автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обеспечение максимальной пропускной способности кормоуборочного агрегата путем согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса

^ 40011I"

V

Серзин Иван Фёдорович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КОРМОУБОРОЧНОГО АГРЕГАТА ПУТЕМ СОГЛАСОВАНИЯ РАБОТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ МАШИН В СОСТАВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2011 3 О И ЮН 2011

4851110

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ Аллилуев Валерий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Новиков Михаил Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Перекопский Александр Николаевич

Ведущая организация - Федеральное государственное учреждение СевероЗападная государственная зональная машиноиспытательная станция.

Защита диссертации состоится 14 июля 2011 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 006.054.01 при Государственном научном учреждении СевероЗападный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 196625, Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3, корпус 1, ауд. 201, факс (812) 466-56-66, E-mail: nii@sp.ru

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россель-хозакадемии.

Автореферат разослан 9 июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

\

_,Черей Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ускорение процессов глобализации, происходящих во всем мире и предстоящее вступление России в ВТО приводят к усилению конкуренции на рынке продуктов питания, что неразрывно связано с необходимостью интенсификации АПК РФ, сокращения издержек и рационального использования ресурсов.

Молочное животноводство является основной отраслью, обеспечивающую финансовую устойчивость и возможность развития большинства сельхозпредприятий СевероЗападного региона. Эффективность молочного животноводства зависит от множества факторов, но в первую очередь - от наличия и состояния собственной кормовой базы.

В большинстве хозяйств Ленинградской области из-за низкого качества собственных недорогих кормов из трав в структуру рациона кормления молочного стада включена непропорционально большая доля концентрированных кормов, что приводит к росту издержек и себестоимости молока. Низкое качество кормов объясняется неоптимальными сроками заготовки и сверхнормативным использованием кормовых угодий.

Заготовка кормов в агросроки с минимальной себестоимостью может быть обеспечена лишь при рациональном техническом оснащении технологического процесса и эффективным использованием взаимодействующих машин в составе технологических комплексов. Технический ресурс на основе старой техники иссяк, сокращается трудовой ресурс на селе, поэтому сельхозтоваропроизводитель вынужден закупать высокопроизводительные машины, представленные на рынке в большом ассортименте. В связи с этим рациональный выбор технических средств в условиях сворачивания полномасштабных испытаний машин на МИС, недостатка современной методической и рекомендательной базы, является актуальной проблемой. Эффективность использования технологических комплексов взаимодействующих машин на заготовке кормов из трав зависит от использования возможностей производительности кормоуборочных агрегатов, поэтому их оценка и обеспечение реализации при выполнении технологических операций имеет научную и практическую ценность.

Цель исследований. Обеспечение максимальной пропускной способности кормо-уборочного агрегата путем согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса при выполнении операций заготовки силоса из провяленных трав.

Объекты исследований. Кормоуборочные ахрегаты МТЗ - 1523 + РСТ-1050 и К-3180 АТМ + РСТ-1350.

Научная новизна исследований. Физический процесс работы кормоуборочного агрегата изучен методами теории подобия и анализа размерностей, выведены критерии подобия и установлены закономерности соотношения параметров подобных агрегатов и нагрузочных режимов их функционирования, позволяющие определить величину предельной пропускной способности агрегата, с учетом как конструктивных особенностей рабочих органов, так и мощностных возможностей силовой установки агрегата.

Получены критериальные уравнения процесса работы кормоуборочных агрегатов и условия (однозначности), обеспечивающие единственность их решения, что позволяет выделить подобные кормоуборочные агрегаты или нагрузочные режимы их работы из множества аналогичных.

Сформулированы условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания производительности кормоуборочного агрегата, позволяющие произвести рациональное комплектование технологических комплексов и согласовать работу взаимодействующих машин при выполнении операций технологического процесса заготовки кормов.

Разработан принцип технического оснащения технологического процесса заготовки кормов в условиях рынка с привлечением подрядной организации, ресурсы которой выступают в качестве компенсатора возможного несоответствия земельного, технического и трудового ресурсов сельхозтоваропроизводителя.

Практическая значимость работы заключается в использовании результатов исследований для определения технических возможностей кормоуборочных агрегатов, выраженных предельной величиной пропускной способности рабочих органов при отсутствии данных полномасштабных испытаний техники на МИС, снижения себестоимости заготовки кормов за счет более полного использования возможностей производительности агрегатов на основе согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса при выполнении операций технологического процесса заготовки кормов.

Выведенные критерии подобия и закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов могут быть использованы для расчета конструктивных параметров модельного типоразмерного ряда подобных агрегатов при осуществлении проектной деятельности в конструкторских бюро машиностроительных заводов.

Апробация и реализация результатов исследования. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Экология и сельскохозяйственная техника» проводимых ГНУ СЗНИИМЭСХ в 2009 г.; на международной научно-практической конференции проводимой РУП «Научно-практический центр HAH Беларуси по механизации сельского хозяйства» в 2009 г.; на курсах переподготовки и повышения квалификации кадров АПК ФГОУ «Академия менеджмента и агробизнеса Нечерноземной зоны Российской Федерации» в 2008 г. и ФГОУ «Вологодский институт переподготовки и повышения квалификации кадров агропромышленного комплекса» в 2007 г., на научной конференции профессорско-преподавательского состава СПбГАУ в 2010 и 2011 гг.

Результаты исследований опробованы и приняты к использованию в сельхозпредприятиях агрохолдинга ООО «ФАЭТОН-АГРО» Ленинградской области, СХПК «Племзавод Майский» Вологодской области, в научно-исследовательский и учебный процессы подготовки специалистов АПК.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов исследований кандидатских диссертаций, 2 свидетельства об отраслевой регистрации разработки, 4 свидетельства о регистрации электронного ресурса, 1 заявка на изобретение - per. № 2010153452.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников из 129 наименований и приложений. Содержит 170 страниц, 26 таблиц, 31 рисунок и 12 приложений.

На защиту выносятся:

- критерии подобия кормоуборочных агрегатов и алгоритм их определения;

- закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов и нагрузочных режимов их функционирования, являющиеся расчетными моделями определения предельной величины пропускной способности рабочих органов агрегатов;

- результаты анализа динамики и мощностного баланса тягово-приводного кормо-уборочнош агрегата в зависимости от скорости его движения;

- методика замеров тягово-мощностных показателей сельскохозяйственного агрегата при сложном силовом воздействии на него в полевых условиях с использованием виброакустического метода и мощностного баланса агрегата;

- результаты экспериментальных исследований работы кормоуборочных агрегатов;

- условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания соответствующей производительности кормоуборочного агрегата при его работе в составе технологического комплекса взаимодействующих машин и принцип технического оснащения технологического процесса заготовки кормов в условиях рынка;

- технико-экономические показатели использования кормоуборочных агрегатов в зависимости от реализации пропускной способности в процессе эксплуатации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и положения, выносимые на защиту.

В первом разделе "Состояние вопроса и задачи исследований" раскрыта сущность проблемы, рассмотрены тенденции интенсификации кормопроизводства, показана необходимость прогнозирования и контроля использования производительности современных кормоуборочных машин в период эксплуатации и при формировании МТП. Представлены существующие математические модели определения пропускной способности рабочих органов кормоуборочной машины и ее взаимосвязь с величиной производительности. Изложены принципы теории подобия и их применение в исследованиях сельскохозяйственных машин.

Существенный вклад в решение вопросов интенсификации кормопроизводства в условиях Северо-Запада России внесли работы B.C. Сечкина, В.Д. Попова, А.М. Валге, И.И. Летунова, Л.А.Сулимы, М.Ш. Ахмедова, В.Н. Суровцева и других ученых.

Основы расчета машинно-тракторных агрегатов и обоснования количественного и качественного состава МТП рассмотрены в работах В.П. Горячкина, Ю.К. Киртбая, Б.С. Свирщевского, Б.А. Линтварева, И.П. Полканова, Р.Ш. Хабатова, С.А. Иофинова, М.Е. Браславца, В.Д. Саклакова, Л.А. Агеева, В.А. Аллилуева, В.Г. Еникеева и многих других исследователей. Для практического использования результатов математического моделирования технической оснащенности кормопроизводства сельскохозяйственных предприятий необходимо получение обоснованных данных о производительности, надежности и других показателей современных кормоуборочных агрегатов.

Производительность кормоуборочного агрегата, которая является универсальным показателям эффективности его использования, выражается параметром пропускной способности, алогическая связь между ними описывается выражением:

W? =1Г?хт = 3,6хдтхт, (1)

где W^ - производительность кормоуборочного агрегата за час сменного времени, т/ч; г - коэффициент использования времени смены; W^* - производительность кормоуборочного агрегата за час основного (чистого) времени его работы, т/ч; qr - текущее (фактическое) значение пропускной способности кормоуборочного агрегата, кг/сек.

Анализ выражения (1) показывает, что для достижения максимальной величины производительности за час сменного времени, кормоуборочному агрегату при выполнении технологических операций необходимо работать с максимальной пропускной способностью его рабочих органов (исходя из надежности протекания технологического процесса) при минимальной потере времени смены.

Максимальная пропускная способность qmax, с которой кормоуборочный агрегат может работать без нарушения технологического процесса определяется выражением:

qmax-qnxV (2)

где <7/т-предельная величина пропускной способности кормоуборочного комбайна, зависящая от конструктивных особенностей рабочих органов и мощностных возможностей силовой установки агрегата, вида и состояния убираемой кормовой культуры, юг/с; у - коэффициент, учитывающий степень неравномерности нагрузки на рабочих органах сельскохозяйственной машины в зависимости от вариации урожайности кормовой культуры.

Разница между максимальным значением пропускной способности qmax и значением пропускной способности qr с которой работает агрегат в текущий момент времени и определяет показатель, эффективности его использования:

Aq=qmax-qT (3)

Эффективное использование кормоуборочного агрегата осуществляется в условиях, когда Aq —► min. Таким образом, максимальная пропускная способность кормоуборочного агрегата является критерием согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса, так как необходимо, чтобы ее величина при выполнении операций технологического процесса реализовывалась полностью.

Существующие математические модели определения предельной величины пропускной способности кормоуборочной машины обладают одним недостатком: они разработаны при допущении априори достаточности мощности двигателя, реализуемой на привод и работу рабочих органов и учитывают лишь их конструктивные особенности, поэтому имеют ограничения в применении. Определить предельную величину пропускной способности кормоуборочного агрегата с учетом мощностных возможностей двигателя на уборке различных кормовых культур можно путем испытаний машин на МИС, однако, из-за отсутствия соответствующей программы на законодательном уровне провести полномасштабные испытания всей техники представленной на рынке практически невозможно. Выход из этой ситуации можно найти при моделировании процесса работы кормоуборочного агрегата с использованием принципов теории подобия и анализа размерностей.

Основы теории подобия, анализа размерностей и моделирования изложены в работах М.В. Кирпичева, П.У. Бриджмена, П.К. Конакова, A.A. Гухмана, В.А. Веникова, Л.И. Седова, П.М. Алабужева, А.Н. Лебедева и других ученых. Исследования сельскохозяйственных машин с использованием положений теории подобия отражены в работах В. П. Горячкина, Н.Д. Лучинского, А.Д. Логина, В.А.Сысуева, Э.В. Жалнина, P.M. Махароблидзе, Ю.В. Чигарева, В.Н. Гутмана и других исследователей.

На основе материалов, изложенных в первом разделе работы, сформированы следующие задачи исследований:

1.Изучить процесс работы кормоуборочного агрегата методами теории подобия и анализа размерностей и разработать расчетную модель зависимости пропускной способности питающе-измельчающего аппарата от конструктивных и мощностных параметров агрегата, пригодную в условиях ограниченных испытаний техники;

2.Спланировать и провести двухмодельный полевой эксперимент работы кормо-уборочных агрегатов для получения и обработки опытных данных в критериальной форме;

3.Установить реализацию пропускной способности кормоуборочных агрегатов при выполнении операций технологического процесса заготовки силоса из провяленных трав в условиях рядовой эксплуатации;

4.Сформулировать условия, позволяющие произвести рациональное комплектование и эффективное использование технологических комплексов на базе кормоубороч-ных агрегатов различной пропускной способности, и принцип технического оснащения технологического процесса заготовки кормов сельхозтоваропроизводителя в условиях рынка;

5.Провесги производственную проверку и определить экономическую эффективность использования результатов исследований на практике.

Во втором разделе "Теоретические предпосылки повышения эффективности использования кормоуборочного агрегата" изложены исследования физического процесса работы кормоуборочного агрегата методами теории подобия, анализ динамики и изменения мощностного баланса двигателя в зависимости от скорости движения тягово-приводного кормоуборочного агрегата, представлены условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания соответствующей производительности кормоуборочного агрегата при его работе в составе технологического комплекса.

Физический процесс работы кормоуборочного агрегата, описываемый конструктивными параметрами рабочих органов и мощностными возможностями двигателя в общем виде представляется уравнением:

/(я,Р,8„,а„1г,йч,Ы^к) = 0, (4)

где Ыпр,,,, - мощность двигателя, идущая на привод и работу рабочих органов сельскохозяйственной машины, Вт; -площадь приемной горловины питающего аппарата, м2; р — плотность растительного материала, спрессованного вальцами питающего аппарата при прохождении приемной горловины, кг/м3; ш, - угловая скорость вращения измельчающего барабана, сек*1; Ьр - длина резки растительного материала, м; Д, -диаметр измельчающего барабана, м.

Функциональная зависимость (4) между характеризующими процесс работы кормоуборочного агрегата параметрами может быть представлена в виде зависимости между составленными из них критериями подобия (Я-теорема):

/(П„П2.П3.....ПКп)= 0, (5)

где Я/, П2, П3, ..., ПКп - безразмерные критерии подобия кормоуборочного агрегата; Кп~ количество безразмерных критериев подобия.

Вывод критериев подобия во всех формах записи для системы и параметров, входящих в уравнение (4) на основе механизма анализа размерностей и Я-теоремы реализован по разработанному алгоритму, блок-схема которого приведена на рис. 1.

Проведенный анализ выведенных критериев подобия дал возможность принять форму записи пригодную для дальнейших исследований:

/У'- N ' П> ' 113 й (6)

' ЛР"» лрш Ч

Критерии подобия (6) отражают физический смысл изучаемого процесса работы кормоуборочного агрегата: П, - критерий подобия, характеризует расход мощности силовой установки агрегата на единицу производительности (показатель энергоемкости процесса измельчения растительного материала); П2 - критерий подобия, характеризует расход мощности силовой установки агрегата в зависимости от нагрузки в измельчающем аппарате при соответствующей длине резки; П3 - безразмерный симплекс подобия (параметрический критерий), характеризующий геометрическое подобие рабочих органов кормоуборочного агрегата.

Ввести я параметров РI, Р3. Рз.....Р„. характеризующих изучаемый процесс

КР,. Р,.....Рп)=0

Выразить размерности параметров

/л/= (мгнппчогагаг

Выделить количество Кцс первичных единиц измерения Кпе^Кпст^'б

Составить матрицу размерностей

И-

¡4 ■ Л.)

А, № • А,

г, • г«

«1 ая

Г, Гг Г.

и. <Рг ■ <Р.)

Определить количество ~ * комбинаций определителей порядка д-к составленных из матрицы |Л| к~0:1 при Кпе.~3; к=0:1;2 при ; к=0:1:2:3 при Ктг.=5; к^О: 1:2:3:4 при

С1-» __^_

* &-к)Цп-(ж-к)) I

Составить и вычислить определители Д®~' порядка %-к

Определить ранг г матрицы ЦлД и количество

независимых мокду собой параметров Кп в системе п величин г- К„ где * = 0:1:2:3:4

Определить количество неравных нулю определителей Д®"' порядка - «д.-.

Определить количество независимых безразмерных критериев подобия для рассматриваемой системы п величин

Кщ=* п- Кр, *

Определить количество видов представления (форм записи) КП] критериев подобия

Составить и вычислить определители О, порядка К?* g -к, составленные из степеней первичных единиц измерения в размерности независимых параметров Кр, для всех форм записи Ри критериев подобия

Составить н вычислить определители Ош полученные ю £>„ посредством замены строки соответствующей независимому параметру

на строку из степеней размерностей

зависимого параметра ,...)/5и *

Определить показатели степени независимых параметров Кр, у-м критерии подобия во всех формах записи /■;?

X, = ——, где с КР„, ..., и

А.

•1.2.

. Кп

Составить Кщ критериев подобия во всех формах записи /-л

Рк

Я,=-

р*1 р'*н Гх —Г к

п-Рк:

ж

Вывод на печать Кщ критериев подобия во всех формах записи

(¿Г)

Рис. 1 - Блок-схема алгоритма вывода критериев подобия.

Для подобных кормоуборочных агрегатов или нагрузочных режимов их работы из свойства равенства численных значений одноименных критериев (IJj = idem) можно записать следующие соотношения:

Пщ _ j. Пгм __ П^м _ j

или

П„ _ |. Лгт _ j. ПУГ _ ^

(7)

Я,о П20 Пъо Пхп П1п Пгп

где м - индекс при критериях подобия относящихся к кормоуборочному агрегату, принятому за «модель»; о - индекс при критериях подобия, относящихся к подобному «модели» агрегату, принятому за «оригинал»; т- индекс при текущих параметрах кор-моуборочного агрегата, замеренных в полевых условиях при текущем нагрузочном режиме его работы; я - индекс при параметрах агрегата, характеризующих предельный нагрузочный режим его функционирования.

При переходе к физическим параметрам агрегата соотношения (7) преобразовываются в следующие выражения: £

D<o=D,U*JT-

v = N X (pS")o x

a>o*D,o

®л/x )

N.

Яо=ЯмХ

N,

прывМ

* DHU

\2

«О X A,0

(8)

или

Ngpun ~ x

(ps.)n

(pSJr

a.

•л x Чя

©rxZ),r

Л',

ярибД

npu*T

Д.1

Д

•я У

(9)

Теория подобия трактует выражения (8) и (9) как закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов (подобия исследуемого процесса), которые являются расчетными моделями определения предельной величины пропускной способности подобных кормоуборочных агрегатов. При этом используются экспериментальные данные испытания одного агрегата из типоразмерного ряда машин, условно принятого за "модель" при одном текущем нагрузочном режиме его работы и обеспечивается учет мощностных возможностей силовой установки агрегата.

Потенциальные мощностные возможности, реализуемые на привод и работу рабочих органов Nmti численные значения которых используются для практических расчетов по закономерностям (8) или (9), оцениваются составлением мощностного баланса силовой установки агрегата в скоростном диапазоне работы сельскохозяйственной машины. Основной режим работы кормоуборочного агрегата на подборе валков - установившееся движение при полной подаче топлива на любой из передач р трансмиссии трактора. Для оценки составляющих мощностного баланса определены силы, действующие в тягово-приводном кормоуборочном агрегате при выполнении операции технологического процесса заготовки силоса из провяленных трав (рис. 2).

Потенциальные мощностные возможности, которые могут быть реализованы через ВОМ трактора на привод и работу рабочих органов тягово-приводного кормо-

уборочного агрегата при загрузке двигателя соответствующей устойчивому протеканию технологического процесса оцениваются по формуле:

^прич ~~ Цвом^^прив вом^Хэз^^ном ^^тр.агр) •> 0

где г]еом - к.п.д трансмиссии ВОМ трактора, характеризующий потери эффективной мощности двигателя при ее передаче на ВОМ; %„ - коэффициент эксплуатационной загрузки тракторного двигателя, характеризующийся резервированием части эффективной мощности на преодоление пиковых сил сопротивления; NeH0M - номинальная мощность, развиваемая двигателем трактора, кВт. Ne^pazp - доля эффективной мощности двигателя, затрачиваемая на перемещение агрегата по полю, кВт; Nep„pm - доля эффективной мощности двигателя, реализуемая через ВОМ трактора на привод и работу рабочих органах кормоуборочного агрегата, кВт.

■flife^x

VX

• «ыпрос хмаммАмю! >=К

слжчютктия) д

I ч•V■ л»,

Ne, кВт

i/ \«47

" " (V I Р- "■ •

Рис. 2 - Схема сил, действующих в тягово-приводном кормоуборочном агрегате на ровном горизонтальном участке поля

Мощностной баланс, согласно формуле (10) можно представить в виде графической модели (рис.3), показывающей изменение затрат эффективной мощности

двигателя трактора по отдельным энер-

гопоглащающим составляющим физического процесса работы агрегата. Анализ графической модели показывает, что мощностные возможности двигателя, рештизуемые на привод и работу рабочих органов М„рт снижаются при увеличении скорости движения, так как затраты мощности, расходуемой на переме-

щение Me

агрегата возрастают.

Рис. 3 - Мощностной баланс кормоуборочного агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 при загрузке двигателя соответствующей устойчивому протеканию технологического процесса (фон - стерня многолетних бобовых трав, буксование S =4 %)

Данное ограничение учитывалось при сопоставлении требуемых и потенциальных мощностных возможностей силовой установки кормоуборочного агрегата, определении значения предельной

величины пропускной способности агрегата и обоснования скоростного режима работы сельскохозяйственной машины.

Эффективное использование кормоуборочного агрегата зависит от организации работы не только его самого, но и от согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса, комплектование и использование которого предлагается осуществлять с учетом условий:

1 Условие обеспечения максимальной пропускной способности кормоуборочного агрегата при выполнении технологической операции

W™ V хМ,

te" <»>

где Уагр - скорость движения агрегата, ограниченная мощностными возможностями силовой установки (см. рис.3), км/ч; М, - линейная плотность валка растительного материала, подбираемого кормоуборочным агрегатом, которую необходимо обеспечить звену кошения и формирования валка технологического комплекса независимо от урожайности кормовой культуры, кг/м.

2 Условие поддержания производительности кормоуборочного агрегата при работе взаимодействующих машин в составе технологического комплекса

К"* хУрХкф ~ W™ = 3,6кЧт * w;r - Кхр, (12)

где W^* - производительность за час основного (чистого) времени

работы технических средств соответственно звена кошения и формирования валка, транспортного звена, звена закладки измельченной растительной массы на хранение, га/ч, т/ч; Ур - урожайность кормовой культуры, т/га; knp - коэффициент снижения массы скошенного растительного материала в связи с его провяливанием до необходимой влажности; t„p - время провяливания растительного материала, зависящее от погодных условий в период заготовки кормов и исходной влажности травостоя, ч.

Количество технических средств в составе звеньев технологического комплекса определяется исходя из условия (12) с учетом «жесткой» связи с основной машиной, которой является кормоуборочный агрегат:

Звено кошения и Формирования Транспортное звено Звено закладки массы на

валка Ух+У и хранение

ы (КР 'у т/ +SmP' Кгр ' К) ■W-.. wKA

fKtn*y,XKJ --¡pr--РГк ' W* ' { '

"■«(') P "P "V«(l) S гр ч«(1)

где W^ííip^efi) - производительность одного технического средства за час

основного (чистого) времени работы соответственно звена кошения и формирования валка, транспортного звена, звена закладки растительной массы на хранение, га/ч, т/ч;

- грузоподъемность транспортного средства, т; Kv - коэффициент использования грузоподъемности транспортного средства; RmP - расстояние транспортировки, км; Ур, Ух - скорость движения транспортного средства с грузом и без груза, км/ч; К- коэффициент, характеризующий затраты времени на 1 т груза, связанный с погрузо-разгрузочными операциями.

Марочный состав звеньев технологического комплекса уточняется (оптимизируется) на основании технико-экономических расчетов т.е.:

Звено кошения и формирования Транспортное звено Звено закладки массы на

валка хранение

шш С>у?>-> тт (14)

где - величина удельных затрат работы машин звена кошения и формиро-

вания валка (при формировании валка линейной плотностью Мв (из условия (II)), руб/га; С'уд^пр) - величина удельных затрат работы транспортных средств, обслуживающих кормоуборочный агрегат, руб/т; - величина удельных затрат работы технических средств звена закладки растительного материала на хранение, руб/т.

Поддержание производительности кормоуборочного агрегата в составе технологического комплекса требует соответствия его технических возможностей земельному ресурсу сельхозтоваропроизводителя. Поэтому, к формированию технического ресурса предлагается подходить с позиций экономического критерия - изменения удельных затрат производства единицы сельхозпродукции от размеров обслуживаемого земельного ресурса и принципа выигрыша в себестоимости при различных вариантах технического оснащения технологического процесса производства сельскохозяйственной продукции. Для этого разрабатывается для каждого технологического комплекса технико-экономическая характеристика его использования в координатах себестоимость производства единицы сельскохозяйственной продукции (С) - величина обслуживаемого земельного ресурса (5), с целью нахождения на полученной графической модели минимальной величины удельных затрат и соответствующее им значение обслуживаемой площади или через урожайность кормовой культуры объема заготовленного корма (рис.4).

С Я? 5 е" 5*"г5,га -МЯ

(^„""-себестоимость заготовки одной кормовой единицы в тонне кормов при обслуживании площади землеиспользования сельхозтоваропроизводителя /-м технологическим комплексом, руб/ к.е.т (руб/т); СУ'нвеличипа удельных затрат, достигнутых в момент наступления времени окончания агросрока, руб/ к.е.т (руб/г); - минимальное значение величины удельных затрат, характеризующее оптимальные параметры работа /-го технологического комплекса, руб/ к.е.т (руб/т); величина удельных зазрат при обслуживании земельного ресурса, необработанного в рамках агросрока, руб/к.е.т (руб/г); С»тс - Цена услуги сервисного предприятия, руб/ к.е.т (рубЛг); величина площади землеиспользования сельхозтоваропроизводителя, обслуженная по окончании агросрока, га; Si/°' - величина общей площади землеиспользования сельхозтоваропроизводителя, га; ±¿15 - величина площади, не обслуженная за время агросрока или величина площади, которая могла бы быть дополнительно обслуженная за агросрок, га.

Рис. 4 - Схема, иллюстрирующая принцип технического оснащения технологического процесса производства сельскохозяйственной продукции в рыночных условиях.

Имея оценочные характеристики использования технологических комплексов, сопоставляется величина земельного ресурса сельхозтоваропроизводителя с воз-

можностями машин в рамках агротехнических сроков. Выявляется величина (доля) JS земельного ресурса, которую не может эффективно обработать подобранный по минимуму себестоимости имеющийся состав технологических комплексов. Создается ситуация: покупать еще один технологический комплекс, который может бьггь не загружен до величины минимального значения его удельных затрат, или обратиться к сервисному формированию за услугой обработать земельный ресурс величиной AS, если цена его услуги будет меньше, чем себестоимость продукции при покупке и использовании собственной дополнительной техники.

В третьем разделе "Методика экспериментальных исследований" описаны программа и объекты исследований, общая и частные методики экспериментальных исследований, обработки опытных данных, применяемая измерительная аппаратура и оборудование.

В качестве объектов исследований приняты современные кормоуборочные агрегаты на базе прицепных комбайнов модельного ряда FCT фирмы JF-STOLL - MT3-1523 + FCT-1050 и К-3180 ATM + FCT-1350.

Общей методикой экспериментальных исследований предусматривается проведение стендовых испытаний и двухмодельных полевых экспериментов, хронографии рабочей смены и производственной проверки теоретических предпосылок.

В методике двухмодельных полевых экспериментов определены план и порядок проведения опытов для получения и обработки экспериментальных данных в критериальной форме. Планирование экспериментов осуществлено для двухфакгорной раздельной зависимости Я/ =/№; Пз) для чего задавались дискретно и фиксировались для каждой серии опытов значения одного фактора - критерия подобия П3 и находились значения другого критерия Я/ в зависимости от изменения только одного критерия Я^. Нагрузочный режим работы кормоуборочного агрегата воспроизводился различной скоростью его движения при подборе валка фиксированной линейной плотности. Двухмодельные полевые исследования проведены на уборке многолетних бобовых трав (клевер луговой) влажностью 60-70 %, многолетних злаковых трав (тимофеевка луговая) влажностью 5565%, однолетних бобовых трав (люцерна луговская 67) влажностью 70-80%.

Для определения мощностных показателей трактора при работе кормоуборочного агрегата показан порядок замера и оценки мощности двигателя, реализуемой на привод и работу рабочих органов агрегата, с использованием мощносгного баланса и виброакустического метода. Для чего проводились стендовые испытания тракторов на тормозной установке согласно ГОСТ 30747-2001 'Тракторы сельскохозяйственные. Определение показателей при испытаниях через вал отбора мощности", при которых одновременно со снятием регуляторной характеристики дизеля n=f(Ne) строились тарировочные характеристики зависимости параметров вибрации, формируемой рабочим процессом в цилиндрах от реализуемой двигателем эффективной мощности для преодоления нагрузки на коленчатом валу.

Для сравнения реализации пропускной способности кормоуборочных агрегатов, характеризующей возможности их производительности в условиях эксплуатации, разработана методика хронографии рабочей смены и производственной проверки теоретических предпосылок, где описан порядок организации постов наблюдения, регистрации режимов работы и оценки показателей использования кормоуборочных машин и параметров их взаимодействия с учетом передачи продукции от звена к звену технологического комплекса при выполнении технологического процесса.

Контрольно-измерительная аппаратура выбрана с учетом поставленных задач и включает: испытательный стенд DYNAS LI 350 "HORIBA", виброанализатор СД-21, вибропреобразователи АР28, оптический датчик оборотов ФД-2, секундомеры СОСпр-26, динамометр ДПУ - 0,02 - 2, дальномер лазерный, измеритель влажности зеленой массы WILE - 25, оптический нивелир AT-20D, весы автомобильные, ПЭВМ, цифровой фотоаппарат, вешки и другое вспомогательное оборудование и аппаратура.

Анализ и визуализация виброизмерительной информации проводилась на ПЭВМ в пакете программ "DREAM for Windows". Учитывая вероятностный характер опытных данных, производилась их обработка методами математической статистики с использованием приложения StatPlus 2009. При определении вида критериального уравнения, выражающего эмпирическую зависимость между определяющими процесс работы агрегата параметрами через критерии подобия, использован графоаналитический метод с привлечением основ номографии, графических и расчетных возможностей приложения Excel Microsoft Office.

Наблюдения, полевые эксперименты и производственная проверка проводилась в сельскохозяйственных предприятиях ОАО "Вересо" Гатчинского района и ОАО "Ост-роговицы" Волосовского района Ленинградской области. Стендовые испытания и тарировка виброизмерительной аппаратуры проводились на Испытательной станции ПО "Минский тракторный завод" г. Минск.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований и приведен их анализ.

Анализ амплитудно-частотной характеристики вибрации, регистрируемой виброаппаратурой при проведении стендовых испытаний, показал, что основная информация о протекании рабочего процесса в цилиндрах двигателя, от которого зависит реализуемая мощность, содержится в частотном диапазоне 2-6 кГц на такте рабочего хода рабочего цикла двигателя. Построены тарировочные графики зависимости максимальной амплихуды виброускорения JZx от реализуемой двигателем эффективной мощности Ne для преодоления нагрузки на коленчатом валу (рис. 5).

Тарировочные зависимости апрокси-мируются линейными уравнениями связи: - двигатель Д-260.1

МК»

Jr" i

i

1 -0,01 к' • 0,8? .179 |

j

j

^ = 0,017x^ + 5,182 (15)

коэффициент детерминации Я2= 0,96 - двигатель Д-260.9

<С = 0,018x^ + 5,179 (16)

коэффициент детерминации Д2 = 0,97

Виброакустический метод оценки мощностиых параметров двигателя по-Рис.5-Тарировочная зависимость максимальной зволяех учесть общее техническое со-амплигуды виброускорения /С» (м/с2) от реали- стояние объектов исследований при по-зуемой двигателем Д-260.9 трактора К-3180 АТМ левых экспериментах, эффективной мощности Ые (кВт) для преодоления На рИсунке 6 показано изменение нагрузки на коленчатом валу

120.0

максимальной амплитуды вибрации при различной нагрузке в измельчающем аппарате кормоуборочного агрегата.

А", м/с1 33 Л", м/с1

а) 'Ха б)

а)п*=2196 об/мин (36,61 Гц),М. = 14,13 кг/м, К», -4,94 км/ч, (р5„) =48,51 кг/м/, = 6,74 м/сг./= 2608 Гц;

б) п^2124 об/мня (35,41 Гц), Л/. = 14,13 кг/м, К^ = 6,94 км/ч, (/З^.) = 70,40 кг/м/, - 7,17 м/с2, f= 2672 Гц.

Рис. 6 - Изменение максимальной амплитуды вибрации (м/с2), в спектре частот 2-6 кГц, регистрируемой с болта крепления головки блока цилиндров двигателя Д-260.9 при различной нагрузке

(р5„) (кг/м) в измельчающем аппарате кормоуборочного агрегата К-3180АТМ + РСТ-1350 при Ьр = 15 мм и числа рядов ножей 2=6 на уборке однолетних бобовых трав.

Мощность двигателя, отбираемая через ВОМ трактора на привод и работу рабочих органов кормоуборочного агрегата определена при помощи мощностного баланса агрегата и полученных тарировочных зависимостей (15) и (16), путем замера и оценки разницы между мощностью двигателя агрегата, реализуемой на все энергопоглащаю-щие процессы при выполнении рабочей операции и мощностью, реализуемой на перемещение агрегата без выполнения рабочей операции.

По полученным данным двухмодельного полевого эксперимента построены графики зависимости мощности силовой установки, отбираемой на привод и работу рабочих органов каждого из агрегатов: от реализуемой пропускной способности (рис. 7); от нагрузки на рабочих органах (рис. 8) при различной длине резки растительного материала, числа рядов ножей измельчающего барабана и вида убираемой кормовой культуры.

кВт

У = ■0,0*4)? +4.813] -o.se (.8,765

а)

*лрив<

кВт

г

У V" -0.037Х2 + 4,16 4х-7,1! !5

И1 = 0.97

б)

30

ч.

кг/с

а) К-3180АТМ + РСТ-1350 при 1Р = 15 мм и 2=6; б) МТЭ-1523 + РСТ-105и при 1Р = 16,5 мм иг=6

Рис. 7 - Зависимости мощности силовой установки, отбираемой на привод и работу рабочих органов кормоуборочных агрегатов от реализуемой пропускной способности рабочих органов при уборке однолетних бобовых трав

N«V[¿г-*'

О 10 20 30 ч 50 60 70 (в., О 20 40 _ 60 80

а) стм О) кгЛ.

а) К-3180АТМ + РСТ-1350 при Ц = 15 мм и 2=6; 6) МТЭ-1523 + РСГ-1050 при 1{ = 16,5 мм иг=6

Рис. 8 - Зависимости мощности силовой установки, отбираемой на привод и работу рабочих органов кормоуборочных агрегатов от нагрузки на них при уборке однолетних бобовых трав.

Так как сходственные функции отличаются только численными значениями аргументов (коэффициентов регрессии), то полученные зависимости, представленные на рисунках 7 и 8 для исследуемых кормоуборочных агрегатов сходственны (аналогичны), что позволяет перейти к важнейшему признаку подобия, сходственности математического описания процесса работы агрегата, обеспечивающему строгий пересчет данных «модели» в данные «оригинала» или нагрузочных режимов работы агрегата.

Математическое описание процесса работы кормоуборочного агрегата в виде критериального уравнения для обоих исследуемых агрегатов определено при помощи 1ра-фоаналитического метода, для чего по данным двухмодельного полевого эксперимента, представленного в критериальной форме, строились семейства кривых в равномерных

Рис. 9 - Семейства кривых по критерию Пз с применением равномерных и логарифмических шкал по данным полевых исследований работы кормоуборочного агрегата К-3180 АТМ+РСТ-1350 Анализ кривых показал, что для исследуемых агрегатов одного конструктивного исполнения рабочих органов математическое описание процесса их работы описывается кривыми одинаковой формы, т.е. сходственно и представляется степенной зависимостью:

П, = ахЩхЩ (17)

Значения степеней т=\ п=\ зависимости (17) определены по графикам, путем оценки тангенса угла наклона кривых.

Величина коэффициента а критериального уравнения (17) определена для ряда

значений опытных данных и составила для обоих исследуемых агрегатов:

- при стандартной комплектации, когда число рядов ножей по окружности измельчающего барабана равно шести, т.е. г=6 - а = 0,9554;

- при каждом втором снятом ряде ножей, т.е. г=3 - а = 0,4777

п,

0,09 0,09 0,07

о,м 0.09 0,04 0,03 0.02 0,01

У

кг» л*« /

г/

у » 0,03 к'-о. 28*

98 /

У у-о.с 16Эх 0,99

/

/ ^ а, ■«Д.77; щ яг*

/

0,1000

0,01 оо

а,

Рис. 10 - Семейства кривых по критерию Пз с применением равномерных и логарифмических шкал по данным полевых исследований работы кормоуборочного агрегата МТЗ-1523 + РСТ-1050

Тогда при переходе к определяющим процесс работы кормоуборочного агрегата параметрам критериальное уравнение (17) примет вид: - при 2=6

- при г=3

Ч«гЦ

ЛГ

дю

= 0,9554 х(

(РЯ>Ч3

N..

А

- = 0,4777 х(

(рЯ>Ч3

N..

А

)

(18)

(19)

* при« ц

Адекватность критериального уравнения (18) и (19) процессу работы кормоуборочного агрегата проверено при помощи критерия Фишера. Так для нагрузочных режимов работы кормоуборочного агрегата К-3180 АТМ + ГСТ-1350 на уборке однолетних бобовых трав при £р=15 мм и г=6, расчетное значение критерия Фишера равно

РОП = 3,52, что меньше табличного значения 3,а=0-05) = 4,1, т.е. гипотезу об аде-

кватности критериального уравнения (18) процессу работы агрегата принимаем.

Равенство одноименных критериев подобия (77> =1йгт) кормоуборочных агрегатов или нагрузочных режимов их работы с ошибкой не более 5 % выполняется при условиях (однозначности), обеспечивающих единственность решения критериального уравнения (18) или (19), к которым относятся: пропорциональность геометрических размеров (5„л/ ~ ~ ^яд, А,л/ = А,м А,г = Очп), идентичность конструкции и работы (про-

цесса подачи и резания растительного материала) питающего и измельчающего аппаратов кормоуборочных агрегатов; одинаковая длина резки растительного материала (1рМ - Ьрт = Ьрп); одинаковое количество рядов ножей по окружности измельчающего барабана (г^ = г0,2г = -п)\ одинаковый вид и состояние убираемой кормовой культуры (рм~ро, Рт~Рл)-

Согласно третьей теоремы подобия - теоремы Кирпичева - Гухмана сходствен-ность функций, содержащихся в математическом описании, сходственность самого ма-ематического описания процесса работы исследуемых агрегатов и соблюдение ус-

ловий однозначности является необходимым и достаточным признаком подобия уборочных машин и нагрузочных режимов их функционирования, а, следовательно, выведенные аналитическим путем закономерности (8) и (9) можно использовать для практических расчетов.

Наблюдения за работой кормоуборочных агрегатов в условиях рядовой эксплуатации позволили определить: время загрузки транспортных средств разной грузовместимости; массу измельченного растительного материала в кузове транспортных средств; время взаимообусловленных простоев агрегатов и транспортных средств; время, затрачиваемое на совершение поворотов и переездов техники; время, затрачиваемое на устранение технических и технологических отказов и т.д. Данные наблюдений обработаны методами математической статистики, определены вероятностно-статистические характеристики, произведена оценка реализации пропускной способности рабочих органов кормоуборочных агрегатов и их производительность за час основного (чистого) и сменного времени (табл. 1).

Табл. 1 - Показатели работы кормоуборочных агрегатов на уборке различных кормовых культур в условиях рядовой эксплуатации

Кормо-уборочные Похзоагай работыкоркзубпротяьп агрегатов по результатам наблоденпа в усясэаж рядовой зкспвуатащш

Корневая культура' влажность Урожайность корковой культуры Линейная ПЛОТНОСТЬ подбираемого валка АС «г/м Коэффициент варнадан линейной плотности валка Скорость работы агрегата, У^.Ыч Реапюуемое значения текущей лрооусшой сяоссбносга Производительность за час основного времени И^. t/ч Коэффици-евгвеполь-эовашя времени смени f Проюводн-теяьвостьэа час сменного времена

МТС-1523 + FCT-1050 при 2,= 16,5 HMHZ=6 Многолетние бобовые /60-70% 26.52 7,69 М Мб 13,16 47,38 0,59 27,95

Многолетние злаковые / 55-65 % 14,71 4.27 Ш 7,«4 9,05 32.58 № 20.53

К-3180 АТМ + FCT-I350 прн^и мив^б Многолетние бобовые/ 60-70% 26,52 7,6 9 М ЫЗ 13,01 47,14 ass 27,34

Многолетние злаковые /55-65 % 14,71 4,27 W7 W5 8^4 29,67 0.64 18,99

Однолетние бобовые /70-804 47,1 14ДЗ 3,58 AJSA 19,39 69.80 0,6t 42,58

В пятом разделе "Эффективность использования результатов исследований" представлены данные производственной проверки (табл. 2), проведена технико-экономическая оценка (в ценах 2010 г) использования кормоуборочного агрегата при различной реализации пропускной способности рабочих органов (рис. 11).

Табл. 2 - Показатели работы кормоуборочного агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 при производственной проверке результатов исследований

Состав гормоубо-речного агрегата Убираемая кормовая культура/ влажность Потенц) корт ааяьные возможности уборочного агрегата Данные дроюводеденной проверки результатов ас следований

Предельная пропускная способность агрегата Коэффициент НС-пользования предельной вропускной способное» Максимальная цро-яуезяая соособ-ность агрегата, ¿"".кг/с Текущее значение пропускной CSO-собностя кг/с Реализация пропускной способности дУ оо сравнению с данными хронометр ахных наблюдений (табл. 2)1% Реализация пропускной способности 8% от 48 /в % от Производительность агрегата» чае основного времени Коэф- ент использования врем» нв смены т Прогово-дииль-ность агрегата за час сменного времена

К-3180 ATM ♦ FCT-1350 пря£р= 15 ычжг°6 Многолетии« бобовые / 60-70% 23,50 0,83 20,79 2*4 56^8 86,8/98.1 73,44 0.75 55.08

Многолетние яла-ксвые/55-65% 16.04 0.89 15.01 14.9 säe 92:8/99,2 5164 0.74 39,69

Однолетние бобовые /70-80 % 30.34 0.93 28.21 25,87 33.42 85.3/91,7 93,13 0,76 70,78

Основной экономический эффект достигается за счет более полного использования возможностей производительности кормоуборочных агрегатов, выраженных максимальной величиной пропускной способности рабочих органов для чего сравнивались данные работы кормоуборочных агрегатов в условиях рядовой эксплуатации (табл. 1)

и производственной проверки использования результатов исследований (табл. 2). Результаты расчета экономической эффективности отражены в выводах.

1 ?г = 0,39°"°; 2 ?г = 0,4$""; 3?г = 0,5?""*; 4 ?г = 0,6?"""; 5 цт** 0,7?"""; 6 ?г = 0,8?"""; 7 ?г = 0,9?™"; 8 ?г = ?""". 19,39 кг/с; =25,87 кг/с; Ж^=20,41 руб/т

Рис. 11 - Изменение себестоимости одной тонны измельченного растительного материала, получаемой при работе кормоуборочного агрегата К-3180 АТМ + РСТ-1350 в зависимости от различной величины реализации его пропускной способности (заготовка силоса из однолетних бобовых трав, длина резки ¿,,=15 мм, г = 0,76, Тагр = 25 дней, Гс„ = 10 ч)

Общие выводы и предложения

1 Процесс работы кормоуборочного агрегата изучен методами теории подобия и анализа размерностей, что позволило по разработанному алгоритму (рис.1) выявить взаимосвязь между параметрами исследуемого процесса в относительной безразмерной форме в виде критериев подобия (6). Выведены закономерности (8) и (9), позволяющие определить значение предельной величины пропускной способности подобных агрегатов на уборке различных кормовых культур с учетом, как конструктивных особенностей рабочих органов, так и мощностных параметров агрегата. Закономерности (8) и (9) пригодны в условиях ограниченных испытаний техники, так как для их практического использовании требуется получить экспериментальные данные работы только одного кормоуборочного агрегата из модельного ряда подобных машин при одном текущем нагрузочном режиме.

2 Спланирован и проведен двухмодельный полевой эксперимент исследования процесса работы кормоуборочных агрегатов в одинаковых условиях, по данным которого получено математическое описание процесса работы агрегата в виде критериального уравнения, которое для исследуемых машин сходственно и представляется степенными зависимостями (18) и (19). Подтверждена адекватность критериальных уравнений (18) и (19) процессу работы кормоуборочного агрегата. Найдены условия (однозначности), обеспечивающие равенство одноименных критериев подобия с ошибкой не более 5 %, при соблюдении которых, закономерности (8) и (9) можно использовать для практических расчетов предельной величины пропускной способности подобных кормоуборочных агрегатов.

3 Составлен мощностной баланс кормоуборочного агрегата и показано его изменение в зависимости от скорости движения сельскохозяйственной машины при выполнении рабочей операции (рис.3). Для кормоуборочного агрегата К-3180 АТМ + РСТ-1350 на уборке однолетних бобовых трав при Ьр= 15 мм и г=6 для реализации предельной пропускной способности рабочих органов, ограниченной максимально возможной нагрузкой (р5™ах) = 87,68 кг/м требуется АГ^'д =107,76 кВт, а потенциальные мощност-ные возможности двигателя, которые могут быть реализованы на привод и работу рабочих органов агрегата на второй пониженной передачи трансмиссии трактора равны №^„,„=99,68 кВт, в результате чего, из-за недостатка мощности двигателя, величина предельной пропускной способности рабочих органов, а, следовательно, и производи-

тельность агрегата ограничена его мощностными возможностями. Скоростной режим работы кормоуборочного агрегата в свою очередь ограничен 3,99 км/ч.

4 Сформулированы условия (11), (12) обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания соответствующей производительности кормоуборочного агрегата, позволяющие произвести рациональное комплектование технологических комплексов и согласовать работу взаимодействующих машин при выполнении операций заготовки кормов. Так при уборке на силос однолетних бобовых трав при Lp= 15 мм и z=6 величина предельной пропускной способности рабочих органов агрегата К-3180 ATM + FCT-1350, ограниченная мощностными возможностями двигателя, равна qn = 30,34 кг/с, максимальная пропускная способность, с которой агрегат может работать

без нарушения технологического процесса при у/ =0,93 = 3,58 %, Р(х) = 0,95), равна qmax = 28,21 кг/с. Для обеспечения «т""™ из условия (11) необходимо сформировать валок линейной плотностью М„ - 25,45 кг/м, что возможно при урожайности кормовой культуры Ур = 15 т/га при формировании валка с 16 м ширины участка поля, при Ур = 25 т/га -Юм,..., при Ур = 50 т/га -5 м, следовательно, звено кошения и формирования валка технологического комплекса должно быть трансформируемым, так же как и транспортное звено в зависимости от природно-производственных условий сельхозтоваропроизводителя.

5 Предложен принцип (рис.4) принятия сельхозтоваропроизводителем решения о техническом оснащении технологического процесса производства продукции в рыночных условиях с привлечением сервисного подрядного предприятия, ресурсы которого становятся компенсатором возможного несоответствия земельного, технического и трудового ресурсов сельхозтоваропроизводителя.

6 Проведены наблюдения и выполнен анализ данных работы кормоуборочных агрегатов на заготовке силоса из провяленных трав в условиях рядовой эксплуатации, который показал, что их технические возможности, выраженные предельной величиной пропускной способности рабочих органов, например для агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 (табл. 1 и табл. 2), реализуются лишь на 51 - 69 % в зависимости от вида убираемой кормовой культуры, качества земельного ресурса, практического опыта согласования работы взаимодействующих машин менеджментом сельхозпредприятия, а сама реализация носит неуправляемый характер.

7 Пригодность результатов исследований для практических расчетов технических возможностей кормоуборочных агрегатов, комплектования и организации их эффективной работы в составе технологических комплексов при выполнении операций процесса заготовки силоса из провяленных трав подтверждается производственной проверкой (табл. 2). Увеличение реализации пропускной способности рабочих органов агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 по сравнению с данными работы уборочных машин в условиях рядовой эксплуатации (табл. 1) при уборке на силос составило: многолетних бобовых трав -56,8 %; многолетних злаковых трав - 80,8 %; однолетних бобовых трав -33,42 %.

8 Основной экономический эффект от использования результатов исследований на практике по сравнению с данными работы машин в условиях рядовой эксплуатации для кормоуборочного агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 при уборке на силос составляет: многолетних бобовых трав - 43,77 руб/т, многолетних злаковых трав - 84,48 руб/т, однолетних бобовых трав - 20,41 руб/т. При объеме заготовки силоса 10000 т экономический эффект соответственно составит: из многолетних бобовых трав - 437700 руб, из многолетних злаковых трав - 844800 руб, из однолетних бобовых трав - 204100 руб

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М., Мотовило В.А. Повышение эффективности использования технологического комплекса на заготовке кормов из трав в ОАО «Верево» [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев, В.А. Мотовило // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. /ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - СПб., 2007. - Вып. 80. -С.56-66. - ISSN 0131-5226.

2 Серзин И.Ф. К вопросу оценки мощностных показателей автотракторных двигателей виброакустическим методом при установке преобразователя на шпильку крепления головки блока [Текст] //Вклад молодых ученых в развитие науки: Сборник материалов III научно-практической конференции - Великие Луки: РИО ВГСХА, 2008.- С. 216-220.

3 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Метод определения параметров кормоуборочных агрегатов с помощью теории подобия [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2009. - №10. - С.36-37.

4 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Определение пропускной способности кормоубо-рочного агрегата с использованием основных принципов теория подобия [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Минск., 2009. - Т.З - С.35-40.

5 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Моделирование работы кормоуборочного агрегата [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №8. - С.12-14.

6 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Определение мощностных показателей трактора в тягово-приводном агрегате [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2010. - №5. - С.21-23.

7 Серзин И.Ф. Оценка мощностных показателей трактора в тягово-приводном кормоуборочном агрегате при определении его пропускной способности [Текст] // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2010. - С.228-232.

8 Арсеньев Г.М., Серзин И.Ф. Эффективность взаимодействия товаропроизводителя и сервисного предприятия [Текст] / Г.М. Арсеньев, И.Ф. Серзин // Сельский механизатор. -2010. -№12. -С. 12- 13.

9 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Энергетический баланс кормоуборочного агрегата [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. /ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - СПб., 2010. - Вып. 82. - С.24-36.

10 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Пропускная способность кормоуборочного агрегата и математические модели ее определения [Текст] / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2011. - №4. - С.36-38.

11 Серзин И.Ф. Вывод критериев подобия работы кормоуборочных агрегатов [Текст] // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2011. - С.357 - 361.

12 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Алгоритм определения безразмерных критериев подобия кормоуборочных комбайнов при их эксплуатации в технологическом процессе заготовки кормов из трав. ОФАП. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №11646 от 20 октября 2008 г.

13 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Алгоритм определения рационального марочного и количественного состава технологического комплекса на заготовке растительного продукта- силоса из провяленной травы. ОФАП. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №11647 от 20 октября 2008 г.

14 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М., Тихомиров Н.С. Алгоритм технико-экономической оценки и выбора кормоуборочных технологических комплексов сельскохозяйственным товаропроизводителем и обоснования доли участия предприятий инженерно-технологического обеспечения при производстве сельскохозяйственной продукции. ОФЭРНиО. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №14208 от 2 сентября

2009 г.

15 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Автоматизированная система расчета технологических комплексов и параметров их эффективного использования на базе электронных таблиц «Excel». ОФЭРНиО. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №16158 от 6 сентября 2010 г.

16 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Методология формирования сервисных предприятий по производственному обслуживанию сельхозтоваропроизводителей. ОФЭРНиО. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №16359 от 8 ноября 2010 г.

17 Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Методика технико-экономического обоснования выбора и расчета необходимого количества транспортных средств на заготовке кормов. ОФЭРНиО. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №16358 от 8 ноября

2010 г.

Подписано к печати 8 июня 2011 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ №131 Отпечатано в типографии ГНУ СЗНИИМЭСХ Санкт-Петербург-Павловск, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д.З

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ, ОБОЗНАЧЕНИЙ

И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Интенсификация кормопроизводства в Северо-Западном регионе Российской Федерации.

1.2 Производительность и пропускная способность кормоуборочного агрегата.

1.3 Применение теории подобия и анализа размерностей в исследованиях сельскохозяйственных машин.

1.4 Краткие выводы. Цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОРМОУБОРОЧНОГО АГРЕГАТА. 43*

2.1 Расчетная модель зависимости пропускной способности питающе-измельчающего аппарата от конструктивных и мощностных параметров кормоуборочного агрегата.

2.1.1 Параметры кормоуборочного агрегата, определяющие процесс его работы.

2.1.2 Определение безразмерных критериев подобия работы кормоуборочных агрегатов.

2.1.3 Закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов.

2.2 Анализ динамики и мощностной баланс тягово-приводного кормоуборочного агрегата.

2.3 Рациональное комплектование и эффективное использование технологического комплекса.

2.3.1 Условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания производительности кормоуборочного агрегата.

2.3.2 Технико-экономическое обоснование комплектования взаимодействующих звеньев технологического комплекса.

2.4 Техническое оснащение технологического процесса заготовки кормов в условиях рынка. i 3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

I 3.1 Общая методика и программа исследований.

I 3.2 Средства проведения-исследований.

J 3.2.1 Объекты исследований.

3.2.2 Аппаратура и приборы, применяемые при исследовании.

3.2.3 Стендовые испытания и тарировка виброизмерительной аппаратуры.

3.3 Методика проведения двухмодельного полевого эксперимента.

3.4 Методика хронографии рабочей смены и производственной

I проверки теоретических предпосылок. г 3.5 Оценка погрешности измерений и обработка опытных данных методами математической статистики.

I 3.5.1 Методика оценки погрешностей измерения.

3.5.2 Методика статистической обработки экспериментальных данных.

3.6 Методика проверки математических моделей на адекватность.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Результаты полевых исследований работы кормоуборочных агрегатов.

4.1.1 Мощностные показатели трактора в тягово-приводном кормоуборочном i агрегате при различной реализации пропускной способности и нагрузке на рабочих органах агрегата.

4.1.2 Математическое описание процесса работы кормоуборочного агрегата в критериальной форме.

4.1.3 Условия однозначности, обеспечивающие равенство одноименных

I критериев подобия кормоуборочных агрегатов и нагрузочных режимов их работы.

4.2 Определение предельной величины пропускной способности

J кормоуборочного агрегата на уборке различных кормовых культур.

4.3 Результаты наблюдений за работой кормоуборочных агрегатов в условиях рядовой эксплуатации.

5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Производственная проверка результатов исследований.

5.2 Технико-экономическая оценка использования кормоуборочных агрегатов и расчет экономической эффективности внедрения результатов исследований.

Молочное животноводство является важной, структурообразующей отраслью агропромышленного комплекса Северо-Западного региона Российской Федерации [25, 44, 45, 59,.82, 109].

В настоящее время в большинстве хозяйств Ленинградской области высокий уровень продуктивности молочного стада, не определяется качеством объемных кормов из трав, а определяется неоправданно значительным процентом в структуре рациона* закупаемых концентрированных кормов. К финансовым потерям от недополученного молока из-за снижения качества корма приводит значительная доля силоса, заготавливаемого в неоптимальные сроки, достигающая в некоторых хозяйствах Ленинградской области 20-53 % от общего объема заготовки [25, 108, 109].

С такой важной задачей, как заготовка кормов в оптимальные агротехнические сроки с минимальной себестоимостью, можно справиться, используя высокопроизводительную технику, соответствующую земельному ресурсу сельскохоз-товаропроизводителя. На сегодня технический ресурс на основе старой техники иссяк. Сокращается трудовой ресурс на селе. Сельхозтоваропроизводитель вынужден закупать дорогостоящие высокопроизводительные машины, представленные на рынке в большом ассортименте [94]. Так для заготовки силоса из провяленных трав, предлагается более 10 марок кормоуборочных комбайнов и агрегатов, каждая из которых имеет до 5 и более модификаций, более 10 марок косилок с модификациями различной ширины захвата, большое разнообразие транспортных тракторных и автомобильных агрегатов. В связи с этим рациональный выбор сельхозтоваропроизводителем технических средств для обеспечения технологического процесса заготовки кормов и организация их эффективного использования в условиях, когда недостаточно современной методической и рекомендательной базы, а фирмы производители сельскохозяйственной техники и их дилеры ограничиваются лишь данными рекламного характера и краткой технической характеристики машин является значимой проблемой [39, 47, 82, 94].

Параметры импортной техники и ее количество модификаций в модельном ряду определялись потребностью фермерских хозяйств с различными размерами земельного ресурса. Эффективное использование современной высокопроизводительной техники в развитых странах Евросоюза и Северной Америки в условиях земельного ресурса небольших фермерских хозяйств обеспечивается созданием подрядных структур, обслуживающих объединение фермеров [39, 122, 129].

В-условиях России, где преобладают сельскохозяйственные предприятия с достаточно большими размерами землеиспользования [44, 111], необходимо подходить к развитию и выбору технического ресурса с позиций экономического критерия - изменения удельных затрат от объема производимой продукции и принципа выигрыша себестоимости при различных вариантах технического оснащения, обеспечивающего оптимальное взаимодействие ресурсов сельскохозяйственного товаропроизводителя [58, 70]. При использовании этого принципа в конкретном отдельном сельскохозяйственном предприятии в ряде случаев, появляется величина площади сельскохозяйственных угодий, которую не целесообразно обрабатывать за счет покупки хозяйством дополнительных технических средств. В этом случае необходимо рассматривать возможность привлечения услуг сервисных подрядных структур инженерно-технической инфраструктуры АПК, их технологических комплексов [10].

Эффективность использования взаимодействующих машин в составе технологических комплексов определяют величины производительности кормоубороч-ной техники, являющиеся основными первичными данными для математического, технико-экономического моделирования решения многовариантной задачи по оптимизации МТП и рационального выбора технических средств и их комплексов.

Производительность, являясь универсальным показателем использования кормоуборочного агрегата, испытывает на себе влияние эксплуатационных факторов процесса (потерь времени смены), поэтому следует обратиться к другому значимому параметру, выражающему возможности производительности кормо-уборочных машин - пропускной способности, предельная величина которой зависит от конструктивных особенностей и мощностных возможностей машин, вида убираемой кормовой культуры, и практически не зависит от эксплуатационных условий [51, 98, 104].

Известным математическим моделям нахождения пропускной способности кормоуборочного агрегата присущ один общий недостаток — отсутствие в их выражениях такого важного показателя, как мощность силовой^ установки кормоуборочного агрегата, поэтому у этих моделей существуют границы применения [66,98, 104].

Определить величину пропускной способности для каждого кормоуборочного агрегата с учетом мощности силовой установки, реализуемой на привод и работу рабочих органов на уборке различных кормовых культур можно путем испытаний машин на зональных машиноиспытательных станциях (МИС), однако из-за отсутствия соответствующей программы на законодательном уровне провести полномасштабные испытания всей техники представленной на рынке практически невозможно [76, 77, 94, 98].

Без оценки величины мощности силовой установки, отбираемой на привод и работу рабочих органов трудно обоснованно составить кормоуборочный агрегат, оценить возможности и организовать эффективное его использование. Поэтому разработка математической модели определения пропускной способности кормоуборочного агрегата основанной на надежном способе моделирования, пригодного в отсутствии полномасштабных испытаний сельскохозяйственной техники, является актуальной проблемой.

Выход из этой ситуации можно найти при моделировании процесса работы кормоуборочного агрегата с использованием принципов теории подобия и анализа размерностей, основанных на замерах величин процесса работы одного агрегата и распространения полученных результатов на модельный ряд подобных машин одного конструктивного исполнения [23, 36, 57, 98, 99].

Таким образом, установленная актуальность и значимость совершенствования методов определения пропускной способности — основы производительности кормоуборочных агрегатов с применением теории подобия и анализа размерностей и методов эффективного использования машин на заготовке кормов определяет объект, предмет и цель исследований диссертационной работы.

Цель исследований. Обеспечение максимальной пропускной способности кормоуборочного агрегата путем согласования работы взаимодействующих машин в составе технологического комплекса при выполнении операций заготовки силоса из провяленных трав.

Объект исследований. Кормоуборочные агрегаты МТЗ-1523 + РСТ-1050 и К-3180 АТМ + РСТ-1350.

Предмет исследований. Определение технических возможностей кормоубо-рочных агрегатов, выраженных предельной величиной пропускной способности рабочих органов и выявление их количественной взаимосвязи с технико-экономическими показателями работы агрегатов на уборке различных кормовых культур.

Научная новизна работы. Физический процесс работы кормоуборочного агрегата изучен методами теории подобия и анализа размерностей, что позволило вывести критерии подобия и установить закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов и нагрузочных режимов их функционирования, позволяющих определить величину предельной пропускной способности агрегата, с учетом, как конструктивных особенностей рабочих органов, так и мощностных возможностей двигателя агрегата. Получены критериальные уравнения процесса работы кормоуборочного агрегата и условия (однозначности), обеспечивающие единственность их решения, что позволяет выделить подобные кормоуборочные агрегаты или нагрузочные режимы их работы из множества аналогичных. Сформулированы условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания производительности кормоуборочного агрегата, позволяющие произвести рациональное комплектование технологических комплексов и согласовать работу взаимодействующих машин при выполнении операций технологического процесса заготовки кормов. Разработана схема принятия сельхозтоваропроизводителем решения о техническом оснащении технологического процесса заготовки кормов в условиях рынка с привлечением сервисной подрядной организации, ресурсы которой выступают в качестве компенсатора возможного несоответствия земельного технического и трудового ресурсов сельхозтоваропроизводителя. Для оценки изменения мощности, затрачиваемой на привод и работу рабочих органов кормоуборочного агрегата в зависимости от нагрузки на них разработан и использован при проведении экспериментальных исследований-совместно с мощностным балансом агрегата виброакустический метод замеров мощностных показателей двигателя.

Основные положения, выносимые на защиту:

- критерии подобия кормоуборочных агрегатов и алгоритм их определения;

- закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов и нагрузочных режимов их функционирования;

- результаты анализа динамики и мощностного баланса тягово-приводного кормоуборочного агрегата в зависимости от скорости его движения;

- методика замеров тягово-мощностных показателей сельскохозяйственного агрегата в полевых условиях с использованием виброакустического метода и мощностного баланса агрегата;

- результаты экспериментальных исследований работы кормоуборочных агрегатов;

- условия обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания соответствующей производительности кормоуборочного агрегата при его работе в составе технологического комплекса и принцип технического оснащения технологического процесса заготовки кормов в условиях рынка;

- технико-экономические показатели использования кормоуборочных агрегатов в зависимости от реализации пропускной способности в процессе эксплуатации.

Методологические основы исследований опираются на основные принципы теории подобия и анализа размерностей, механико-математических методов (анализа и синтеза теоретической и прикладной механики на базе физического и расчетного моделирования), проведения хронографии рабочего времени, планирования двухмодельного эксперимента и проведение его в полевых условиях, методов применения принципов тяговой динамики при исследовании тягово-приводного агрегата, обработки экспериментальных данных статистическими и графоаналитическим методами, метода экономического анализа выигрыша себестоимости при различных показателях использования машин и вариантах технического оснащения технологического процесса производства сельскохозяйственной продукции.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена данными полевых экспериментов и проверки результатов исследований в производственных условиях.

Практическая значимость исследований:

В подготовительный период формирования технологических комплексоввы-веденные закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов и нагрузочных режимов их функционирования могут быть использованы специалистами сельскохозяйственных предприятий в качестве расчетных моделей определения технических возможностей агрегатов, выраженных предельной величиной пропускной способности на уборке различных кормовых культур при отсутствии данных полномасштабных испытаний техники на МИС.

Внедрение сформулированных условий обеспечения максимальной пропускной способности и поддержания производительности кормоуборочного агрегата в практику комплектования и использования технологических комплексов позволит повысить эффективность работы техники за счет наиболее полного использования возможностей производительности кормоуборочных агрегатов, снижая тем самым себестоимость заготовки кормов.

Выведенные критерии подобия, масштабные уравнения и закономерности соотношения параметров подобных кормоуборочных агрегатов могут быть использованы на этапе расчета конструктивных параметров модельного (типораз-мерного) ряда подобных кормоуборочных комбайнов при осуществлении проектной деятельности в конструкторских бюро машиностроительных заводов.

Внедрение результатов исследований в программу испытаний техники на машинно-испытательных станциях (МИС) позволит сократить количество испытаний подобных кормоуборочных агрегатов без снижения точности определения их параметров и показателей использования.

Использование результатов исследований в научно-исследовательском ^образовательном процессах при; подготовке специалистов сельскохозяйственного профилям позволит повысить уровень знаний о физическом процессе работы кор-моуборочного агрегата.

Апробация и реализация результатов исследования. Материалы диссертации докладывались, и обсуждались^ на международных научно-практических конференциях «Экология и сельскохозяйственная техника» проводимых ГНУ СЗНИИ

МЭСХ в 2009 г.; на международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» проводимой* РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» в 2009 г.; на курсах переподготовки и повышения квалификации кадров АПК ФГОУ «Академия менеджмента и агробизнеса Нечерноземной зоны Российской? Федерации» в 2008 г. и ФГОУ «Вологодский институт переподготовки и повышения квалификации кадров агропромышленного комплекса» в 2007 г., на научной конференции профессорско-преподавательского состава СПбГАУ в 2010 и 2011 гг.

Результаты исследований опробованы и приняты к использованию в условиях сельскохозяйственных предприятий агрохолдинга «ФАЭТОН-АГРО», в т.ч. ОАО «Верево» Гатчинского района, ОАО «Остроговицы» Волосовского района Ленинградской области, а также СХПК «Племзавод Майский» Вологодского района Вологодской области, в научно-исследовательский процесс ГНУ СЗНИИ-МЭСХ Россельхозакадемии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов исследований кандидатских диссертаций, 2 свидетельства об отраслевой регистрации разработки и 4 свидетельства о регистрации электронного ресурса, 1 заявка на изобретение - per. № 2010153452.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников из 183 наименований и приложений. Содержит 170 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 31 рисунок и 12 приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы и предложения:

1 Процесс работы кормоуборочного агрегата изучен методами теории подобия и анализа размерностей, что позволило по разработанному алгоритму (рису-нок.2.1), выявить взаимосвязь между параметрами исследуемого процесса в относительной безразмерной форме в виде критериев подобия (2.15). Выведены закономерности (2.20) и (2.21), позволяющее определить значение предельной величины пропускной способности подобных агрегатов на уборке различных кормовых культур с учетом, как конструктивных особенностей рабочих органов, так и мощностных параметров агрегатов. Закономерности (2.20) и (2.21) пригодны в условиях ограниченных испытаний техники, так как для их практического использовании требуется получить экспериментальные данные работы только одного кормоуборочного агрегата из модельного ряда подобных машин при одном текущем нагрузочном режиме.

2 Проведен двухмодельный полевой эксперимент исследования процесса работы кормоуборочных агрегатов в одинаковых условиях, по данным которого получено математическое описание процесса работы агрегата в виде критериального уравнения, которое для исследуемых машин сходственно и представляется степенной зависимостью (4.1). Подтверждена адекватность критериальных уравнений (4.2) и (4.3) процессу работы кормоуборочного агрегата. Найдены условия (однозначности), обеспечивающие единственность решения критериальных уравнений (4.2) и (4.3), т.е. равенство одноименных критериев подобия с ошибкой не более 5 %, при соблюдении которых, закономерности (2.20) и (2.21) можно использовать для практических расчетов.

3 Для определения потенциальных мощностных возможностей силовой установки кормоуборочного агрегата, реализуемых на привод и работу рабочих органов составлен мощностной баланс агрегата и показано его изменение в зависимости от скорости движения уборочной машины при выполнении рабочей операции (рисунок 2.3). Для кормоуборочного агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 на уборке однолетних бобовых трав при Lp= 15" мм и z=6 для реализации предельной пропускной способности рабочих органов, ограниченной максимально возможной нагрузкой (jоЗЦ1ах) = 87,68 кг/м, требуется ^„^вп =107,76 кВт (таблица 4.5), а потенциальные мощностные возможности двигателя, которые могут быть реализованы на привод и работу рабочих органов агрегата на второй пониженной передачи трансмиссии трактора (= 3,99 км/ч), равны Ne*puen=99;68 кВт,, в результате чего, из-за недостатка мощности двигателя, величина предельной пропускной способности рабочих органов, а, следовательно, и производительность агрегата ограничена его мощностными возможностями. Скоростной режим работы кормоуборочного агрегата в свою очередь ограничен 3,99 км/ч.

4 Сформулированы условия (2.44) и (2.45) обеспечения пропускной способности в зависимости от скорости движения и линейной плотности подготавливаемого валка растительного материала и поддержания производительности кормоуборочного агрегата. Так при уборке на силос однолетних бобовых трав при Lp= 15 мм и zf=6 величина предельной пропускной способности рабочих органов агрегата К-3180 AMT + FCT-1350, ограниченная мощностными возможностями двигателя равна qn= 30,34 кг/с, максимальная пропускная способность, с которой агрегат может работать без нарушения технологического процесса при у/

0,93 (V^p = 3,58 %, Р(х) = 0,95), равна qmax = 28,21 кг/с. Для обеспечения дтахиз условия (2.44) необходимо сформировать валок линейной плотностью Мв = 25,45 кг/м, что возможно при урожайности кормовой культуры Ур = 15 т/га формированием валка с 16 м ширины участка поля, при Ур = 25 т/га - 10 м,.при Ур — 50 т/га -5 м, следовательно, звено кошения и формирования валка технологического комплекса должно быть трансформируемым, так же как и транспортное звено в зависимости от расстояния транспортировки и природно-производственных условий сельхозтоваропроизводителя.

5 Предложен принцип (рисунок 2.5) принятия сельхозтоваропроизводителем решения о техническом оснащении технологического процесса производства, продукции в рыночных условиях с привлечением сервисного подрядного пред приятия, ресурсы которого становятся компенсатором возможного несоответствия земельного, технического и трудового ресурсов сельхозтоваропроизводителя.

6 Проведены наблюдения за работой кормоуборочных агрегатов на заготовке силоса из провяленных трав в условиях рядовой эксплуатации. Выполненный анализ полученных данных показал, что их технические-возможности, выраженные предельной-величиной'пропускной способности рабочих органов, например, для агрегата К-3180 AMT + FCT-1350 (таблица 4.12 и таблица 5.1) реализуются лишь на 51 — 69 % в зависимости от вида убираемой кормовой культуры, качества земельного ресурса, практического опыта организации работы, взаимодействующих машин менеджментом сельхозпредприятия, а сама реализация носит неуправляемый характер.

7 Пригодность результатов исследований для практических расчетов возможностей производительности кормоуборочных машин, агрегатирования, комплектования и организации их эффективной работы в составе технологических комплексов при выполнении операций процесса заготовки силоса из провяленных трав подтверждается производственной проверкой (таблица 5.3). Увеличение реализации пропускной способности рабочих органов агрегата К-3180 AMT + FCT-1350 по сравнению с данными работы машин в условиях рядовой эксплуатации (таблица 4.12) при уборке на силос составило: многолетних бобовых трав -56,8 %; многолетних злаковых трав - 80,8 %; однолетних бобовых трав -33,42 %.

8 Основной экономический эффект от использования результатов исследований на практике по сравнению с данными работы машин в условиях рядовой эксплуатации для кормоуборочного агрегата К-3180 ATM + FCT-1350 при уборке на силос составляет: многолетних бобовых трав - 43,77 руб/т, многолетних злаковых трав - 84,48 руб/т, однолетних бобовых трав - 20,41 руб/т. При объеме заготовки силоса 10000 т экономический эффект соответственно составит: из многолетних бобовых трав — 437700 руб, из многолетних злаковых трав - 844800 руб, из однолетних бобовых трав - 204100 руб.

1. Агеев Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / Л.Е. Агеев. Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1978. —296 с:, ил.

2. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.; Наука, 1971 - 296 с.

3. Алабужев П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирование. / Алабужев П.М., Геронимус В.Б., Минкевич Л.М. и др. — М.: Высшая школа, 1968. 206 с.

4. Алексахина С.В, Балдина A.B., Николаева А.Б., Строгонова В.Ю. "Прикладной статистический анализ данных. Теория. Компьютерная обработка. Области применения". В 2-х кн. ПРИОР, 2002. - 688 с.

5. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных агрегатов. Справочное пособие. Изд. 2-е перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1976.—456 с.

6. Аллилуев В.А. Техническая диагностика тракторов и сложных сельскохозяйственных машин на индустриальной основе. Дис. . доктора* техн. наук.-Л.-Пушкин, 1983г.

7. Антипин В.Г. Способы и средства повышения эффективности применения зерноуборочных комбайнов и агрегатов в Нечерноземной зоне (Метод, рекомендации). Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1984. 100 с.

8. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т.1 - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 728 е., ил.

9. Арсеньев Г.М., Буточникова Е.А." Использование транспортных агрегатов в растениеводстве. Научные труды НИПТИМЭСХ С-3, вып. 20, Л., 1976.

10. Арсеньев Г.М., Серзин И.Ф. Эффективность взаимодействия товаропроизводителя и сервисного предприятия / Г.М. Арсеньев, И.Ф. Серзин // Сельский механизатор. — 2010. №12.

11. Ахмедов М.Ш. Интенсивные энергосберегающие способы заготовки сена в условиях Северо-Запада РФ. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2001. - 144с.160 ,

12. Базакуца В.А. Международная система единиц / Под общей редакцией проф.

13. Г.Д. Бурдуна изд. второе перераб. и доп. - Харьков.: Из-во ХГУ, 1966.

14. Базовый пакет DREAM-0 (мониторинг и анализ), портал Электронный ресурс. Режима доступа: http://www.vibrotek.ru/russian/ programmyimonitoringa iavtomaticheskoyidiagnostikidream. Дата обращения: 09.05.2009.

15. Беляев Н.М. Сопротивление материалов 12-е изд. - М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1959. - 857 е.;

16. Блох Л.С. Практическая номография. М.: «Высшая школа», 1971, - 328 е.: ил.

17. Браславец М.Е. Экономико-математические методы в организации и планировании сельскохозяйственного производства. — М.: Экономика, 1971. -354с.

18. Бриджмен П. Анализ размерностей . — Ижевск: НИЦ «Регуляторная и хаотическая динамика». 2001. - 148 с. - ISBN 5-93972-043-9

19. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., 1962. - 608 с.

20. Валге А.М. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002. - 176 с.

21. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. 2-е изд., доп. - М.: Колос, 1967. - 159 с.

22. Великанов М.А. Ошибки измерения и эмпирические зависимости. — Л.: ГИ-МИЗ, 1962.-303 с.

23. Веников В. А., Веников Г. В. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): Учебник для вузов. — 3-е изд., переработанное и доп. — М.: Высшая школа, 1984. — 439 е., ил.

24. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988 - 480 с.

25. Галсанова Б.С. Факторы конкурентоспособного производства молока в сельскохозяйственных организациях Ленинградской области. Дисс. на соискание уч. степени кан. экон. наук. СПб: ГНУ СЗНИЭСХ, 2007. - 139 с.

26. Гольтяпин В.Я. Анализ и оценка потенциальных возможностей зерноуборочных комбайнов / Дис. . канд. техн. наук. — М., 2002.

27. Горячкин В.П. Принцип подобия и однородности. Труды ВИСХМ, т.1, Сель-хозгиз, 1935.

28. Горячкин В.П. Собрание сочинений (в трах томах). М.: Колос, 1965.

29. ГОСТ Р 52778-2007 Испытания сельскохозяйственной техники. Методы эксплуатационно-технологической оценки. М.: Стандартинформ, 2008 - 24с.

30. ГОСТ 7057-2001 Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. М.: ИПК Из-во стандартов - 2002.

31. ГОСТ 30745-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей ИПК Из-во стандартов. - Мн. - 2002.

32. ГОСТ 30747 2001 Тракторы сельскохозяйственные. Определение показателей при испытаниях через вал отбора мощности. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 7 с.

33. ГОСТ 18509 88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1988. -58 с.

34. ГОСТ Р 53056-2008 Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. -М.: Стандартинформ-2009.

35. Гухман A.A. Введение в теорию подобия. Изд. 2-е, доп. и переработан. Учеб. Пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1973. - 295с.

36. Данкверт С. Проблемы животноводства в условиях вступления России в ВТО // АПК: экономика, управление. 2004. -№2: -С. 17

37. Дьяконов Г. К., Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов, М., 1976;

38. Жалнин Э.В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов. М.: ВИМ, 2001.- 105 с.

39. Еникеев В.Г. Критерии и методы, оценки технической оснащенности растениеводства и качества работы агрегатов с учетом вероятностной природы условий их функционирования. Дисс.докт. техн. наук Л.: ЛСХИ, 1983 -421с.

40. Завадский Ю.В. Решение задач автомобильного транспорта методом имитационного моделирования. М.: Транспорт. 1977 — 72 с.

41. Заготовка и приготовление кормов в Нечерноземье: Справочник / B.C. Сеч-кин, Л.А, Сулима, В.П. Белов и др. Л.: Агропромиздат, 1988. - 480 с.

42. Зангиев A.A., Лышко Г.П., Скороходов А.Н. Производительная эксплуатация машинно-тракторного парка. -М.: Колос, 1996.

43. Информация о состоянии сельского хозяйства Ленинградской области в 2008 г // Сб. Комитета по сельскому хозяйству Правительства Ленинградской области СПб., 2008.

44. Информация о состоянии сельского хозяйства Ленинградской области в 2009 г // Сб. Комитета по сельскому хозяйству Правительства Ленинградской области-СПб., 2010.

45. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка. -М.: Колос, 1974. -480 с.

46. Касл Э. Эффективное фермерское хозяйствование / Пер. с англ. и предисл. A.A. Белозерцева. М.: Агропромиздат, 1991 - 496 с.

47. Кирпичев М. В. Теория подобия. — М.: Изд. АН СССР, 1953. 94с.

48. Киртбая Ю.К. Основы теории использования машин в сельском хозяйстве. — М.: Машгиз, 1957.

49. Кирюхин С.Н., Шиманская А.О., Миронов В.Д. Виброметрирование дизельного двигателя с использованием метода главных компонент Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.mvg-group.ru/articles. Дата обращения:1011.2009.

50. Козачок Б.Д. Пропускная способность и производительность уборочных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1988. - №12.

51. Конаков П.К. Теория подобия и анализ размерностей. Теория подобия и моделирование. -М.: Изд. АН СССР, 1961.

52. Космодемьянский А.А. Н.Е. Жуковский — отец русской авиации. — М., 1952.

53. Крылов А.Н. Мои воспоминания. Л.: Судостроение, 1979. - 479 с.

54. Кузьмин М.В. Предельные законы теории производительности машинно-тракторных агрегатов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2005.-№10.

55. Кутателадзе С.С., Анализ подобия и физическое моделирование. Новосиб., 1986.

56. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М.: Радио и связь, 1989. - 224 с.

57. Леонтьев В.В. Избранные произведения . в 3 томах. Том 2. Специальные исследования на основе методологии "Затраты -выпуск". М.: Экономика, 2006. -544 с.

58. Лунц Е.Б. Определение критических скоростей валов методом динамического подобия. Труды ВВИА им. Жуковского, вып.29Б, 1948.

59. Лурье Б.Г. Применение теории.подобия для расчета металлорежущих станков на равномерность подачи. "Станки и инструмент" №11, 1962.

60. Лучинский Н.Д. Принцип механического подобия в применении к сельскохозяйственным машинам. Труды ВИСХМ, т.1, Сельхозгиз, 1935.

61. Мамедов А.Г. Диагностирование технического состояния тракторных дизелей по динамическим напряжениям в конструкции. Авт. реф. дисс. на соискание уч. ст-ни канд. техн. наук. Л. - 1984.

62. Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Сельскохозяйственные машины и оборудование T. IV-16 /И.П. Ксеневич, Т.П. Варламов, H.H. Колчин и др.; Под ред. И.П. Ксеневича. 1998-720 е., ил.

63. Мельников C.B. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / C.B. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1980. -168 е., ил.

64. Методика экономической оценки технологий и машин в сельском хозяйстве.-М.: ВНИИЭСХ 2009.

65. Методика статистической обработки эмпирических данных. М.: Из-во комитета стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров СССР -1966.-101 с.

66. Михайленко И.М., Молодкин В.Ю. Повышение эффективности производства молока на примере АПК Ленинградской! области // Весник РАСХН. 2005. -№2. - С.80-82.

67. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.

68. Муравьев К.Е. Оценка индикаторных параметров для целей технического, диагностирования тракторных дизелей в эксплуатационных условиях. Авт. реф. дисс. на-соискание уч. ст-ни канд. техн. наук. Л: — 1984.

69. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие. 3-издание переработанное и дополненное. / Под ред. А.П. Калашникова и др. -М, 2003.-456 с.

70. Носов В.А. Комбинаторика и теория графов. Учебное пособие. м., 1999. — 116 с:

71. Обобщенный протокол результатов испытаний приобретенной в 2007 году новой сельскохозяйственной техники и внедряемой в производство хозяйствами Ленинградской области. -Калитино.: ФГУ СЗ МИС , 2008

72. Обобщенный протокол результатов испытаний приобретенной^ 2008 году новой сельскохозяйственной техники и внедряемой в производство хозяйствами Ленинградской области. Калитино.: ФГУ СЗ МИС , 2009

73. Ольм А.Ю. Определение оптимального состава машинно-тракторного парка при векторном критерии качества // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. — 1976. №7. — с.4-8.

74. Полисар Т.Л. Моделирование.-М.: Воениздат, 1963.

75. Полканов И.П. Теория и расчет машинно-тракторных агрегатов / И.П. Полканов.- Изд.2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1964. -255 с.

76. Попов В.Д. Методы проектирования и критерии оценки адаптивных технологий заготовки кормов из трав, повышающие эффективность технологий: Дисс. на соискание уч. степени д-ра техн. наук. Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1998. - 343

77. Попов В.Д., Валге A.M. Моделирование и оптимизация процессов и технологий заготовки кормов из трав в условиях Северо-Запада России — СПб., СЗНИИМЭСХ, 2005. 176 с.

78. Прицепной кормоуборочный комбайн FCT 1350. портал Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.jf-stoll.com. Дата обращения: 10.11.2009.

79. Прицепной кормоуборочный комбайн HCT 1050 Pro Tech. портал Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.jf-stoll.com. Дата обращения: 10.11.2009.

80. Программа для статистической обработки данных StatPlus 2009. портал Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.statplus.net/ua/ru/ Дата обращения: 5.07.2009.

81. Протокол от 23 декабря 2005 г. Приемочных испытаний трактора К-3180 ATM. ФГУ «Поволжская Зональная машинно-испытательная станция» г. Ки-нель 2005 г.

82. Региональная целевая комплексная программа интенсификации кормопроизводства "Корма" Ленинградской области на 2000-2005 годы. СПб, 2000. -134 с.

83. Резник Н.Е. Кормоуборочные комбайны. -М.: Машиностроение, 1980.

84. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное руководство. -М.: Наука, 1971 192 с.

85. Русанов А.И., Журавлева Г.М. Инженерная методика прогнозирования развития зерноуборочных комбайнов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1997. -№1

86. Саклаков В.Д., Сергеев М.П. Технико-экономическое обоснование выбора средств механизации. — М.: Колос, 1973. 252с.

87. Свирщевский Ю.С. Эксплуатация машинно-тракторного парка. -М.: Сельхоз-гиз, 1950.

88. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. — 10-е изд., доп. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. — 432 с.

89. Сельскохозяйственная техника. Техника для растениеводства. В* 2-х томах / каталог-справочник —М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2007.

90. Сельскохозяйственное опытное дело. Планирование и анализ. Т.М. Литтл, Ф. Дж. Хиллз. / пер. с англ. Б.Д. Кирюшина; Под ред. и с предисловием Д.В. Васильевой. -М.: Колос, 1981. — 320 е.;

91. Серзин И.Ф., Арсеньев Г.М. Метод определения параметров кормоуборочных агрегатов с помощью теории подобия Текст. / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009. - №10. - С.36-37.

92. ЮОСерзин И.Ф., Арсеньев Г.М: Моделирование работы кормоуборочного агрегата Текст. / И.Ф. Серзин, Г.М. Арсеньев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2009. №8. - С.12-14.

93. ЮСуровцев В.Н., Бурхиева Т.Ц., Галсанова Б.С. Мониторинг эффективности интенсификации производств молока в сельскохозяйственных предприятиях Ленинградской области 2004 г. СПб, Пушкин, 2006. -40 с.

94. Статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России // Сб. Российской академии сельскохозяйственных наук М., 2006.

95. Статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России // Сб. Российской академии сельскохозяйственных наук М., 2007.

96. Статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России // Сб. Российской академии сельскохозяйственных,наук М., 2008.

97. Landtechnik. 2000. -Jg.55, N4. - S.286-287 129J. Plath and W. Ford. Owning Versus Custom-Hiring Hay Harvesting Machinery. Columbia Basin, Washington State University Extersion Bulletin 1265, March 1984.