CC BY
32
МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
УДК 631.372
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ЗАГРУЖЕННОСТИ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ ТК ВГТЗ КЛ. 3 - 5
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАБОТ
А.Н. Цепляев, С.И Богданов
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Теоретически обоснована оптимальная загрузка тракторов ВТ-200 и ВТ-300; определена методика для нахождения приемлемых вариантов в определении загрузки гусеничных тракторов при выполнении сельскохозяйственных работ.
В связи с разработкой на Волгоградском тракторном заводе новых гусеничных тракторов кл. 5 и кл. 7 (ВТ-200, ВТ-300) появилась необходимость в подборе и агрегатировании с ними различных сельскохозяйственных машин. Дело в том, что выпускаемые отечественной промышленностью сельскохозяйственные машины не всегда удается использовать с энергонасыщенными тракторами и (самое главное) получить высокую эффективность от их применения.
Кроме этого, при применении тракторов необходимо учитывать особенности климата зоны Нижнего Поволжья, характеризующегося существенным недостатком влаги, эрозионными процессами, тяжелыми почвами. Важно учесть, что по своему направлению в сельскохозяйственном производстве Волгоградская область является основным производителем зерна, что подтверждается и анализом структуры посевных площадей: из 21 млн 328,6 тыс. посевных площадей на зерновые приходится 2 млн 169,4 тыс., что составляет 93,2 %.
Учитывая представленный материал и опираясь на технологические карты возделывания зерновых культур, составлен перечень технологических операций, на которых возможно применение тракторов ВТ-200. Безусловно, указанные операции ориентированы в первую очередь на обработку почвы, трудоемкость этих операций остается весьма высокой.
Из анализа технологических операций при возделывании зерновых следует, что они для различных культур практически не отличаются. Поэтому все они собраны и представлены в виде графовой модели, показанной на рис. 1, а перечень операций и их условные обозначения даны в табл. 1.
Рис. 1. Графовая модель технологии возделывания зерновых культур с использованием тракторов ВТ-200
Таблица 1
Операции графовой модели возделывания зерновых культур с применением тракторов модели ВТ-200
Обозначение операции Наименование операции Количество наименований машин
0-1 Лущение стерни 5
1-2 Внесение органических удобрений 6
0-3, 1-3, 2-3 Вспашка с оборотом 18
0-4, 2-4 Рыхление бороной 12
0-5 Рыхление игольчатой бороной 3
5-6 Глубокое рыхление 13
3-6, 4-6, 5-6 Снегозадержание 2
5-7 Рыхление почвы 7
3-8, 4-8, 6-8 Боронование зубовыми боронами 5
6-10, 7-10 Рыхление игольчатой бороной 3
8-9 Сплошная культивация с боронованием 8
9-11, 10-11 Посев 11
10-12 Посев с культивацией 3
11-13 Прикатывание посевов 6
13-14,12-14 Прикорневая подкормка 7
12-15, 13-15 Боронование, рыхление по всходам 5
13-16, 14-16, 15-16 Сволакивание соломы 3
Для выполнения указанных работ необходимы соответствующие машины. Однако только число рекомендуемых для трактора машин для разных видов операций по различным маркам колеблется от 3 до 18. Безусловно, некоторые из них являются специфическими, однако большая часть - универсальны. Указанные машины рекомендованы для агрегатирования с тракторами К-700, К-701, их разновидностями и колесными тракторами современных модификаций. Однако при эксплуатации машин с трактором ВТ-200 не всегда получается желаемый результат. Здесь, безусловно, сказываются ходовые и сцепные качества машин, их скоростные характеристики, расход топлива и т.д. Следует учитывать также устойчивость работы тракторов, особенно с навесными сельскохозяйственными машинами.
Поэтому агрегатирование сельскохозяйственной техники предлагается проводить, предварительно изучив наиболее важные факторы, влияющие на загрузку тракторов, их экономические показатели и другие оценочные критерии. Из ряда наиболее значимых оценок для оптимизации работы трактора ВТ-200 являются следующие: энергетический показатель,
экологический и технико-экономический. Рассматривая энергетический показатель (1), следует учитывать энергетическую биологическую ценность получаемого продукта и затраты на его производство. Разность между полученными значениями даст возможность определить полезную энергию от использования тракторов и сельскохозяйственных машин:
где Эпр0 - прямые удельные затраты энергии на выполнение ] -го техпроцесса, мДж/га; -удельные затраты энергии, овеществленные при производстве энергоносителей и других ресурсов, мДж/га; Ти - товарный выход, т/га; ДЭС = ЭС-ЭЕ, где ДЭС - дополнительная энергия, Эс - энергосодержание единицы дополнительной продукции.
Экологические показатели должны учитывать коэффициент буксования и уплотнения почвы при работе орудий. Так, по данным проф. Н.Г. Кузнецова, зависимость прироста эродирующих частиц от коэффициента буксования выражается зависимостью (2):
где Лтэр - прирост массы эродирующих частиц, кг; р - коэффициент пропорциональности, кДж/кг; Т/ - усредненное касательное напряжение на участке сдвига /-го «почвенного кирпича»; (8-8ср) - путь сдвига и гср - количество полностью срезаемых «почвенных кирпичей» при коэффициенте буксования д.; 8ср1 - коэффициент буксования, при котором начинается сдвиг /-го «почвенного кирпича».
Технико-экономические показатели сводятся к рассмотрению экономических затрат и получению соответствующей продукции. Годовой экономический эффект от эксплуатации нового комплекса машин на годовой объем работ в модельном хозяйстве (Эг) в рублях определяется по формуле (ГОСТ 23730-88):
где Пб, Пн - приведенные затраты на выполнение годового объема работ в модельном хозяйстве соответственно базовым, новым МТП, руб; Э - экономический эффект от высвобождения рабочей силы, достигнутых условий труда, изменения количества и качества продукции на годовой объем работ в модельном хозяйстве, руб.
В связи с тем, что цены на машины, на ГСМ, как и их производительность, существенно колеблются, изменяются практически все показатели при агрегатировании машин. Естественно, что подобная задача, со множеством изменяемых факторов может быть решена только на основе использования современных программных пакетов типа МаШСас!, МаШЬаЬ, языков программирования.
Полученные критерии оценки не смогут ответить на поставленный вопрос по оптимизации работы тракторов ВТ-200. Поэтому чтобы получить приемлемые значения по загрузке тракторов, следует далее решать компромиссную задачу. Ее решение потребует определения наиболее значимых критериев или критерия, а все остальные необходимо подвести к нему. Подобная методика позволит найти наиболее приемлемые варианты в определении параметров загрузки гусеничного трактора ВТ-200. В табл. 2 представлены математические модели оптимизации МТА.
(1)
(2)
(3)
Таблица 2
Математические модели оптимизации МТА
Энергетическая модель Экологическая модель Т ехнико-экономическая модель
Исходные данные 1. Природно-производственные условия хозяйства 2. Посевные площади и урожайность сельскохозяйственных культур 3. Технологические показатели работы МТА 4. Эксплуатационные показатели энергетических средств 5. Экономические показатели, в том числе стоимость машины, затраты на её эксплуатацию 6. Состав и квалификация трудовых кадров и др.
Целевая функция Выбор оптимального режима работы трактора по тяговому КПД, минимуму расхода топлива, максимуму производительности МТА Сохранение структуры и плодородия почвы Максимум производительности, минимум эксплуатационных расходов, целесообразность производства техники с точки зрения завода-изготовителя
Ограниче ния Скорость работы МТА, характеристика двигателя, шлейф с.-х. машин Буксование, коэффициент использования сцепного веса Время и сроки выполнения сельскохозяйственных работ, количество МТА, число механизаторов и др.
Оценочн ые показател и Табличные данные, отражающие марку техники, данные о шлейфе машин, применяемым данным тракторов в составе машино-тракторного агрегата Табличные данные, отражающие оптимальные, с точки зрения буксования, нагруженности МТА, и учитывающие экологические ограничительные пороги, которые с учетом известных соотношений теории тракторов могут быть выражены в зависимости от мощности двигателя Табличные данные, отражающие стоимость производства и эксплуатации МТА, графики использования машин и др.
