации он равен 0,73, для посева и уборки - 0,62. При этом наименее значим коэффициент весомости живых энергозатрат.
Результаты теоретических исследований свидетельствуют, что величина коэффициента весомости прямых энергозатрат в большей степени определяется производительностью и расходом топлива. В ходе экспериментальных исследований по определению влияния этих факторов на условие (1) при выполнении ранее перечисленных техноло-
Рис. 1. Распределение коэффициентов весомости по видам работ: | - коэффициент весомости прямых энергозатрат, МДж;! | - коэффициент весомости живых энергозатрат, МДж; - коэффициент весомости удельных энергозатрат, МДж.
Рис. 2. Зависимость коэффициента весомости прямых энергозатрат от совместного влияния расхода топлива и производительности: а) МТА на предпосевной обработке почвы; б) МТА на посеве; в) зерноуборочных комбайнов на уборке сельскохозяйственных культур.
гических операций была получена функциональная зависимость:
впр1=ПЕпр1]) = Ц6М. (9)
Для визуализации совместного влияния двух факторов были составлены соответствующие модели: на культивации
в(G, W) = -0,28^4 + 7,9332G3 - 83,001 G2 + + 382^ + 0,0726^ -2,7466^ +34,128W -
- 793,36, (10) на посеве
в(G, W) = 0,0003G3W - 0,003G2W3 + 0,009GW3
- 0,0068W3 - 0,018G3W2 + 0,169G2W2 -
- 0,486GW2 + 0,358м2 + 0,313G3W -2,899G2W + 8,309GW - 6,123W - 1,716G3 +
+ 15^2 - 45,578G + 33,592, (11)
на уборке
в(G, W) = 0,0086G4 + 0,2744G3 - 3,2656G2 + + 17,293G - 0,0458м6 + 0,8172^ -
- 5,6518W3 + 18,80^ - 30,017W + 19,205. (12)
Анализ их графического отображения (рис. 2) позволяет сделать вывод, что на предпосевной обработке почвы, посеве и уборке наибольшее влияние на изменение коэффициента весомости прямых
энергозатрат МТА и комбайнов оказывает расход топлива. Так, на посеве наибольший коэффициента весомости совокупных энергозатрат был характерен для МТА, расход топлива которых находился в промежутке от 5,6 кг/ч и более, производительность - от 16 га/ч и выше. На уборке наименьшим коэффициентом весомости отличаются зерноуборочные комбайны, расход топлива которых располагается в диапазоне от 12 до 16 кг/ч, производительность - от 4 до 5 га/ч, наибольшим - машины с величинами указанных показателей в интервале от 16 до 20 кг/ч и от 2 до 4 га/ч соответственно.
Выводы. На величину совокупных энергозатрат наибольшее влияние оказывают прямые энергозатраты, коэффициент весомости которых составляет 0,62 и 0,73 от всех энергозатрат. При этом самый высокий вклад в величину этого коэффициента вносят расход топлива и производительность. Применение предложенного способа определения коэффициента весомости полных энергозатрат МТА, используемых в процессе возделывания сельскохозяйственных культур, и установленных зависимостей позволит находить оптимальное решение по распределению агрегатов по полям с минимальными энергозатратами.
Литература.
1. Беляев В.И., Майнель Т., Тиссен Р. Технология Strip-till: особенности конструкций машин ведущих мировых производителей и их применения // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. №11 (109). С. 86-91.
2. Кирюшин В.И. Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследований//Земледелие. 2013. №7. С. 3-6.
3. Кидяева Н.П., Щитов С.В., Жирнов А.Б. Оптимизация выбора комбайна по расходу топлива при уборке сельскохозяйственных культур // Техника и оборудование для села. 2013. № 1. С. 18-22.
4. Щитов С.В., Кидяева Н.П., РешетникЕ.И. Использование методов математического моделирования при оптимизации выбора зерноуборочных комбайнов // Научное обозрение. 2013. № 8. С. 28-35.
5. Щитов С.В., Евдокимов В.Г., Кидяева Н.П. Обоснование эффективности использования зерноуборочных комбайнов на основе математических методов// Вестник КрасГАУ. 2013. № 12. С. 203-207.
6. Щитов С.В., Кидяева Н.П., Жирнов А.Б. Оптимизация выбора комбайна по необходимому объему работ в технологии возделывания сельскохозяйственных культур // Техника и оборудование для села. 2013. № 1. С. 10-14.
7. Щитов С.В., Евдокимов В.Г., Кидяева Н.П. Распределение зерноуборочных комбайнов по энергозатратам// Техника и оборудование для села. 2014. № 4. С.16-18
8. Щитов С.В., Тихончук П.В., Спиридончук Н.В. Энергозатраты как критерий выбора трактора // Достижение науки и техники АПК. 2012. № 9. С. 75-77.
9. Shitov S.V., Tihonchuk P.V., Spiridanchuk N.V. Influence of agrotechnological indicators on selection of sowing units // Sciene, Technology and Higher Education: materials of the international research and practice conference, Westwood, 2013. Vol.II. p.308-313.
10. Shitov S.V., Tihonchuk P.V., Hudovetz V.I. Expansion of the sphere of the use the traktor of the class 1.4 in technology of crop growing // Sciene, Technology and Higher Education: materials of the international research and practice conference, Westwood, 2013. Vol. II. p. 313-317.
WAYS OF OPTIMIZATION OF POWER INPUTS IN THE TECHNOLOGY OF CROPS CULTIVATION
S.V. Shitov, P.V. Tihonchuk, O.P. Mitrohina, N. P. Kidyaeva
Far-Eastern state Agrarian University, Polytechnic str., 86, Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia
Summary. A reduction in the unit cost in many respects depends on power inputs of its production. In the general case, the highest power inputs account for the cost of machine-tractor aggregates (MTA) and fuel. However, it is very difficult to estimate these costs using common economic calculations due to the influence of many factors. The aim of conducted researches was to optimize total power inputs for cultivation, sowing and harvesting of crops by the rational distribution of available machine-tractor and harvesting aggregates on the basis of weight indices. The dependences of the weight index of machine-tractor aggregates on the combined influence of fuel consumption and productivity were determined as a result of conducted analytical investigations. Time study of the work of machine-tractor and harvesting aggregates was carried out for the source data capture. The priority influence of parameters on the required value was determined with the use of single-factor models. Two-factor models were constructed for the observation of the combined influence of fuel consumption and productivity on total power inputs. The weight index of direct power inputs had the highest influence on power inputs; it was 0.73 at cultivation and 0.62 at sowing and harvesting. In turn, the change in the weight index of total power inputs of machine-tractor aggregates and harvesters is determined most strongly by fuel consumption. At the sowing the greatest weight index of total power inputs is characteristic for MTA, the fuel consumption of which is from 5.6 kg/hour and more, the productivity is from 16 ha/hour and higher. At the harvesting the least index was noted for harvesters, the fuel consumption of which varied in the range from 12 to 16 kg/hour, the productivity - from 4 to 5 ha/hour; the maximal index was registered for machines with the values of these indices in the range from 16 to 20 kg/hour and from 2 to 4 ha/hour, correspondingly.
Keywords: machine-tractor aggregate (MTA), harvesting combines, power inputs, weight index, productivity, fuel consumption. Author Details: S.V. Shitov, Dr. Sc. (Tech.), Prof.; P.V. Tihonchuk, Dr. Sc. (Agr.), Prof.; O.P. Mitrohina, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof. (e-mail: m.o.p80@mail.ru); N. P. Kidyaeva, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.
For citation: Shitov S.V., Tihonchuk P.V., Mitrohina O.P., Kidyaeva N.P. Ways of optimization of power inputs in the technology of crops cultivation. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V.29. №6. pp. 72-74 (In Russ)
