автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования поточных технологических линий возделывания сельскохозяйственных культур на основе оптимизации их состава, параметров и режимов работы (на примере поточных линий заготовки кормов)

- и

, ; 1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАШЫЙ И1ИБЕРСИ1ЕТ

ПОВЫШЕНИЕ Э'ИЕКТИВНОСТИ 4УККЦИ0НИР0ВАНМ ПОТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ВОЗДЕЛ ЫВАНШ СЕЛЬСКОХОЗЯЙ-СГВЕ1311Й КУЛЬТУР 11А ОСНОВЕ ОПТШЕАЦИИ ИХ СОСТАВА, ПЛРА1.ЕТР0В II РЕШЮВ РАБОТЫ (на пртиере поточных лпяий заготовки кормов)

Специальность 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукоплся

Санкт-Петербург 19 9 2

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрной университете.

Официальные оппоненты! доктор технических наук,

профессор Б.А.УЛИТОВСКЛЛ;

лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Э.И.ЛШКОВИЧ!

доктор технических наук, Профессор И.П.ТЕРСКИХ.

Ведущая организация Всесоюзный научяо-исследовательскгй институт механизации сельского хозяйства.

Защита диссертации состоится 28 мая 1992 года в 14 часов 30 минут на заседании специализированного совета Д I2C.o7.G4 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 18962Г, Санкт-Петербург - Пушкин, Ленинградское шоссе д.2, ауд.2719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саякт-Потер-бургскои государственного аграрного университета.

Автореферат разослан " 1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета мпдидет технических наук, доцент

А.В.С0М1ШИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

• ¿ш^лад^у^хекн» Сельское хозяйство располагает большими резервами, особенно в применении техники, высокопроизводительное использование которой - один из основных факторов в решении продовольственной проблема. Для ее реализации необходим, в частности, кассовый переход к поточным технологиям производства сельскохозяйственных работ. Поточные технологии, включающие технологические, технические и организационные мероприятия, отличаются строгой целенаправленностью и обязательной регламентацией всех операций. Это создает потенциальную возможность комплексного управления эффективностью производства продукции.

Однако в сельском хозяйстве преимущества поточного метода используются далеко не полностью. Такое положение объясняется прежде всего просчетами в проектировании и организация работы поточных линий.

Практика определения состава машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий ориентируется, как правило, лишь на определенный критерий без достаточного учета влияния внешних возмущающих факторов и изменения надежности агрегатов при их групповом использования. Вследствие этого при работе поточной линия нарушается пропорциональность между производительностью бе технологических звеньев, что, в свою очередь, ведет к простоям агрегатов, нарушению поточности процесса и в итоге к увеличению себестоимости продукции. Следовательно, при оптимизации состава и режимов работа машшшо-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий необходимо обеспечить приспособленность поточной линии к прогнозируемым случайным изменениям внешних воздействий и к изменению надежности маиинно-тражгораых агрегатов.

Расширение номенклатуры факторов * влияние которых по сравнению с принятым в настоящее время необходимо учитывать, предъявляет более высокие трэбовачия к проектированию поточных линий. Требуется разработка комплекса математических моделей, процедур, численных алгоритмов, которые обеспечивают решение задач по оптимизации состава и режимов работы поточных линий с учетом динамики технологических процессов, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.

Работа выполнялась согласно общесоюзной научно-технической программе 0.51,12. Задание С1.Д.1в. ГОНТ СССР на 1986-1990 года, а также в соответствии с планами НИР Ленинградского государственного аграрного университета.

Цель, исследования. Повышение вффективности поточных линий возделывания сельскохозяйственных культур,

Объект ^сследо^тй. Поточные линии заготовки кормов. Научная ^овизда. Методологические основы моделирования технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур, выполняемых техническими средствами поточный методой с учетом юс взаимосвязи а динамики при наличии случайных факторов.

Комплекс математических моделей работы поточных линий возделывания сельскохозяйственных культур, их звеньев технического обслуживания и диагностирования машин, а также методы, процедуры, чиоленные алгоритмы решения задач по оптимизации состава И режимов работы поточных линий с учетом динамики технологических процессов.

Практическая ценцомд. Результаты диссертационной работы могут быть использованы непосредственно в хозяйствах для оптимизация состава и режимов работы поточных линий возделывания. сельскохозяйственных культур» в научно-исследовательских институтах - при разработке перспективных технологий возделывания и уборки сельскохозяйственных культур и испытаниях сельскохозяйственных машин I в учебном процессе - при подготовке специалистов по механизация сельского хозяйства.

ЕаШШИД тзхт&тш ^Л&ЛШШМ- Разработанные по результатам исследований "Практические рекомендации по оптимизации состава и режимов работы механизированных поточных линий для интенсивных технологий" используится в хозяйствах Ленинградской области, Карельской АССР, Мордовской АССР, Республики Болгария, в леспромхозах Карельской АССР.

Результаты работы в предложенные в ходе ее выполнения методологические, теоретические и практические рекомендации используются в научно-исследовательской работе ВШ, ГО "Кировский завод*, УКР НИИСХОМ, институте леса Карельского филиала АН СССР, в учебном процессе я научно-исследоватаиьской работе ряда высших учебных заведечий. По результатам дпссер-ткдиояпой работы издали учобные пособия и методические ука-2

зания по проведению лабораторно-практических занятий.

Дшйащщ.. Материалы диссертации одобрены и рекомендованы к внедрения в сельскохозяйственное производство Госагропромом РС1'СР, агропромышленшял комитетом Карельской АССР, Ленинградским производственным управлением сельского хозяйства.

Гезультатн исследований докладывались на всесоюзных научно-технических конференциях в 1982 году в г.Челябинске, в 19Й5 и 1990 годах в гЛенинграде, в 1983 году на совете института леса КФ АН СССР и в 1989 году на международной конференция в техническом университете г.Русе, Республика Болгария. В 1988 году в г.Одессе результаты работы заслушаны и одобрены для внедрения в учебный процесс и сельскохозяйственное производство "Всесоюзным семинаром преподавателей сельскохозяйственных вузов и техникумов по поточно-цикловому методу" .

Содержание работы докладывалось на ежегодных научных конференциях Ленинградского государственного аграрного университета, начиная с 1979 года.

диссертации опубликованы в 27 работах, объемом около 30 печатных листов, в том числа в трех монографиях и двух авторских свидетельствах на изобретение.

нописного текста, включая 21 таблицу, 25 рисунков, 47 страниц приложений и список литературы из 229 наименований, в том числе 7 на иностранных языках.

Диссертация состоит из введения, 9 глав* общих выводов, списка литературы, 6 приложений.

На защиту вьюосятсд следующее Положенид. Комплекс математических моделей работа специализированных и комплексных поточных линий возделывания сельскохозяйственных культур, их звеньев технического обслуживания и диагностирования машин; математическая модель изменения в течение времени работы поточной линии возделывания сельскохозяйственных культур количества работающих в ней и восстанавливающихся машинно-тракторных агрегатов; методы, процедуры, алгоритмы, програшн расчета и оптимизации с учетом динамики технологического процесса, состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов в специализированных и комплексных поточных линиях возделывания сельскохозяйственных культур, а также их звегтьев техни-

,. Основные положения

. Диссертация написана на 326 страницах машя-

ческого обслуживания и диагностирования машин.

Диссертационная работа, на наш взгляд, представляет собой научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресоа в сельскохозяйственном производстве - повышение эффективности поточных линий возделывания сельскохозяйственных культур,

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Известно, что организация использования техники включает в себя комплекс организационных, технологических к технических мероприятий, осуществляемых в процессе производства и направленных на повышение эффективности работы машин. Научные исследования и передовой опыт показывают, что этот комплекс требований наиболее полно обеспечивается при работе машинно-тракторных агрегатов в поточных линиях, т.е. при условии поточной организация производственных процеосов.

Начало теоретическим исследованиям по применению прогрессивных форм и методов в сельскохозяйственном производства было положено в трудах В.П.Горячкина, Б.С.Свирщевского, Г.В.Ве-деняпина, Б.А.Линтварева, С.А.Иофинова, Ф.С.Завалишина, Л.Е.Агеева и др.

Методология проектирования поточных линий за сравнительно короткий срок прошла яеоколько этапов.

Для первого этапа характерны работы Г.М.Арсеньзва, В.Ф.Баы-мачникова, В.ЯДукова, В.А.Зязева, А.Б.Когаиова, Э.И.Липко-вича, К.Н.Ыурадова, А.И.Охапкина, М.С.Рунчева. Бти авторы в своих работах стремятся установить организацию процессов, типы и количество машин, рассматривая длительность выполнения элементов процесса как постоянную величину. Это являлось упрощением реальных процессов и приводило к погрешностям. В работах Ф.С.Завалишша, В.Г.СтрйжевскоГО и др. было учтено, что время заполнения бункеров и транспортних средств, длительность рейоа транспортных средств и другие характеристики машин являются случайными величинами.

• На втором этапе при проектировании поточных процессов использовались методы теории массового обслуживания. Возможность приу.ейения отого математического Метода рассматривается,в работах Л.С.Бакулевй, В.С.Стр/жевского, Ь.Янко и других.

4

Однако выяснилось, что рассмотреть функционирование поточной линии с учетом всей сложности технологических процессов, используя методы теории массового обслуживания, практически невозможно.

Третий этап исследований характеризуется разработкой алгоритмов статистического моделирования поточных процессов на ЭВМ. Работы С.И.Большакова, Н.П.Бусленко, И.А.Долгова, Л.М.Комзаковой, Е.А.Финна и др. подтвердили эффективность такого направления для реализации задач, которые в данный момент не могут быть решены аналитическими методами, либо вследствие множества трудно учитываемых факторов, либо из-за отсутствия таких разработанных методов.

Исследованию вопросов технического обслуживания и диагностирования машин посвящены работы Г.В.Веденяпина, Н.С.Нданов-ского, С.А.Иофинова, Я.Х.Захдина, А.В.Николаенко, Б.А.Улитов-ского, И.П.Терских, Л.Е.Агеева, В.М.Михлина, В.А.Аллилуева и других.

Анализ исследований по данной тематике показал, что имеющиеся научные разработки посвящены в основном решению задач без достаточного учета взаимосвязи технологического и технического обеспечения функционирования поточных линий.

Особенностью современных сельскохозяйственных процессов, протекающих о высокими скоростями, является пх большая сложность, которая заключается в значительном числе и многообразии параметров, определяющих течение процессов, в большом числе внутренних связей между параметрами, в юс взаимном влиянии. Сложность усиливается при работе машинно-тракторных агрегатов в поточных линиях, поскольку возникает множество обратных связей между ее технологическими звеньями. Кроме того, на процесс работы агрегатов в поточной линии накладываются возмущения, статистически распределяемые во времени.

Для описания процессов функционирования поточной линии о учетом всех этих особенностей ее работы с целью разработки оптимизационной математической модели необходимо првкзнять вероятностно-аналитические методы.

Оптимизация состава и режимов работы поточных линий позволит повысить их технологическую эффективность.

Разработка этих вопросов будет способствовать уско-рению темпов внедрения поточных технологий в сельскохозяйственноо

производство.

Для решения поставленной проблемы предусматривалось выполнение следующих задач:

- установить закономерности изменения производительности, фактического времени работы, коэффициента готовности, времени загрузки транспортных средств и определить вероятнэстно-ста-тистические оценки этих показателей на примере поточных линий заготовки кормов;

- определить вероятностно-аналитические зависимости, списывающие изменение количества работающих и восстанавлива-ювдхся машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий, выраженное через среднее число восстановлений в единицу времени и среднее число отказов, приходящееся на один работающий агрегат;

- установить аналитические зависимости для разработки комплекса математических моделей работы поточных линий и их звеньев технического обслуживания и диагностирования машин с учетом динамики технологического процесса;

- разработать методы, процедуры и алгоритмы расчета оптимального состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий;

- реализовать и провести производственную проверку теоретических предпосылок к определению оптимального состава и режимоь работы машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий на примере поточных линий заготовка кормов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОПЕЗДЕЛЕНШ И ОПТШШЦИИ СОСТАВА И РЕьШОВ РАБОТЫ ПОТООДНХ ЛИНИЙ

Математические модели работы агрегатов в специализированных поточных линиях

Механизированные поточные линии представляют собой комплекс технологических звеньев, связанных между собой материально-сырьевыми и энергетическими потоками. Работу линии оргаяизуюа так, что объем работ йа выходе предыдущего звена является входным параметром для последующего (рисЛ). При отказе любого звена или уменьшении его производительности за счет выхода из строй того или иного агрегата поступление продукции на вход Прекращается или замедляется. Задержка в одном

б

Qpt.tffjoSfttHmî se, ¿.'Б'радспорТир&л орг. ¡JCsSjxHuA zutirMUt) 3. Окучиба-ние орг. uccfyzHui -W> Wjfll

1 1 L

vr

i_____J

aai

5. йесеинес SopanaSattuc

•ílpsWslí)

S. йнесение , opt

MrsWib)

f.XcpcncLtaKo. с SösbuoSiHUtM.

У Ьнессние ] милеya'iwí f.. удо&рений

Q,

sas

«ftftfo ваЯйГма* й- /ЧШСГОоГде Wr w ы M м

yctfjstß. лшнусэГр-

w w «

r»Tpa«crt./t]víl,nu)vynl,>T

7« Poícf С

"tïïtft,: ■afcfr"f

CL*

J. ЗСрвалоабнаЯ. гшс- В- Xaq i.omo6 u mf>a.n¿7w>pai¿i_po всс * « < iw Д it Л Хосеб с apuLtiO^muSaHueti -Ü^W.V't Uoti

a

a ra

С CJÍJtK -to Сор/ tace

rix«

ы us » Ù>--1 (a F» "'oí

I'iPalVJS

с емки

tar*

<-----

4 U

I_____I

О. SapeKoCa -

ходом.

г

J

»_____>

1S,0tLf>ncKuûa-KutKbfSocpocaJi

^vLm

16

i_____i

Ik

ЧЖоиение с пхкг •t"'""^" -e^ôwfec« 13. 3CJ0Uá Mí¿c И -ЯмСЛ^С*) 19.3ГролХов1еа. cu-ucMoii ласс-ц -tWOW;ict) ' о SfannitíOAfcg. Саимк <i j¡KfJi«uic траквси.

Q»

Ряс.I. Модель технологической возделывания горохо-авсяяой смеси на силос

технологическом звене может вызвать значительное нарастание задержек в последующих звеньях, что, в свою очередь, приведет к снижению производительности поточной линии и увеличению ватрат.

Математическая модель работы линии должна отражать наиболее существенные связи между техническими и экономическими факторами, а также учитывать природно-климатические и организационно-хозяйственные условия использования машин, состав и режим работы которых в звеньях поточной линии должен быть оптимален.

Кроме того, при оптимизации состава агрех'атов в технологических звеньях поточной линии необходимо учитывать оптимальный для данной зоны уровень агротехники, а также наиболее рациональные агротехнические сроки и агротехнические требования по каждому виду работ, входящих в технологический процесс поточной линии.

Технологические звенья специализированной поточной линии, состоящие из Пи агрегатов, К, ГП^ , где т - количество звеньев поточной линии, должны выполнить заданный объем 0.« .

В процессе работы поточной линии могут возникать простои агрегатов по техническим и технологическим причинам, причем отказы различных агрегатов происходят независимо друг от друга и случайны по своей природе.

. Допустим, что в момент времени í в К -м технологическом звене поточной .пинии ) агрегатов работает, Л^ (4 ) на-

ходятся в ремонте. В начальный момент времени Пбк(£) 9 О , следовательно „ ,,. „ ,, . „

+ (!)

Если известны среднее число отказов А* , приходящихся на один работающий агрегат и среднее число восстановлений к в единицу времени агрегата из К -го технологического звена поточной линии, то можно описать изменение количества работающих и ремонтирующихся агрегатов системой дифференциальных уравнений . , . , .

п^Ф-п^т к+ пЛктк

' (2)

Так как П-ркШ + О , при интегрировании систо-

мы (2) с учетом (I), получил

"^Ю-ТЕО'.-А/'Ч: <=)

где Д<а А»С +

При долговременной работе линии, то есть при 1—*-ео п<са) п к* • пСво-' п Д*

л^п*-^, (4)

Если в К -м звене поточной линии в начальный момент времени "¿г 0 , число маиинно-тракторных агрегатов равно Л к , а в момент времени £ - Г1рк({.) , то изменение количества продукта С}„ на выходе К -го звена, определяемого работой К -го и (К+1)-го звеньев, можно описать следующими дифференциальными уравнениями

где 1Л/ - часовая производительность машинно-тракторного агрегата в К -м

звене; Эй к — коэффициент, определяющий количество продукта О км > необходимого для изготовления единицы продукта (X к .

Если 0.о- 9е - количество начального сырья, а й^ количество конечного продукта, то математическая модель работы поточной линии, состоящей из П\ технологических звеньев, представляет собой систему ГП дифференциальных уравне-г

су ьгт(1ртшмт (Ц,

(б)

Когда состав агрегатов л режим их работы в звеньях поточной линии оптимален, то для уравнений системы (5) должно выполняться соотношение

V,-*

Производительность агрегатов при их работе в звеньях по-

9

точной линии не остается постоянной, а меняется в течение времени смены Т . В начале смены фактическая производительность меньше нормативной, аатем за время 1< она достигает нормативной, и в течение некоторого времени остается ей равна. К концу смены она окова уменьшается, то есть

- <

'^-он)?], и [(М)Т,(ИК]

(8)

??<иг-*) , 11Т ].

Прокатегрироаав (6) по времени работы звена за К -ю смену о учетом (3), (8), определим суммарную сменную наработку агрегатов каждого технологического звена поточной линии.

Поточная линия выполняет заданный объем работ, как правило, ва несколько смен» Поэтому пооло интегрирования необходимо просуммировать полученное количество продукция по всем смена«. В результате получим объем продукции, производимой какдом эвеном поточной линии. Выражение душ определения объема рабо*, выполненного пооледнкм звеном линии, Цт тлеет вид

ir е

№

где

г *«» ; л 1 „ >. '

'(Г)

Ы1 *6

е + е

т»

рт 14« ]

Необходимое количество агрегнтой для выполнения заданного объема работ последним эвеном линии получим, разрешал (9) относительно П т .

1П , и 0) / VI СП

и * ¥т

- е

-А.-.МТ

- В Т -

1 - е рт ,/

(К!)

Ю

На основании (7) пмэем соотношение

1 -е

Фт-АТ

Из выражения (II) определим количественный состав агрегатов ¡Т.т-1 в предпоследнем (П7 -1)-м звене

. / Г л т

\ - е

(12)

Продолжая аналогично, найдем выражение для расчета коляче- . ственлого состава агрегатов в любом К -м звене лоточной линия

Ак^т/Пй:

1»К

1 ' 9

1 - е

(13)

При длительном времени работы поточной линии ) в

выражениях (3) экспонента —_ О . Следовательно, в

данный момент времени количество как работающих, так л восстанавливающихся агрегатов в среднем будет постоянным и определится из выражения (4). С учетом этого система уравнений (6) примет вид

• * •

Так как для выполнения принципа поточности необходимо, чтобы для системы выполнялось соотношение (7), то окстему (14)

- II

можно записать в вида

«W^-fe (т-^ШК/^-Ми

Объем работ, выполненный последним звеном линии за смену, равен п ü II

Ü^Q^-^í^LCr-iJw^. ш

Отсвда количество агрегатов в последнем технологическом звене поточной линии Q щ равно

»V M^f^mMmtíCP-it JWm], (IV)

а оостав в любом К -м звене линии найдем по формуле /го-1

iVMmMnaiMr-tJw.ul (18)

' i« к J

Подставив (18) в (14), получим число работающих При и восстанавливающихся fl в* агрегатов в К -м звене при работе линии в течение длительного времени »«•i

OL.di/tnW¿(г- -4,.juw«]; (I9)

а«; (a)

Методы и процедуры решения задач нахождения оптитального состава агрегатов в специализированных поточных линиях

Можно найти оптимальное количество агрегатов в каждом технологическом звене специализированной поточной ладил, выполняющее »«данный объем работ за время, не превосходящее время, определяемое агросроком, по какому-либо критерию оптимизации, например, по минимуму затрат денежных средств.

Обозначим Срк и » соответственно, стоимости работы

я ремонта агрегата из К -то звена за единицу времени. Тогда 12

полная стойкость работы к восстановления отказавших агрегатов по всем технологическим зязньям за и смен работы поточной лин^'и равна

«М. т и

км /»« 1ЧЧ * ¡4 *

(22)

(23)

(24)

После соответствующих преобразований получим Введем обозначения

у ШкЛр*'*«?«*). г-

Пге-А.Рк '

Подставив (23) и (24) в (22), получим

-Ат

Представив функцию с в виде ряда я взяв первыо

три члена разложения, получил

рУт' 21

Исследуем поведение функция стоимости 5 на концах ее области определения. Найдем значение 3 для малого количества смен Ц-—— О , предварительно преобразовав (25) с учетом (26), получим

Г^-Ьти»-^*--- <26>

Найдем 5 при больших значениях и , то есть при ит-^со

(28)

Результаты исследования показывают, что при малых Ц затраты денежных средств стремятся к своему наюленьшему значению, то есть выгоднее работу поточной линил организовывать так, чтобы заданны» объем работ выполнялся большим количест-.вом агрегатов в сжатые сроки. Работа же малым количеством агрегатов в звеньях поточной линии в течение длительного времени не выгодна. Для определения оптимального срока работы линии необходимо провести анализ функция затрат на экстремум. Но эта функция возраставшая' и экстремума не имеет, однако, в некоторой точке Ц-. С(о она имеет перегиб, для определения абсциссы которого найдем первую я вторую производную выражения суммарных затрат денежных средств по и .

В результате нахождения производных и после соответствующих преобразований получим уравнение

-г* 0, (29)

Т'МР«; х,я £кит.

Решив уравнение (29), можно найти значение Ц» Ц0 где функция затрат шеет точку перегиба.

Известно, что увеличение срока производства работ выше оптимального ведет к потерям продукции и, следовательно, к увеличению ее стоимости. Зависимость величины потери продукции с единицы площади от срока выполнения работ для большинства сельскохозяйственных технологических процессов является нелинейной. Исходя из этого, изменение выхода продукции, выработанной технологическим звоньяш поточной линии с учетом зависимости ее потерь от календарного срока.выполнения работы может быть описана следующим выражением

а- а./гвгом,:М.

где Ц* - чиоло смен, при достижении которого начинаются интенсивные потери продукции.

Если число агрегатов в звеньях больше оптимального, то заданный объем работ такая линия выполнит за число сменЦ<Ч* ,

14

следовательно Ц- и< О и £Т(и" ^ \ , то есть возможны простои агрегатов.

,Поточная линия, состав которой меньше оптимального, выполнит заданный объем работ за число рабочих смен и> и * , следовательно и -и.*> 0 и ^ 1 , то есть будут потери продукции.

Для определения оптимального количественного состава агрегатов в звеньях поточной линии с учетом возможных потерь продукции и оптимального срока проведения работ необходимо прежде Есего исследовать функцию себестоимости • ,

с2 $/а. , (31)

Для этого найдем вторую производную выражения (31) и, приравняв ее к нулю, получим уравнение для определения и *

. После определения и.* находим оптимальный количественный состав агрегатов в последнем звене Пщ , подставляя найденное значение и* в формулу (Ю). Затем по выражению (13) вычислим состав агрегатов во всех остальных звеньях линии.

Математические модели работы агрогатов в комплексных поточных линиях

Комплексные поточные линии создаются для производства нескольких видов сельскохозяйственной продукции и имеют больше возможностей для маневрирования техникой по сравнению со специализированными в зависимости от изменения погодных или других условий. Зто дает возможность сократить общие сроки проведения работ, уменьшает потери продукция и снижает затраты денежных средств за счет уменьшения простоев агрегатов.

Для описания работы комплексной поточной линчи,производящей несколько видов продукции, нужно построить столько систем дифференциальных уравнений, сколько видов продукции ею производится. При построении этих систем уравнений необходимо учесть, что при работе К -го звена £ -й поточной линии, ( 6 {"Ы.} , перерабатывающего продукт (к -1)-го звена, образо-

15

вание к -го продукта происходит, как правило, не мгновенно, а через некоторое время Т,/^' (рис.1). Величина этого времени запаздывания зависит как от технологии производства того или иного продукта, так и от суммарной производительности агрегатов, входящих в состав каждого звена поточных линий. Величина 'Свлияет на поточность и ритмичность работы линии, то есть на динамику протекания в комплексной линии технологического процесса.

Система уравнений, описывающая динамику изменения начального, промежуточного и конечного продукта комплексной поточной линии имеет вид

47«.-л «V,

I 4 >1.1,

"В-в^-а'^т)].

где\д/и 6 - часовая производительность агрегата из к -го звена (-й поточной линии; С}^' - объем начального продукта, перерабатываемого первым звеном линии в единицу времени; П.^ -количество работающих агрегатов в К -м эвене С -й поточной линии; Зе^ - коэффициент, определяющий количество продукта, необходимого для изготовления единицы продукции Сгк в ( -й поточной линии

вс*>*

о, *<о

I , . Л ~ (34)

И , '¿¿'О

ступенчатая функция, учитывающая включение в работу и выключение из работы технологических звеньев в С -й линии.

Каждое К -е звено из ( -й линии включается в работу в момент времени "¿«Т^**" и выключается из работы в мcмenтt^ll * *Т*Т("'Ч Тк^ .'Исходя из этого, представляется возможным определить количество работающих в момент времени £ агрегатов в К -м звене С -й поточной линии

I б

Суммарное же количество работающих в различных линиях ь момент временя Ч: агрегатов яД^) равно .

Очевидно, что для обеспечения рабо-Л всех линий, входящих в комплексную поточную линию, необходимо, чтобы чиоло работающих агрегатов < -го вида (индекс"К " по первой линии) было

не менее >

Момент окончания работы комплексной линии должен совпадать с окончанием работы последним звеном линии, выпускающей последний вид продукции, то есть Т^^1^ Т^ .

Исходя из этого, можно определить суммарное количество возможных нормосмен (их максимальное количество) работы агрегатов К, -го звена /^Дп/Т.

Так как время работы комплексной линии можно подразделить на время, затрачиваемое на производство каждого С -го вида продукции, время непроизводительных простоев и общее время работы линии по производству всех видов продукции, то возможно определить количество рабочих нормосмен, которое равно

Тогда существует количество смен Ццк простоя, определяемое разностью между максимальным количеством нормосмен и количеством рабочих нормосмен ицке икт** Цк . .

Можно найти оптимальный набор агрегатов {П.«] , позволяющий распределить агрегаты во времени по каждой конкретной линии при минимальных затратах на производство продукции.

Методы и процедуры решения задач нахождения оптимального состава агрегатов в комплексных поточных линиг.х

Если Срк - стоимость работы одного агрегата ¡с -го вида за единицу времени в £ -й липки; - стоимость ремонта одного агрегата к -го вида за единицу времени; Спи - стоимость простоя за единицу времени одного агрегата Ч -го вида, то мсжяо определить стоимость соответственно работы Зр*, ремонта 5Ск и простоя 5 пк агрегатов к -го вида за время работы комплексной поточной линии.

Просуммировав затраты па работу, восстановление и простои агрегатов к -го вида, получим общие затраты денежных средств за время работы комплексной неточной линии

кч кик.? к ни 1

лч ко к,с

(36)

М

В выражении (£6) первая сумма положительна, так какС^'С^ .Поэтому стоимость работы комплексной поточной линии по выполнению всех видов работ будет минимальна, если минимально вто-

рое слагаемое, то есть

(37)

- Варьируемыми параметрами в (37) являются Тп,^ ' ' Ц ограниченные агросроками по каждому виду продукции и условия-

(О

ш связи --■ '"»'ч

Ч & -' т иг е

ш е'г«1т«)и(е1

значений 1« , »

После определения оптимальных значений можно найти количество работающих и восстанавливающихся агрегатов, обеспечивающих минимальную стоимость работы комплексной линии по производству всех видов продукции.

Расчет комплексной линии включает следующие шаги: '

- выделяются последовательно конкретные линии по каждому виду продукции;

- первая линия (С ~ I) по возможности должна содержать агрегаты, необходимые для производства всех видов продукции, ради получения которых и скомплектована комплексная линия. Другие линии с е .........А. включают только часть агрегатов,

так, чтоЛ),>//П£. Поэтому естественно отождествлять индекс "К" 'с первой линией. Для линий с 2 индексы к =1,2,...» соответствуют индексам, к'*' первой линии;

-- решается экстремальная задача для первой линии; - для второй по требованиям к агросрокам линии и для всех последующих линий решается задача на условный экстремум.

Для первой поточной линии выражение суммарных затрат денеж-18

них средств на производство продукции будет следующим

СМ Д-р \ /и*.« \

км к ' ы ' *./

Обозначил т> , . г\ л ,

ъ,'1й№№)(£* ЧиЛи)-,

Кг|

КЧ к -1

Тогда $">= ^

(40)

В выражении (40) О, и положительны,.так как все входящие в них величины положительны и с ними производится действие •сложения. При увеличении V, стоимость работы по производству выходного продукта уменьшается, так как Г(

стоит в знаменателе, однако с увеличением Т% в числителе происходят изменения (иТ?- Тт ), то есть может существовать такое значение Т, после которого происходит резкое уменьшение конечного продукта. Для определения Т( составим функцию выхода конечного продукта при работе первой линии

а.ай../[е ч]. (41)

Стоимость работ С I , приходящаяся на единицу конечного продукта, равна 5 ^ ^ Г,(Т.-Т.*),|

V11 + Т") сй^ <42)

Обозначь

г.ыд'/г.'б« ск/тл-, саТ/Ц'Ц,. (43)

Тогда выражение (42) будет иметь вид

*•<[<».-). . (44>

Найдем значение К, * , для которого функция будет иметь минимум. Тогда значение Т}ов даст мини-

мальное значение (42). Для определения точки Хо продифференцируем по X, функцию (44) и приравняем полученную производ-

19.

ную к нулю

„ ?|'ти':-со; £|'т ц'» + с*э

Так какх^.0й!|1 , то существует

точка К У , в которой (Х.'.'1 )• 0 . Установим тип экстремума функции (44) в точке х. по знаку второй производной в этой точке

»Ну ».

Следовательно, значение Хо'* , которое определяется из решения уравнения (45), единственно я в этой точке функция У,()(,) имеет минимум. ^ ^

Через найденные значения (¿о^Ио'5 ^о /Т1', ТД,гТ„+Т|<т'"^ по выражениям (37), (39) получим такие значения

11 пк:^7Гк' (47)

которые являются оптимальными для дшшой линии.

Для производства работ во второй линии требуется часть звеньев первой линии. Обозначим их порядковые номера к 1<*) , К.!*! . К1.1' К <1) . Это те номера, которые они занимают в первой линии.

Составим вторую линию из двух подлиний. Первая из них составлена- из самостоятельных звеньев и агрегатов, вторая из звеньев к агрегатов первой линии по мере их освобождения от работы. Заданный объем работ О

о распределяется между двумя подлиниями (») II) <»)

= о., + й„ . (48)

' Первая подлиния начинает работу вместе с первой линией и заканчивает еэ в момент Тпц , общий для первой и второй подллний и соответствующий выполнению всей работы.

Естественное запаздывание звеньев первой подлинна равно т (и

Вторая подлиния, заканчивая работу одновременно с первой в момент Тгп! I имеет запаздывание начала раооты К;" звена от К(*,1' , равное см

к; ";-< Ли* 1 •

. От момента окончания работы звена К, из первой линии te до момента Тщ, стоимость ремонта агрегатов второй подлинии учтена при расчете стоимости работы первой линия. Кроме того, в этом временном интервале [t о подсчитывала« стоимость простоя высвобождающихся агрегатов. Поэтому сто®/,ость работы, ремонта и простоя агрегатов второй подлинии следует учитывать только в интервале [Тт,, Тт*].

Стоимость работ первой подлинии определяется из выражения

sil ¿Г. «

\ л (s«

Стою/,ость раЬот' первой и второй подлиний равна

ГМ((!1С(»)ЛС(« C^Wc*« С<*Л /col

S8 5,+^s'S,4 + «3i"51tl+(Sjr -5, ). (Ь2)

Если «э, /О* , то стоимость работ первой и второй подлиний

будет меньше, чем если бы эта же работа

была

выполнена первой подлинней за то же время.

Количество агрегатов первой линии, переходящих во вторую подлинию второй линии найдем из соотношения

Время работы второй подлинии второй линии

В соответствии с временным режимом работы второй подушили стоимость ее работ равна

ЯСТКШ^Ч^М-

*Г- , . (56)

"vi «m. i 1

(U 7-г.«/Jb± (V * L \

Сравнивая Ъ, и О« , видно, что Ъ, » ¡>» и, следовательно, подключение к работе второй подлинии уменьшает стоимость по переработке первоначального продукта (X»' за время Tml( то есть комплексная линия дает выигрыш.

Выбор оптимального состава второй линии, состоящей из двух

21

подаяний, то есть отыскание Та и Лр^ * , происходит по той же схеме, что и для первой линии. '

После соответствующих преобразований выражение для затрат на работу агрегатов во второй линия приобретает вид, аналогичный выражению (40), а именно

$С1>= Эа+Ъ/С, (56)

Аналогично первой линии, при увеличении Т«^ стоимость работ по производству выходного продукта уменьшается. Однако с увеличением Т,*4 после некоторого момента Тгц происходит резкое уменьшение конечного продукта и, следовательно, увеличение стоимости. Введем функцию, аналогичную (41)

й; С'/

О учетом (57) стоимость работ Сг , приходящаяся на единицу конечного продукта, равна (1)

Обозначим • (т ) I

гТЛХ/ГгЪ', (фг)К^;СгС (59)

Аналогично (44) У будет иметь вид

у» (60)

Как и для (44) найдем значение К» 1 , для которого

(ее) будет иметь минимум. Тогда значение даст

минимальное значение (60). „ ^ (лн-О.

Зная ХоУ , найдем значения Тли5 '

которые являются оптимальными для второй линии.

Аналогично проводится расчет для всех остальных линий.

Математические модели, методы и процедуры определения оптимальных режимов работы агрегатов в звеньях поточных линий

Для осуществления принципа поточности очень важно создать непрерывность технологического процесса. Принц™ непрерывности обеспечивается точным расчетом производительности технологических звеньев, входящих в поточную линию.

Найденные по выражениям (17...20) значения количественного

состава агрегатов в звеньях специализированной поточной линии 22

удовлетворяет равенству (7).

Однако при расчете состава агрегатов в звеньях специали-зированнцх поточных лини'; возможно нецелочисленное решение, что не реализуемо на практике. При переходе к целочисленному составу производительности ЗЕсньз/могут оказаться неравными между собой, то ость возникает вероятность нарушения условия (7). Ъто нарушение может привести к простоям агрегатов или к потерял продукции. Походя из этого, при Ечборе ближайших к найденньт. це;к:л значениям Г"0К следует, изменяя режим работы звена, подстраивать ого по суммарной прокзводлтельно-сти агрегатов к производительности этого звена при состава агрегатов, равном Як .

Если П.'к > П. к . то производительность каждого отдельного агрегата в звене поточной линии падает.

Равенство суммарной производительности агрегатов приводит к следующему соотношению, из которого можно найти режим работы целочисленного звена поточной линии _

. (х г 1 - е"^ \

(6Г)

Как отмечалось ранее, при длительном времени работы поточной линии ЦТ-+-со не только О. О , но и ее производительность становится постоянной в любой момент времени, то есть процесс работн линии можно считать стационарным. При таком рассмотрении процесса работы линии выражение (67) примет вид

п' ,Ж

и искомая производительность (режим работы) целочисленного звена линии должна удовлетворять равенству

Пк\Л/к/Лк (62)

При расчете оптимального состава агрегатов в звеньях комплексной поточной линии также возможно нецолочислепное решение. Для его замены на целочисленный состав, как и в случае

специализированных линий, следует руководствоваться требованием равенства суммарной производительности при работе агрегатов во всех звеньях комплексной линии. Тогда искомый режим работы целочисленного К -го звена 6 -й линии должен удовлетворять равенству £). (п , , (е),

/арК1 (бз)

Если поточная линия в своем составе имеет звено, чья производительность лимитируется факторами, управление которыми . практически невозможно, то все остальные звенья этой линии комплектуются так, чтобы их режим работы был равен режиму лимитирующего звена. Например, в поточных линиях заготовки сена, сенажа лимитирующим будет звено ворошения (сушш), так как его производительность зазисит от продолжительности сушки свежескошенной травы в естественных условиях Тс .

для определения Тс в зависимости от природно-климатических факторов разработана математическая модель

0.1 иГ7 м-"

(64)

с Б^О-иГРГГ

где им - урожайность зеленой кассы; ра - атмосферное давление; )Мо и - начальная и кондиционная влажность заготавливаемого корма; 5м - активная площадь суьки; ^ - влажность окружающего воздуха; Рнл - давление насыщенного пара;

V - скорость ветра.

Методы и процедуры расчета режимов работы звена технического обслуживания агрегатов в поточных линиях

Техническое обслуживание агрегатов при их работе в поточных линиях должно быть спланированным и хорошо организованным. Один из способов решения поставленной задачи - оптимизация технического обслуживания.

Количественный состав агрегатов звена технического обслуживания определяется составом агрегатов звеньев поточной линии. При известных коэффициентах \)ок и последний из которых зависит от , определяющих количественное соотношение между обслуживаемыми и обслуживающими агрегатами, количество агрегатов, необходимое для обслуживания как работающих в к -м звене линии агрегатов, t) , так и отказав-

I г

них а) с учетом временного режима, работч К -го звена

24

будет равно

Соответственно, об'цее достаточное число агрегатов технического обслуживания для Есеп поточной линии Ы ^ определяется из выражения

/V "и 7 (А) . (ее)

¿1} к» р я '

Если за критерии оптимальности распределения работ по техническому обелуживпшгэ и восстановлению отказавших агрегатов принять минимум затрат рабочего времени, то целевая функция имеет вид

Л/«' Ъ V

к ч

где V - количество операций в катодом из видов технического обслуживания, ]' 6 {"1 ч V ) ; ^т ~ количество видов технического обслуживания, ■

X: : 1 1 (68)

функция, показывающая, выполняется ли ] -я операция I -го

виды технического обслуживания X -м агрегатом технического

обслуживания, Кб 11 , Л/1"!. Для этой функции должно быть вы' ' /VI'!

полнено условие ^ у - ■*

то есть, ка-кдая из операций технического обслуживания выполняется в обязательном порядке хотя бн одним из агрегатов т ехничес кого об с лукив аи ля.

Задачи, представляемые выражением (67), относятся к классу комбинаторных. Для их решения разработаны как точные, так и приближенные алгоритмы.

Математические модели, методы и процедуры оптимизации режимов работы звена технического обслуживания при диагностировании агрегатов в поточных линиях

При работе агрегатов в звеньях поточных линий необходимо уделять особое внимание вопросам определения их фактического технического состояния, так как простои агрегатов в одном звено, как правило, влекут за собой простои агрегатов в по-

25

следующих звеньях. Один из способов решения поставленной задачи - диагностирование машин.

Построение модели: диагностирования удобно начинать с рассмотрения принципа работы самого диагностического прибора, одним из главных элементов которого является датчик. Эффективность процесса диагностирования с информационной точки зрения можно оценить критерием

ЕОЧн-нч/н, (69)

где Н и Н° - количество информации, поступившей на датчик и им принятой

н - Н"—-min. (7с)

Одна из задач, направленных на повышение достоверности диагностирования машин - оптимизация места установки датчика по критерию (7С). После определения оптимальной точки установки датчика возникает вопрос рационального построения режима, диагностирования, который включает в себя реализацию математических моделей распознавания технического состояния структурных параметров по диагностическим, а также математических моделей изменения параметров технического состояния объектов диагностирования.

Известно, что диагностический параметр в одном пз трех состояний: "норма", при 1=2, "меньше кормы" , при L = I, "больше нормы", при L = 3 включает наряду*о полезным сигналом Yt(i) и случайную помеху £(t) . Вследствие этого при идентификации процесса диагностирования могут возникнуть ошибки распознавания, то есть исправная деталь или узел могут быть признаны неисправными и наоборот.

Для повышения достоверности идентификации разработаны модели оптимизации принятия решения о состоянии структурного параметра по диагностическому.

Ввиду конечности времени наблюдений Tg математическое ожидание диагностического параметра не является постоянной величиной, а имеет свою дисперсию, которая зависит от среднего шага квантования и корреляционной функции помехи Kt(Tj) . Так как математическое ожидание диагностического параметра.т, представляет собой случайную величину, то имеет место плотность распределения его измеренных значений j•Cm) , отражающая три возможных состояния 'структурного параметра

Зная затрати денежных средств на диагностирование и величину дополнительных затрат на поддержание техника в рабочем состоянии, которые могут возникнуть в результате принятия неправильных решений при диагностировании, мозино получить выражение для определения ожидаемых суммарных дополнительных

(72)

затрат денежных средств

Л I

р. Ь''*

гдеЬ^- - затраты денежных средств от принятия ошибочных решений; - стоимость единицы времени диагностирования; Р; -априорные вероятности появления диагностических параметров, характеризующих «. -е состояние структурного; «Ц - тип диагностируемого структурного параметра; с- тип принимаемых решений о состоянии структурного параметра; Х)СГ1 иЭфд -дисперсии дрейфа информации и флуктуационнне погрешности!

Работу звена технического обслуживания при диагностировании машш в поточной линии необходимо оптимизировать по критерию минимума затрат рабочего времени. Надежность распознавания при этом определяется через меру расстояния между

классами состояний -3>(У и связана с ней следующей завис и""" т

Разработанные математические модели, метода и процедуры определения ремгмов распознавания состояния структурного параметра по диагностическому обеспечивают возможность распознавания случайных диагностических параметров различной физической природы я могут быть реализованы с помощью современных технических средств диагностирования.

Методика экспериментальных исследований

Экспериментальное исследования проводились В хозяйствах Ленинградской области» Карельской АССР и Мордовской АССР. Лабораторные исследования проводились на кафедре эксплуатации машинно-тракторного парка Ленинградского государственного

аграрного университета. Цель экспериментальных исследова-

27

ний - выявление степени влияния количественного состава агрегатов в звеньях поточных линий на основные эксплуатационные показатели, определение оптимальных режимов работы линии и установление уровня адекватности разработанных математических моделей.

Программа экспериментальных исследований включала:

- установление закономерности изменения производительности, фактического времени работы, коэффициента готовности, времени загрузки транспортных средств и определение вероятностно-статистических оценок этих показателей на примере поточных лини;! заготовки кормов;

- определение среднего числа отказов и восстановлений в единицу времени, приходящихся на один работающий в поточной линии машинно-тракторный агрегат;

- исследование влияния внешних случайных факторов на продолжительность сушки свежескошенной травы в естественных условиях;

- оценка уровня адекватности математических моделей работы звена технического обслуживания в поточных линиях;

- разработка и реализация моделирующего алгоритма с целью определения оптимального состава и режимов работы агрегатов в поточных линиях.

Объектом исследования были различные по марочному и количественному составу агрегатов поточные линии. Экспериментальная проверка работы агрегатов в линиях по заготовке сена, сенажа и оилоса проводилась согласно ГОСТ 24055-60; ГОСТ 2405980; ГОСТ 24.502 - 83, а техническое обслуживание и диагностирование машин, входящих в состав звеньев линии, осуществлялось по ГОСТ 22870-84, ГОСТ 23631-77, ГОСТ 18509-88.

Бо время экспериментальной проверки работы агрегатов в линиях фиксировались следующие параметры: время рабочего и холостого хода агрегатов, простоев по техническим и технологическим причинам, в ожидании транспорта и транспорта в ожидании загрузки, рабочих и холостых пробегов транспорта. Определялась часовая и сменная производительность каждого звена, входящего в линию, начальная и кондиционная влажность зеленой массы и продолжительность ее сушки при различных условиях окружающей среды, температура и влажность воздуха, атмосферное давление и скорость ветра, ширина, толщина и линейная плотность валка, площ-'адь поля, длина гона, расстояние транспортировки, урожайность.

28

При экспериментальной проверке теоретических предпосылок по работа звена технического обслуживания в качестве параметров, характеризующих техническое состояние двигателя Д-24С выбран угол опережения подачи топлива, давление впрыска и компрессия цилиндров. За диагностические параметры пр:шятн: максимальная амплитуда сигналов, отношение площади под кривой диагностического сигнала от начала впрыска топлива до открытия выпускного клапана, к рабочему объему цилиндров, среднее значение сигнала за цикл, первое я второе времена корреляция реализаций сигнала.

Для диагностирования механизма привода очистки зерноуборочного комбайна регистрировались максимальные амплитуды линейных и угловых перемещений, образующихся в сопряжениях.

Для измерения временных показателей применялись секундомер и анализатор затрат рабочего' времени. Температура и влажность воздуха у поверхности валка скошенной травы измерялись аспп-рационным психометром. Скорость ветра измерялась ручным анемометром, а атмосферное давление - барометром-анероидом.

В процессе диагностирования машин использовался комплекс приборов, разработанный на кафедра эксплуатации машинно-тракторного парка Ленинградского государственного аграрного университета.

Проверка измерительных приборов осуществлялась как перед началом эксперимента, так и по его окончании, при этом определялись согласно стандартной методике погрешности измерений.

Исследования проводились с использованием теории планирования эксперимента. Для получения вероятностно-статистических характеристик процессов использовались стандартные программы.

Результаты экспериментальных исследований

Вероятностно-статистический анализ экспериментальных данных показал, что эмпирические распределения коэффициента готовности, фактического временя, времени загрузки транспортных средств и производительности агрегатов при их работе в звеньях поточных линий заготовки сена, сенажа, силоса хорошо согласуются с теоретическими распределениями с вероятностью согласия в пределах С,29...О,42.

Среднее время безотказной работы агрегатов То я время восстановления их работоспособности подчиняются экспоненциальному закону распределения с параметрами потоков отказов и восстановлений А и }*. , различными для каждого агрегата.

2Э

Средние значения суммарной производительности агрегатов при их оптимальном количестве в звеньях линий прибличаюгск к расчетному значению производительности, соответствующему выполнению заданного объема работ за агросрок, в то время как е поточных линиях с неоптимальным составом агрегатов отклонение от расчетных значений суммарной часовой производительности довольно значительное. Наибольшие колебания производительности и наибольшие ее отклонения от расчетных значений, до 2%, наблюдались в звеньях подбора поточной линии заготовки сенажа. Более стабильно работали звенья транспортировки. Средние значения производительности этих звеньев близки к расчетным, отклонение не превышало 4...5/„.

Колебания производительности обусловлены динамикой процесса работы линии и являются результатом воздействий на агрегаты внешних случайных факторов. Внутреннюю динамику случайного процесса наиболее полно раскрывают корреляционные функции. Экспериментально установлено, что с приближением количественного состава агрегатов к оптимальному корреляционная Функция убывает медленнее, что свидетельствует о большей стабильности процесса. Так, например, в звене подбора сеиаиной иаосы время корреляции при неоптимальном составе равноТ = I ч, а при оптимальном - Т = 3 ч.

Анализ основных показатели! работы поточных линий заготовки сенажа, салоса, состав и режимы которых рассчитаны по разработанным моделям, алгоритмам и программам, показал, что расчетные данные с достаточной точностью подтверждаются экспериментальными (табл.1). Установлено, что неоптимальность состава агрегатов приводит или к потерям продукции и, как следствие, к снижению производительности, ими к простоям агрегатов и увеличению в обоих случаях затрат денежных средств на единицу продукции. Так, например, в линии заготовки сенажа с объемом работ 1128 т нехватка одного агрегата приводит к увеличению затрат денежных средств в среднем на 1С-12 руб./т, а увеличение количественного состава более оптимального всего на один агрегат вызывает рост затрат в среднем на 1,4 руб./т.

Для того чтобы обеспечить стабильность технологического процесса как специализированных, так и комплексных поточных линий и снизить простои техники, необходимо оптимизировать режим работы агрегатов в поточных линиях. Так, например,

оптимизация режима комплексной поточной линии заготовки сена-

СО

Таблица I

'¿сходные данные и результаты расчета оптимального состава агрегатов в технологических звеньях комплексной поточной линии заготовки сенажа, силоса

Объем Произво- Параметры СТОИМОСТЬ 'Состав

1 Технологические работ ¿Агрегаты дитель- потоков работы восста- простоя MIA В

1 i звенья поточной линии К-во рабочих ность агрегата отказов вос-ста- новления звеньях поточной

1 i 1 часов в агро-срок, ч т/ч, ракт. ноз- ле- ния а грегата, руб./ч линии

i i - 4 э . ъ . 7 9 TL ц ,

i ¡ Кошение 2-3CI 22Ж 23.С0 0,215 1,33 7,25 3,57 11,38 2

Ворошение '¿T3-SG+E-24? «И* 0,323 7,75 1,37 0,31 6,56 3

* 05 Подбор ш. аэ "¿-23I ш 0,193 0,66 23 ,Б0 6,85 о ,53 4

X Транспортировка ГАЗ-СА5-53Б С,152 7,44 1,03 0,47 1,98 19

• Трамбовка ДТ-75;Т-15СК ZttiVí 4o С,275 С,179 8,77 5.4L 1,94 ¿,59 1,46 1,77 4,40 5,28 i; I

Кошение E-2SI is.eo С,973 С, 36 15,77 6,85 Ю,С6 4

o o Транспортировка 76У ГАЗ-САЗ-53Б 3,o9 С, 152 7,44 I.C3 0,47 2.СЗ 19

3 <3 Трамбовка . ДТ-75;Т-15СК С ,276 С, 179 5,77 3,40 1,94 2,35 С ,46 1,77 4,50 5,32 i; х

Оптимальный режим работы линии: при заготовхг сенажа расч./гакт. - 46/44,X т/ч; при заготовке силоса расч./гакт. - 7С/7(_,о(_ т/ч

жа, силоса позволяет снизить простои техники с 12 до 2 ч за arpoсрок.

Экспериментальные данные по продолжительности сушки свеже-скошенной травы в естественных условиях хорошо согласуются с расчетными. Адекватность полученной модели равна 0,35.

Экспериментальные данные показывают, что одним из резервов увеличения фактического времени работы агрегатов является снижение времени восстановления работоспособности. Например, в рассматриваемой поточной линии заготовки сенажа со звеном подбора, у которого Т^О-бТр , можно достичь увеличения фактического времени работы агрегатов до TV 0.9 Тр уменьшив время восстановления их работоспособности в 1,1 раза. Снижение затрат4 времени на восстановление работосиоцобности агрегатов во многом зависит от состава и режима работы звена технического обслуживания. Проверка теоретических положений о работе звена технического обслуживания по диагностированию протекания рабочего процесса и технического состояния двигателя внутреннего сгорания, который может находится в состоянии "меньше нормы", "норма", "больше нормы", по параметрам вибрации и деформации его головки блока цилиндров подтвердила связь вибрационных перемещений с деформацией и индикаторным давлением. Экспериментальные данные показали, что с появлением неисправностей изменяется динамика процесса, что отражается на времени корреляции.

Для доказательства идентичности индикаторного давления распространению фронта волн упругих деформаций и изменению виброперемещений были определены коэффициенты их подобия. При этом величина средней квадратичной ошибки не превышала 9...19/С, то есть все три рассматриваемые физических процесса находятся в прямой зависимости друг от друга.

При оценке технического состояния диагностируемого объекта • важной характеристикой является надежность распознавания, которая может определяться как функция дивергенции. Для исправного состояния двигателя дивергенция равна нулю. При возникновении неисправностей она увеличивается, причем значения ее различны для каждого вида неисправностей. Установлено, что наиболее чувствительным параметром по дивергенции является компрессия цилиндров двигателя, затем давление впрыска и угол опережения подачи топлива. Если полученное значение дивергенции вы-

ходит за границы допуска (надежность распознавания), то становится целесообразным определение количественных характеристик структурных параметров с использованием регрессионных зависимостей и характеристик энергетических показателей протекания рабочего процесса.

Установлено также, что мсуду макскмольним значением 'амплитуды сигналов линейных и угловых перемещений и суммерным зазором в подшшниках механизма привода очистки зерноуборочного комбайна существует линейная зависимость, сто потверждает возможность использовать ее для идентификация технического состояния привода очистки, который может находится в одном из трех состояний "норма", "Сольна пор.".!!", "меньше нормы".

Таким образом, экспериментальная проверка теоретических предпосылок по расчету оптимального состава и режимов работы поточных линии и их зсеньс." технического обслуживания показала вмеокуо степень совпадении расчетных и экспериментальных данных.

Оптимальный состав агрогатоп и режим их работы в технологических звеньях поточной лникл ко:«,'.окно определить по номо-

Применение оптимальных по составу и режимам работа агрегатов поточных линий по заготовке кормов позволит снизить затраты денежных средств за счет улучшения качества кормов, уменьшения их потерь и простоев техники в следующем размере: при заготовке сена на 4,25 руб./т, при заготовке сената на 4,15 руб./т, при заготовке силоса на 1,23 руб./т. Кроме того, применение оптимальных по составу и режимам работы поточных линий по заготовке кормов позволит улучшить организацию использования техники, равномерность ее загрузки и будет способствовать общему повышению производительности труда. По данным ВШ внедрение данных разработок позволит повысить производительность агрегатов на 7... 12%, и снизить себестоимость работ на

ОЩЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная математическая модель работы специализированной поточной линии описывается системой дифференциальных уравнений, учитывающих превращение количества продукта

на выходе к -го технологического звена в количество^„-м продукта в (К +1)—м звене, а также изменение числа работающих и восстанавливающихся машинно-тракторных агрегатов в к -м технологическом звене, выраженное через среднее число отказов, приходящихся на один работающий агрегат, и среднее число восстановлений в единицу времени агрегата из этого звена.

2. Работа комплексной поточной линии описывается системами дифференциальных уравнений по каждому виду производимой продукции. При этом учитывается, что при работе к -го технологического звена ( -й поточной линии, перерабатывающего продукт ( К -I)—го звена, образование к -го продукта происходит с некоторым запаздыванием Г;*'' , величина которого влияет на динамику протекания технологического процесса. Включение и выход из работы технологического звена £ -й линии по выпуску каждого из видов продукции учитывается функцией (34).

3. При расчете оптимального состава машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий и режимов их работы для обеспечения стабильности технологического процесса следует учитывать его динамику и функцией потерь продукции от календартного срока проведения работ ее возможную убыль из-за неоптимальности срока проведения работ.

4. Разработанный алгоритм расчета комплексных поточных ли-

34

ний позволяет определить не только оптимальный состав мапинно-тракторных агрегатов в ее технологических звеньях, но и временной реяим работы каадого из входящих в кое технологических звеньев.

5. Оптимальный режим работ и технологического звена технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов в поточных л::г;:;ях следует определять по критерию шшимума Затрат рабочего времени на осуществление обслуживания л диагностирования машин с учетом математических моделей изменения параметров их технического состояния. При этом выполнение каждой j -й операции

I -го вида обслуживания К -м агрегатом технического обслуживания учитывается функцией (68).

6. Экспериментальные данные показато, что эмпирические распределения коэффициента готовности, фактического времена, времени загрузки транспортных средств и производительности мадшн-но-тракторных агрегатов при их работе в технологических звеньях поточных линий заготовки кормов хорошо согласуется с теоретическими распределениями с вероятностью согласия в пределах С,29...0,4. Следовательно, полученные аналитические зависимости могут служить математическими моделями расчета оптимального состава машинно-тракторных агрегатов в технологических звеньях поточных линий и режимов их работы с адекватностью С,95.

7. Применение оптимальных по составу и режимам работы поточных линий в условиях Северо-Запада снижает, по сравнению

с существующими, затраты при производстве кормов в среднем на 3,21 руб./т. При производстве уборочных работ в хозяйствах Республики Болгария на 4...6 левов на тонну продукции. В лесной промышленности при выполнении лесовосстановительных работ на 4,5...4,8 руб./га. Экономический эффект от внедрения математических моделей оценки технического состояния структурных параметров машин по соответствующим диагностическим по данным УКР HITCXG!' составил 463 тыс.рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Скробач В,5., Дмитриев A.C. Расчет оптимального состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов в механизированных поточных линиях. - Петрозаводск, 1984. - 209 с.

2. Скробач В.З., Дмитриев A.C. Научные основы проектирования поточных линий ддя индустриальных технологий. - Петроза-

35

водск, 1986. - 225 с.

3. Прибытков П.Ф., Скробач В.Ф. Безотказность уборочных агрегатов и комплексов. - Л.: Агропромиздат, Ленинградское отд., 1987.- 207 с.

4. Скробач В.Ф., Дмитриев A.C. Практические рекомендации по оптимизации состава и режимов работы механизированных поточных линий для индустриальных технологий. - Петрозаводск, 1987. -58 с.

5. Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. К расчету механизированных отрядов по заготовке кормов //Научн.тр./ЛСХИ, 1978. - Т.350. -С.47-49.

6. Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. Оптимизация и управление технологическими линиями //Науч.тр./ЛСХИ, 1979. - Т.373. - С.61-64.

7. Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. Оптимизация эксплуатационных режимов механизированных поточных линий по заготовке кормов// Науч.тр./ЛСХИ, 198I. - Т.4С6. - С.80-83.

8. Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. Расчет оптимального состава МТА в звеньях механизированных поточных линий //Науч.тр./ЛСХИ, 1981. - Т.406. - С.75-78.

9. Скробач В.Ф. Классификация механизированных поточных технологических линий //Науч.тр./ЛСХИ, 1982. - С.66-69.

1С. Скробач В.Ф., Аллилуев Б.А., Исаева Т.Т., Маыедов А.Г. Математическая модель оптимизации принятия решения о состоянии структурного параметра по значению диагностического // Р.ж. "Механизация и автоматизация сельского хозяйства". - 1982. -» Ю. - С.2С . 1

11. Иофинов С.А., Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. Оптимальный состав МТА в технологических звеньях поточных линий /Деханя-зация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1983. -ИЗ.- С.33-35.

12. Скробач В.Ф., Исаева Т.Т., Зябиров И.М., Мамедов А.Г. Оптимизация места установки датчика при диагностировании с.х. техники // Повышение эффективности использования с.х.техники НЗ РСФСР. - Саранск, 1983. - С.25-28.

13. Скробач В.Ф. и др. Статистический метод диагностирования механизмов привода очистки зерноуборочного комбайна по параметрам линейных и угловых перемещений //Р.ж. "Механизация и электрификация сельского хозяйства". - 1983. - № I. - 0.72.

14. Щербинин Ю.Н., Скробач В.Ф., Исаева Т.Т. Диагностировн-' 36

нин энергетических покаэотелей и технического состояния с.х. техники //Р.ж. "Механизация и электрификация сельского хозяйства". - 1388. - Jf 4. - С.69.

15. Скробач В.Ф. Математические модели оптимизации состава МТА специализированных и комплексных поточных линий /Др. ЛСХИ, 1990. - С.22-27.

16. A.C. Ю70441 А СССР, Ol М I5/t)0. Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания /В.А.Аллилуев, В.Ф.Скробач, А.Г.Мамедов, Б.Г.Мартынов (СССР). № 1070441,3510172/254)6; Заявлено 03.11.82; Опубл.30.01.04. Бюл..№ 4.

17. A.C. 1377653 AI СССР Ol М I9/0C. Способ оценки технического состояния механизма с.х.машины с кривошипно-шатунным приводом /В.Ф.Скробач, М.Н.Новиков, Т.Т.Исаева (СССР).

» 1377653; 4014822/30-15; Заявлено 29.01.86; Опубл.29.02.88. Бюл.№ 8.

Подписано к печати ^ ^

Формят СС'хэо I/I6. П.л.2. Заказ $Ър/) Тираж ICO.

/ Бесплатно

Типография С.-Петербургского государственного аграрного университета, Г.Пушкин, ул.Комсомольская, 14