Влияние срока службы зерноуборочных комбайнов на структуру технологических линий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Влияние срока службы зерноуборочных комбайнов на структуру технологических линий

С.Д. Шепелёв, д.т.н., Г.А. Окунев, д.т.н., профессор, Ю.Б. Черкасов, аспирант, Челябинская ГАА

Анализ современного состояния механизации в сельскохозяйственном производстве стран СНГ показывает низкий уровень её эффективности. Так, количество зерноуборочных комбайнов в России с 1990 г. по 2010 г. снизилось в 5 раз [1, 2]. В Костанайской области Северного Казахстана за этот же период число зерноуборочных комбайнов ежегодно сокращалось в среднем на 600 шт. Доля комбайнов со сроком эксплуатации более 10 лет составляет в области около 60%, от 6 до 10 лет — 29, до 5 лет — 11% [3]. В связи с низкой производительностью технологических машин сроки уборки превышают нормативные в 2—3 раза, что в свою очередь приводит к потере не менее четверти выращенного урожая [4]. Проблему усугубляет вероятностный характер взаимодействия машин, вызывая простой взаимосвязанных в технологи -ческом процессе агрегатов.

В работе М.М. Константинова [5] представлена целевая функция по обоснованию структуры зерноуборочного комплекса с учётом стоимости простоя машин и их вероятностного характера взаимодействия. Однако на структуру уборочного комплекса значительное влияние будет оказывать производительность технологических машин, которая зависит от их срока службы. Известно, что коэффициент использования времени смены зерноуборочных комбайнов к десятому году службы снижается с 0,65 до 0,4. С увеличением срока службы и снижения надёжности зерноуборочных

комбайнов технологические простои техники в поточных линиях увеличиваются.

Для обоснования количества уборочных агрегатов в звене и расчёта взаимообусловленных простоев представлена функция цели, где за критерий принят минимум потерь от простоев агрегатов:

5 (т, т(Г)) = Руа(т(Г)) • ¿уа(ш, т(Г)) +

уа

+РТа (х(Г)) • ¿та (Ш, Т(*)) ^ Ш1П,

(1)

где Руа, Рта — стоимость часа простоя уборочного и транспортного агрегата; ? — срок службы машин;

?уа, ?та — средняя продолжительность простоя комбайна и транспортного средства в течение смены, ч;

(2)

/уа(т, т (/)) = Гсм/к(т, т (/));

^(т, т (Г)) = Гсм/а (т, Т (Г)), где ?к(ш,т(1)), ?а(ш,т(1)) — доля простоев комбайна и транспортного средства в зависимости от количества агрегатов в группе при различном сроке службы технологических машин.

Стоимость простоя уборочного агрегата с некоторым допущением можно представить следующим образом:

Бк «Тк

Пуа =-

Т„

- + Zм + СпУКр0,1Бр¥ т(/),

(3)

где ХМ — затраты на привлечение комбайнера, руб/ч;

а — амортизационные отчисления, доля/год;

т(0 — зависимость коэффициента использования времени смены зерноуборочных комбайнов от срока службы;

Кр — коэффициент потерь, доля/час; У — урожайность культуры, ц/га; Вр, V — ширина захвата жатки и скорость зерноуборочного комбайна, га/час; СП — стоимость продукции, руб/ц; Вк — балансовая цена комбайна. Стоимость простоя транспортного средства с некоторым допущением представлена в виде:

П = В" ^ а + 2

11 та т а

(4)

Я. = -,

(5)

Ч =

в

(6)

где Ь — расстояние перевозки, км;

V, — среднетехническая скорость, км/час; Р — коэффициент скорости; ?р — время разгрузки, ч;

п — количество транспортных средств, закреплённых за зерноуборочным комбайном, определяется зависимостью:

п = -

0,1ВУУ %($)

ж, :

(7)

ства, т/час, определяется по методике Е.С. Вент-цель [7].

Интенсивность обслуживания требований определяется как величина, обратная времени обслуживания одного требования (времени заполнения бункера и погрузки транспортного средства):

1

Ц =-+Г~Г • (8)

Ь 'к

Время погрузки определяется по выражению: ' (?роа + ),

(9)

где Вта — балансовая стоимость транспортного агрегата, руб.;

— тарифная ставка водителя, руб/ч; уа — доля занятости транспортного средства на уборке зерновых культур; Тч — время работы машин на уборке зерновых культур, ч.

Для определения продолжительности простоя в течение смены комбайна и транспортного средства использовалась теория массового обслуживания, которая позволяет учесть случайный характер связи между технологическими и транспортными агрегатами [6].

К данным, характеризующим СМО, относятся: число каналов обслуживания т (уборочных агрегатов), число требований п (транспортных агрегатов), интенсивность поступления одного требования на обслуживание X (т.е. число возвращений требования в единицу времени), интенсивность обслуживания требований ц (величина, обратная времени оборота транспортного агрегата).

Интенсивность поступления на обслуживание одного требования определяется как величина, обратная времени возвращения требования (времени оборота транспортного агрегата — tо= ^ + ?р):

где Qg — грузоподъёмность транспорта; V — объём бункера, м3;

^ой, ?у — время подъезда к комбайну и время выгрузки бункера, ч;

— время наполнения бункера зерном, ч; к — количество бункеров, входящих в кузов транспортного средства.

Среднее число заявок, обслуживаемых комбайном за время обращения транспортных средств, определяет их интенсивность поступления (Р) [3]:

Р(т) = - • Ц

Вероятность того, что все зерноуборочные комбайны свободны, определяется по выражению:

В*(т)-

1

т рК

рп

, (к = 0,1,...ш), (10)

У—+-

к=0 К! (т -1)!' (т -Р)

где т — вариация числа комбайнов.

Вероятность того, что все комбайны заняты:

В2 (т) =

где ^ — время движения транспортного средства от комбайна и обратно, ч; которое определяется по выражениям:

2Ь

р т

--В8(т(11)

(т -1)! (т - Р) 8

Среднее количество свободных уборочных агрегатов:

т-1 р к

Ы&(т) = В*(т) У —' (т - к). (12)

к=0 к!

Для определения времени простоя комбайнов необходимо определить коэффициент использования:

Пк(т) =

т - (т)

(13)

т

Среднюю долю технологического простоя комбайна определим по выражению:

'к(т) =

Рог

1 -Пк(т) Пк(т) '

(14)

где — производительность транспортного сред-

Для определения времени простоя транспортных средств определена длина очереди, ожидающей обслуживания:

11

ч >

с

£9

-

се -

о —

я % б

13 5

0

а л

Б 4

а

1 3

5 2

к

\ ч

V

ч ч ч **

— -

0,35 0.4 0,45 0.5 0,55 0,6 0,65 0,7 Коэффициент использования времени ЗУК

■ - У=15 ц/га--У=20 ц/га -У=25ц/га

а)

0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0, Коэффициент использования времени ЗУК

■Вр=6м

Вр=9,1 м б)

■Вр=12м

Рис.

1 - Зависимость количества зерноуборочных комбайнов «Нива-Эффект» от их коэффициента использования времени смены:

а) при различной урожайности (Уь = 4,5 м3; Ь = 6 км; 8 т; Вр = 6 м; Сп = 7000 руб/т; V = 7 км/час);

б) при различной ширине захвата жатки Уь = 4,5 м3; Ь = 6 км; 8 т; У =20 ц/га; Сп= 7000 руб/т; V =7 км/час)

Рис. 2 - Зависимость количества зерноуборочных комбайнов от грузоподъёмности транспортного средства (т; 6 м3; Ь = 6 км; У =2 т/га; Сп= 7000 руб/т; V =7 км/час)

-)Ш+1

Н0(т) =

Р"

Р 2

т • т! (1--)

т

Р к

Р

ш+1

(15)

=0 к! т !• (т - Р)

к=0

Доля технологического простоя транспортного средства в ожидании погрузки определяется по выражению:

Ко(т)

'а(т) =

X

(16)

Исследование экономико-математической модели показало, что на структуру уборочного комплекса значительное влияние оказывает срок службы машин (рис. 1). Так, с увеличением ко-

Рис. 3 - Зависимость количества зерноуборочных комбайнов от расстояния перевозки продукции (т; Vь= 6 м3; У = 20 ц/га; Сп= 7000 руб/т; V =7 км/час; Вр= 6 м)

эффициента использования времени смены зерноуборочных комбайнов с 0,45 до 0,65 количество уборочных агрегатов в звене снижается с семи до пяти единиц, при урожайности зерновых культур, равной 20 ц/га. С увеличением урожайности от 15 до 25 ц/га, при коэффициенте использования времени смены, равном 0,5, количество агрегатов в звене увеличивается с восьми до пяти (рис. 1а). При увеличении производительности технологических машин за счёт использования широкозахватных жаток количество машин в звене уменьшается. Так, при коэффициенте использования времени смены, равном 0,5, при использовании шестиметровой жатки в звене должно быть семь агрегатов, при использовании девятиметровых жаток количество технологических машин в звене снижается до четырёх (рис. 1б).

При увеличении грузоподъёмности транспортных средств с шести до шестнадцати тонн количество технологических машин в звене увеличивается с шести до восьми. Со снижением урожайности на пять центнеров количество уборочных агрегатов в звене увеличивается на один агрегат (рис. 2). Снижение ёмкости бункера зерноуборочного комбайна и увеличение расстояния перевозки вызывает снижение количества зерноуборочных комбайнов в звене (рис. 3).

Таким образом, при формировании зерноуборочных комплексов необходимо распределять зерноуборочные комбайны по звеньям в зависимости от их надёжности. Количество комбайнов в звене с увеличенным сроком службы должно быть больше, чем новых. Это позволит снизить технологические простои уборочных и транспорт-

ных агрегатов, повысить их производительность и снизить себестоимость производимой продукции.

Литература

1. Нунгелер В.В. Индикаторы развития инженерно-техниче-ской системы сельскохозяйственного производства // Техника и оборудование для села. 2010. № 1. С. 28—32.

2. Шепелёв С .Д., Окунев Г.А. Определение потребного количества грузовых автомобилей для перевозки сельскохозяйственных грузов: метод, указания. Челябинск: ЧГАУ, 2000. 34 с.

3. Коптева Л.А. Казахстан: вторичный рынок зерноуборочных комбайнов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2004. № 6. С, 21-22.

4. Коренев Г.В. Биологическое обоснование сроков и способов уборки зерновых культур. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1971.

5. Константинов М.М. Проблемы совершенствования уборочных процессов в условиях Южного Урала // Техника в сельском хозяйстве. 2000. № 4. С. 35—36.

6. Шепелёв С.Д., Окунев Г.А. Проектирование технологических линий на уборке урожая. Челябинск: ЧГАА, 2006. 160 с.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.