автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование критериев и методов оптимизации эксплуатационных параметров и распределения машинно-тракторных агрегатов по операциям с учетом природно-производственных условий Республики Башкортостан

На правах рукописи

/

БАШИРОВ РИВ МИННИХАНОВИЧ

Ийи *

ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ И МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ'ПАРАМЕТРОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ОПЕРАЦИЯМ С УЧЕТОМ ПРИРОДНО-ПРОШВОДСТВЕНИЫХ УСЛОВИИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Специальности: 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства; 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации,на соискание ученой степени лектора технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Башкирском ордена Трудового Красного Знамени государственном аграрном, университете

Научный консультант - докт. техн. наук, профессор В.Г. ЕНИКЕКВ.

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, действительный член Академии аграрного образования РФ. докт. техн. наук, профессор С.А. 110Ф11110В, член-корр. РАСХН, докт. техн. наук, профессор В.В. БЛЕДНЫХ, докт. техн. наук, гл. науч. сотр A.A. ПОПОВ

Ведущая организация - НПО "Банкирское".

Зашита диссертации состоится хи.ьал-4. 1998 г. и на заседании диссертационного совета Д 120.37.04 Санкт-Петербургского государственного аграрного университета но адресу. 189620, Санкт-Петербург - Пушкин, Академический проспект, 23, ауд 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского госагроуниверситета.

Автореферат разослан" ЛЧС"4 1998 г

Ученый секретарь диссертационного совета, дт н . профессор 404 <--> A.B. СОМИНИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из важных направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства является улучшение использования технических средств в растениеводстве. Эта задана приобретает особую актуальность на современном этапе, в период перехода к рыночным отношениям в экономике. В связи с диспаритетом цен на средства производства и сельскохозяйственную продукцию, недостаточной поддержкой аграрного сектора государством многие сельхозпредприятия оказались d тяжелом финансовом положении. Обновление и расширение состава машинно-тракторного парка (МТП) в таких условиях крайне затруднено. В связи с этим исключительно важное значение имеет улучшение использования МТП.

Оптимизация эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов (МТА) с учетом вероятностной природы условий их функционирования, повышение работоспособности МТП в целом за счет совершенствования нор-• мативов машиноиспользования и надлежащей расстановки МТА по видам одновременно выполняемых операций в напряженные периоды позволяют сократить их продолжительность и на этой основе повысить урожайность возделываемых культур и снизить себестоимость продукции растениеводства. Наряду с повышением работоспособности МТА и МТП, важным резервом увеличения выхода и удешевления продукции полеводства является повышение качества выполнения технологических операций. .

Цель исследований. Повышение эффективности использования технических средств в растениеводстве путем совершенствования критериев и методов оптимизации эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов с учетом стохастической природы условий их функционирования, распределения МТА по операциям, нормативов машиноиспользования и повышения качества обработки почвы.

Объекты исследования. Наиболее широко используемые в условиях Рес-. публики Башкортостан почвообрабатывающие агрегаты, методы идентификации и оптимизации эксплуатационных параметров МТА с учетом вероятностной природы условий их функционирования, разработки нормативов машиноиспользования, модели и критерии, применяемые при распределении агрегатов по операциям, основные почвенные разности региона.

Научную новизну представляют:

- методология обоснования рациональных составов, режимов и определения технико-экономических показателей работы почвообрабатывающих агрегатов с учетом вероятностного характера нагрузки, количества машин-орудий

или корпусов плуга, условий (физико-механических свойств почвы) и режимов (глубины обработки, скорости движения) работы;

- математическая модель, критерии оптимальности, методика определения их эффективности, целевые функции распределения агрегатов по операциям;

- математические модели глубины колеи опорных колее, сопротивления почвообрабатывающих машин с учетом стохастической природы условий их функционирования на основных агрофопах Республики Башкортостан;

- статистические характеристики тягового сопротивления агрегата (плуга) с учетом количества машин-орудий (корпусов плуга) в его составе, условий (физико-механических свойств почвы) и режимов (глубины обработки и скорости движения) работы;

- методология установления нормативного значения удельного сопротивления плуга, нормативов производительности и расхода топлива с учетом стохастической природы условий функционирования агрегатов;

- устройства для установки культиваторов на глубину обработки и повышения тем самым качества обработки почвы, методика экспериментальных исследований почвообрабатывающих машин с применением усовершенствованных устройств для измерения, регистрации глубины обработки и колеи опорных колес.

Практическая значимость работы. Разработанная экономико-математическая модель дает возможность распределить агрегаты но операциям в условиях конкретных хозяйств как при недостатке, так и избытке ресурсов и определить в обоих случаях фактическую продолжительность расчетных периодов. Применение при этом предложенных критериев оптимальности в сочетании с разработанной методикой приведения задачи дробно-линейного программирования к задаче линейного программирования позволяет существенно повысить работоспособность МТП, в напряженные периоды на 12..Л 3%' сократить сроки выполнения'операций в условиях представительного для Республики Башкортостан хозяйства и на этой основе до 50% снизить текущие затраты на выполнение полевых механизированных работ.

Разработанный метод и алгоритм позволяют оптимизировать параметры почвообрабатывающих агрегатов в условиях конкретных хозяйств с учетом аг-рофона, вероятностного характера нагрузки, количества машин-орудий или корпусов плуга и физико-механических свойств почвы и на этой основе на 18...38"о повысить производительность и на 42% снизить интегральные затраты на предпосевной обработке почвы в условиях представительного хозяйства. Предложенные номограммы упрощают при этом процедуру выбора оптималь-

in,ix параметров агрегатов. Методика регулировки культиваторов с учетом изменения глубины колен опорных колес в зависимости от физико-механических свойств почвы, глубины ходя рабочих органов и скорости движения дает возможность точнее выдерживать технологические параметры предпосевной обработки и на этой основе повысить урожайность возделываемых культур, производительность почвообрабатывающих агрегатов и снизить общие затраты на их работу. Признанные изобретениями устройства для регулировки и контроля глубины обработки могут быть использованы в испытаниях и исследованиях почвообрабатывающей техники, при разработке автоматизированных систем стабилизации глубины обработки почвы.

Статистические характеристики сопротивления почвообрабатывающих машин, полученные по результатам многофакторных экспериментов с учетом физико-мехаинческих свойств почвы, глубины обработки, скорости движения, количества машин-орудий (корпусов плута) в составе агрегата, могут найти применение при конструировании и районировании плугов Н культиваторов.

Предложенная методика и рассчитанные по ней нормативные значения удельного сопротивления плуга позволяют выбирать оптимальные составы и нормативы производительности пахотных агрегатов с учетом зональных особенностей хозяйств. Корректировка составов, режимов работы агрегатов, норм выработки и расхода топлива с учетом влажности почвы способствует повышению производительности и снижению затрат на наиболее энергоемкой работе -основной обработке почвы.

Реализация результатов исследований. Методика определения нормативного значения, косвенный метод определения удельного сопротивления плуга и корректировки на этой основе составов, режимов' работы пахотных агрегатов, оптимальные составы н методика регулировки культиваторов рекомендованы к внедрению в сельскохозяйственных предприятиях научно-техническим советом МСХ и П Республики Башкортостан. Нормативные значения удельного сопротивления плуга в зональном разрезе использованы Башкирским зональным нормировочным пунктом при установлении групп норм выработки и расхода топлива на пахотных работах в колхозах и совхозах РБ.

Результаты научных исследований внедрены в учебный процесс. Учебное пособие соискателя (Баширов P.M. Обоснование оптимального состава МТП и плана использования агрегатов: Учеб. пособ.-Ульяновский и Башкирский СХИ, Уфа, 1990.-77 е.), программы расчета эксплуатационных параметров агрегатов используются студентами факультета механизации сельского хозяйства при выполнении курсовых и дипломных проектов. Методика регулировки культи-

ваторов и определения статистических характеристик их тягового сопротивления применяется в лабораторных занятиях.

Апробация работы^ Основные результаты исследований доложены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции "Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйственных машин" (г. Москва, 1987 г.), на научно-техническом Совете ВИСХОМа (1966 г.), на научных конференциях ЧИМЭСХ (1972, 1978, 1992 г.г.), Ульяновского СХИ (1990 г.), Саратовского ИМСХ (1992 г.), научно-технических Советах МСХ и П РБ в 1977, 1979, 1997 г.г., межвузовской научно-технической конференции "Совершенствование конструкции, методов эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники" (г. Уфа, 1992. г.), ежегодных научных конференциях Башкирского государственного аграрного университета и БНИИСХ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 47 печатных работах (в том числе 5 авторских свидетельств на изобретения) общим объемом 30 п л.

Объем и структура работы. Диссертация включает введение, семь глав, выводы и рекомендации, список использованной литературы из 240 наименований и приложения. Общий объем работы - 408 стр., в т.ч. 66 рисунков, 50 таблиц, 59 стр. приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дана краткая характеристика лриродно-производственных условий Республики Башкортостан, проанализированы факторы, влияющие на эксплуатационное параметры, методы и критерии оптимизации составов, режимов работы и распределения агрегатов по операциям.

На сопротивление почвообрабатывающих машин-орудий и, следовательно, эксплуатационные параметры агрегатов решающее влияние оказывают физико-механические свойства почвы, агр.офон, глубина обработки, режим работы и техническое состояние машин-орудий. Теоретическому и экспериментальному исследованию сопротивления почвообрабатывающих агрегатов посвящены работы В.П. Горячкина, Б.С. Свирщевского, Б.А. Линтварева, Х.Г. Барама, IO.K. Киртбая, В.В. Киквадзе, В.И. Виноградова, А.Н. Косарчука, А.Ф. Пронина. П.А. Некрасова, И.К. Макарец, С.Г. Гусева, Г.Н. Синеокова, Б.А. Кипа, В.В. Бледных, М.Д. Подскребко, Г.И. Покровского, Б.В. Нестерводского, Д Р. Морозова, C.B. Левицкого, П.И. Городецкого, И.И. Киселева, Н.М. Шарова, С.С. Саакяна, Н.В. Щучкина, 1Q.M. Ветрова, Е.Н Крастина, В.А. Стрекалева и других ученых.

Проанализированы методы.и критерии оптимизации Параметров и распределения агрегатов по операциям, теоретические основы которых заложены в трудах В.П. Горячкина, В.Н. Болтинского, Б.С. Свиршевского, С.А. Иофинова, Г.В. Веденяпина, В В. Гуськова, В В. Кацыгина, Ю.К. Киртбая, Б.А. Линтваре-ва и ряда других ученых.

Значительный вклад в развитие методов оптимизации составов и использования МТА внесли Л.Е. Агеев, В.Г. Еникеев, Н.К. Диденко, Ф.С. Завалишин, A.A. Зангиев, Н.А.Корсун, И.П. Ксеневич, М.С. Кринко, А.Б. Лурье, А.И. Любимов, Б.В. Павлов, П.В. Погорелов, И.П. Полканов, Е Л. Поляк, В.Д. Саклакоп, М.П. Сергеев, А.Н. Скороходов, А.Г. Соловейчик, Р.Ш. Хабатов, Н.Э. Фере, Н.М. Шаров, А.Н. Ющин и др. .

Анализ показал, что при оптимизации эксплуатационных параметров МТА недостаточно учитываются конкретные условия (физико-механические свойства почвы, агрофон) и режимы их работы (скорость движения, Глубина обработки). Для устранения этого недостатка различными авторами предложены миогофакторные зависимости для вычисления удельного (в условиях орошаемого земледелия) н тягового сопротивления конкретных марок плуга и культиватора. Однако эти зависимости получены с существенными допущениями (отсутствие корреляционной связи Между факторами, учет влияния аг-рофона и механического состава почвы через поправочные коэффициенты и т.п.) или содержат такие труднопрогнозируемые и трудоемкие для экспериментального определения величины, как твердость и плотность почвы. К тому же известные уравнения не позволяют отыскать оптимальные условия работы агрегатов на широко распространенных черноземных и серых лесных из-за неизвестности занимаемого ими уровня и отсутствия моделей Твердости й плотности почвы.

Разработана методика выбора оптимальной степени загрузки трактора с учетом вероятностного характера сопротивления машин-орудий. Но она пока не находит широкого применения из-за отсутствия математических моделей статистических характеристик сопротивления машин-орудий с учетом их количества в агрегате, условий и режимов работы.

Из-за отсутствия модели глубины колеи опорных колес культиватора в зависимости от условий и режимов работы затруднительно обеспечить установку его рабочих органов на заданную глубину обработки с достаточной точностью. В результате ухудшается качество предпосевной обработки почвы, снижается урожайность и становится невозможным реализовать прогнозируемые оптимальные параметры культиваторного агрегата в эксплуатации. Наконец, критерий оптимальности параметров культиваторного агрегата не учиты-

вает такие существенные факторы, как потери урожая, связанные с нарушением агросроков выполнения операции и с отрицательными последствиями переуплотнения почвы движителями трактора.

Известная модель распределения агрегатов по операциям не обладает универсальностью, позволяющей решить поставленную задачу как при нехватке, так и при избытке ресурсов и определить фактическую продолжительность периодов. Известные критерии оптимизации расстановки агрегатов по видам работ (минимум прямых затрат и расхода топлива ) обеспечивают минимизацию затрат денежно-материальных ресурсов только за счет существенного снижения работоспособности машинно-тракторного парка. До настоящего времени не разработана приемлемая методика распределения агрегатов по видам работ с использованием такого критерия оптимальности, как минимум продолжительности выполнения операций или максимум работоспособности машинно-тракторного парка/Решение задачи по последнему критерию приобретает особую актуальность на современном этапе, когда количество тракторов в сельскохозяйственных предприятиях неуклонно уменьшается, а сроки выполнения наиболее ответственных операций (подготовка почвы, посев, уборка урожая) затягиваются.

С учетом поставленной цели и результатов анализа состояния вопроса были сформулированы основные задачи исследования:

1. Формализовать процедуру распределения агрегатов по операциям для возможности решения задачи как при нехватке, так и избытке ресурсов. Разработать критерии оптимизации распределения агрегатов по операциям, обеспечивающие сокращение продолжительности и расхода денежно-материальных средств на выполнение полевых механизированных работ.

2. С использованием отдельных положений теории вероятностей установить влияние количества машин-орудий (корпусов плуга) на характер плотности распределения и статистические характеристики сопротивления агрегата.

3. Установить и исследовать характер влияния входных параметров на глубину колеи опорных колес, сопротивление почвообрабатывающих машин и получить оценки их статистических характеристик.

4. Разработать метод и алгоритм расчета рациональных составов , режимов и технико-экономических показателей работы почвообрабатывающих агрегатов с учетом вероятностной природы условий их функционирования, агрофо-на, количества машин-орудий (корпусов плуга) и физико-механических свойств почвы.

5. С использованием установленных закономерностей изменения технико-экономических показателей агрегатов от условии работы, количества ма-

шип-орудий в их составе путем минимизации интегральных удельных затрат, включающих приведенные затраты, стоимость потерь урожая от удлинения сроков работ и уплотнения почвы, обосновать критерий йыбора ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов.

6. С использованием полученных моделей сопротивления и глубины колеи опорных колес почвообрабатывающих машин совершенствовать нормативы машиноиспользования с учетом природной зоны расположения хозяйств, изменения влажности почвы в рабочий период и методику установки культиваторов на требуемую глубину обработки.

Во второй главе разработана методология расстановки агрегатов по операциям, обоснованы критерии оптимизации и экономико-математическая модель распределения МТА по видам работ.

Универсальность модели достигнута за счет замены условия обязательного выполнения работ требованием выполнения их одинаковой доли :

п

1Т,Шу Ху1 = 0,У,]> (1)

1=1

где Т, - продолжительность 1-го периода в днях;

АУц- дневная производительность агрегата с трактором ¡-Я марки (в дальнейшем ¡-го агрегата) на]-й операции, га;

Х„, - искомое число агрегатов ¡-го типа, выполняющих .¡-га операцию в ^м расчетном периоде, шт;

У(1 - объем операции в ьм расчетном периоде, га.

В тех случаях, когда на первый план выдвигается задача выполнения полевых механизированных работ в кратчайшие сроки, наиболее приемлемым критерием оптимизации при распределении агрегатов будет минимум продолжительности выполнения операций или максимум суммы выполненных долей работ в периодах:

т

О, -> тал (2)

1=1

Когда при распределении машинно-тракторных агрегатов на первый план выступают экономические критерии, наиболее эффективное использование парка можно обеспечить, приняв в качестве критериев оптимизации максимум суммы выполненных долей работ в периодах на кг израсходованного топлива или рубль прямых затрат 2р:

Т П 2 [)

X I тиГТГу--мпах' (3)

где 8у - удельный расход топлива при выполнении ]-й операции ¡-м агрегатом, кг/га, кг/т.

Выражение (2) превращается в целевую функцию, обеспечивающую выполнение максимума доли работ на рубль затрат при подстановке вместо О у прямых эксплуатационных издержек С у (руб/га , руб/т) на выполнении ¡-м агрегатом .1-й операции.

В развернутом виде целевая функция (3) имеет вид :

7 °2 От:

где А, =8щХ|н+ац| Х2|1+...+апп хпц +а12|Х|21+а22|Х221+...

+ ао2|Х П2) +...+а 1г1 Х1г1+а22| х2г1 +...+аП21^п21 кг = а1цХц2+а212 х2|2+..>аП12 х п11 +&п{К + а.п22хп22+...+а даХ!^ а222Х222+...+ап22Х1И2

Аг = Хцт +&ги +-...+ап!т ХП1Х +а12т X12Т Х22т +...

• + Х„2Т+...+а 1гт Х|гт +• Х22Т+...+апэт Хпст, где О], 02... [Х( - выполненные доли работ в 1,2 ...х- м периодах.

В последних равенствах через X обозначены искомые количества агрегатов для выполнения операций в соответствующих периодах. Индексы при X и их коэффициентах в последовательности расположения обозначают номер агрегата 0=1...а), операции (¡=1. 2) и расчетного периода (1=1...т).

Коэффициенты В при неизвестных обозначают израсходованное топливо соответствующим агрегатом за период.

Условие (1) выполнения одинаковой доли работ в периодах в развернутом виде запишется так:

1 период

. ЬшХщ+Ьгп Х2|1+...+Ьпп Хпц - УпО) =0

ЬшХ|2| +Ь221 Х22| +...+Ь„2| X П21 - У210 | =0 ........ ..........................(5)

Ь| г Л 2 I +Ь2 г I Х211 +.-+Ьп 2 1 X п г I "* У г I =°

т- Г» период 1>пт Хмт -+ 1»21т Хги +..^Ь„|Т X „,т - У,т Рт = О

ЬптХ,2т + 1>22г Х22т К..+Ь„2т X „2т - У2Т От = о ........................ (6)

Ь| 7.т X] гт -I 1>2 7Т Хг 2т +...Н Ь„ г т ХП7Т - V 7Х Э-с -О

Здесь коэффициенты Ь при неизвестных - наработка соответствующих агрегатов за период. Индексы при V (в последовательности их расположения) означают номер операции и расчетного периода.

Условие, при котором число используемых тракторов в периодах не превышает их количества в парке, запишется так:

I период

Х„1 + Хт+Х„,+...+ Х12,5Ы,

Х2„ + Х22,+ Х2„+...+ Х2г^Н2

......................................(7)

Хпп+Хп2, + Хп31 + ..+ ХП2,<Мп

V- й период Х,,т +Х,2т +Хт +..>Х,гТ <М, Х2|Т +Х22Т +Хмг +•••-+Х2гг <Ы2

...............................гя)

Хп!т +Хп2т 4-ХпЗт; +...+ ХП2Т <Ып

где ...Н, - имеющееся количество тракторов марок 1,2... I ...п.

Условия не превышения используемых сельхозмашин-орудий и сцепок ич количества в парке записываются аналогично.

Выражение (4) представляет собой дробно-линейную функцию, т.е. мы получили задачу дробно-линейного программирования.

Для приведения ее к задаче линейного программирования введем обозначения:

Л|~- ащХщ +с12пХл|+-...+УП||Х пп+П|2|Х 12|ХЕЪ2| Х22|+...+аП21 Хп2| +...+а ,г) х,г|+а2г| х и, ^...+аП21хП2| = с?)

У*

+ ^122X122+ а 223X222+.■■+аПг2Х1ц2=-!7 (Ю)

Ат- йцтХцт+а2|ТХ2и+...+аП|Тхп11+а|2ТХ|2Т+а22тХ22т+.+аП2тХ „2Т

(П)

Тогда г,=01и1'+ 02и24-...нптит' шах (12)

Обозначим

0,и|'=и,; 02и2'=и2; 0,11т' = ит.

С учетом последних обозначений целевая функция запишется так:

гг=и,+ и2+...+и1 тах (13)

Преобразуем систему ограничений (5...8). Для этого ограничения за 1,2...т периоды умножим соответственно на и,1, и2'...1У. При этом получим: Ьщиш+Ьгп ил|+..:+ЬпИ ип1, - У|,и , =0 ЬЛ2,и,21 +Ь22| и22, +...+ЬП2| и П21 - Уц и I =0

................................(5')

Ь, 2,и, 21+Ь2г I 21 + •+ьп21 и П г I - V 2 ,и 1 =0

Ь|Ц и„т +Ь21т и21т +...+Ьщт и П|Х - У,т ит = о

Ь]2т и,21 +Ь22т ,и22т +...+ЬП2т и п2т - у2т ит = о ........................ (6')

Ь| 2т и)2;т+Ь22Т и2„+...+!>„„ ипгт - у2т ит =0

и, и + и,2, + иП| +...+и |2, - N , и,'< 0 и211+ и221+и2ч+...+ и22|-М2иГ<0

.......................... (7)

и„|,+ип2,4 ипЭ,4...4ипг1-Ыпи;'<0

и,IX +и,2т +и„, к..+ и|2Т-К,иг,<0

и21х + и22 С +и23; +...+1)2гт -Ы2ит'<0 ......................... (81)

ипГт +ип21 + ип,х+...';иИ2Т -ы„ит'<0

В ограничениях (51 - 8') произведения и['... иг' обозначены через Включим в систему ограничений (5' - 8') ограничения (9- 11 г

il ni IJ III ^ tii 1111 ^ • - a„,,U nll+8l3lU 121+3231 U22l + --+3n2l Un21 -t...-»a izi Uizi+a2zi и 2zi +...+&nzi Unzi = ' aiuU||2+a2|2U212+... + an,2Uni2+ai22U|22+a:22U222+--+an22Un22 +

■■■1 а|г2и,й+ a2z2U2z2+•+a и nz2 = 1

(Ю1)

a1itUiiT+a2iTU2iT+---+anitUnift а^тМит"1 a22TU22T+...-ba,i2tU +...+aiZT UiZT + a2zT u2zt +-+anZT unzt= '

(il')

Анализ результатов решения задачи для условий представительного хозяйства показал, что критерии минимума прямых затрат и расхода топлива обеспечивают наименьший расход денежных и энергетических ресурсов только на выполненные объемы работ в периодах. Однако при этом доли (объемы) выполненных работ значительно, ниже, чем при' распределении агрегатов по критериям максимума доли выполненных работ, максимума доли работ на рубль затрат и кг израсходованного i оплива.

Выполненные доли работ при распределении агрегатов по критериям минимума прямых затрат и расхода топлива, близки к аналогичным показателям, получаемым при расстановке тракторов по операциям по критерию минимума наработки. Это свидетельствует о том, что известные критерии оптимизации распределения агрегатов обеспечивают наименьший расход денежных средств и топлива только за счет минимизации наработки агрегатов. Прямые затраты и расход топлива (найденные как сумма отношении прямых затрат и израсходованного топлива в периодах на выполненные в них доли работ) на выполнение всего объема работ при распределении агрегатов по критериям максимума доли работ на рубль затрат и кг израсходованного топлива соответственно на 1,8 и 4,7% ниже, чем по критериям минимума прямых затрат и расхода топлива. Расход топлива на выполнение всего объема работ при распределении агрегатов но критерию минимума расхода топлива на 0,6% выше, чем при использовании критерия максимума наработки. Следовательно, с точки зрения экономии топлива последний критерий в данной ситуации более предпочтителен, чем первый. Общие затраты п трех периодах при расстановке агрегатов по критерию максимума наработки па 14,6% выше, чем по критерию минимума затрат. Однако эта разница составляет только 1,8%, если взять затраты на выполнение всего объема работ.

Таким образом , по затратам средств на выполнение операции критерии максимума наработки и минимума прямых затрат в данном случае практически ' равноценны.

Однако при распределении агрегатов по максимуму парабожи около половины этих затрат компенсируется выручкой от реализации дополнительной продукции, получаемой благодаря сокращению фактической продолжительности выполнения всего объема работ (полученная как сумма отношений плановой продолжительности периодов к выполненной в них доле работ) па 11,2% по сравнению с критерием минимума прямых затрат.

Фактическая продолжительность выполнения всего объема работ при расстановке агрегатов по критериям максимума доли работ на рубль затрат и кг израсходованного топлива на 6 и 8% ниже, чем по критериям минимума затрат и расхода топлива, что равносильно увеличению тракторного парка хозяйств на эту же величину без дополнительных капиталовложений.

В третьей главе рассмотрена структура информационной модели почвообрабатывающего агрегата с позиций обоснования его эксплуатационных параметров. Показано, что через совокупность уравнений регрессий, полученных с использованием теории планирования эксперимента, можно формализовать влияние входных параметров на глубину колец опорных колес, сопротивление почвообрабатывающих машин и его статистические характеристики

Для установления математической модели удельного сопротивления плуга К„ обоснованы наиболее существенные факторы,.оказывающие непосредственное влияние на параметр оптимизации и отвечающие требованиям однородности и независимости. К ним относятся: скорость движения агрегата V, механический состав М и влажность \У гючвы.

Механический состав и влажность почвы (в условиях богарного земледелия) относятся к неуправляемым факторам. Однако в период обработки почвы (в течение одного или нескольких лег) можно подобрать влажность почвы, требуемую по программе многофакторного эксперимента. В пределах одного или нескольких хозяйств всегда можно также подобрать поля с требуемым (или близким к требуемому) механическим составом М почвы.

По результатам экспериментального исследования показано, что плотность почвы р на конкретном агрофоне является функцией ее механического состава М, влажности V/ и глубины залегания П. При фиксированных значениях М и плотность почвы р по глубине сначала уменьшается, а затем увеличивается

Таким образом, при планировании экспериментов по установлению модели К„ плотность почвы в число факторов не должна включаться, т.к. ее влияние на величину К„ учитывается через M,W и Н.

Наши однофакторные эксперименты на различных по механическому составу почвах и агрофонах показали отсутствие определенной связи между К„ и Н. В то же время величина отношения К„/р не зависит от агрофона, глубины пахоты и для почв данного мехсостапа при одной и той же скорости обработки остается практически постоянным.

Как было показано выше, плотность почвы на конкретном агрофоне (при фиксированных значениях ее мехсостапа и влажности) в зависимости от глубины залегания изменяется по параболической зависимости. Это обстоятельство (с учетом постоянства отношения К„/р) позволяет предположить наличие закономерной связи между глубиной пахоты и удельным сопротивлением плуга (при постоянстве влажности почвы по горизонтам).

Таким образом, глубина пахоты оказывает непосредственное влияние на удельное сопротивление плуга, является независимой, управляемой величиной и отвечает требованиям планирования факторного эксперимента.

Агрофон и тип почвы количественного измерения не имеют и не отвечают основным требованиям планирования эксперимента. Поэтому модель Кп мы установили на основных агрофонах (стерня зернобых, пласт многолетних трав, поле из-под кукурузы) и типах почв (черноземы, серые лесные), занимающих 96% площади пашни Республики Башкортостан.

Исходя из условия обеспечения качества выполнения основной обработки почвы, принятой глубины обработки и пределов изменения ее мехсостава, влажности на территории РБ были установлены области определения и интервалы варьирования факторов. Для планирования экспериментов был выбран ортогональный центральный композиционный план. Он позволяет реализовать план эксперимента не одновременно, а по мере достижения требуейой влажности почвы как в период ос«ине-весеиней обработки efe, так и в течение ряда лет.

Математические модели КП) среднего кяадратического отклонения crRlc и Коэффициента вариации Srk сопротивления одного корпуса плуга R, при этом были представлены в виде полинома второго порядка:

К. (огцк, 9,!J-b„+b1Xl-íb;X%+b,X1-l bJX,+l)„X|2+b22X22+bJ,X12+ Ьф,Х.1г+Ъ,2Х1Х2+Ъ,.,Х|Х.,+Ь,.1Х|Х4+-Ь3,Х:Х.-,+Ь24Х2Х4+Ь?4Х.,Х4, (14)

где X). Хз, Xi, X i - независимые переменные (факторы); b|.b¿.. коэффициенты регрессии.

При проведении экспериментов с культиваторами мы пришли к выводу, Что влажность почвы должна быть исключена из перечня факторов, т.е. свойства обрабатываемой почвы должны характеризоваться другим набором переменных. Это объясняется тем, что для достижения низких значений влажности, требуемых планом экспериментов, требуется длительное время. На площадях, Где проводятся опыты, в этот период не должны выполняться сельхозработы. Это не соответствует интересам хозяйств и порождаег значительные организационные трудности. В связи с этим, дальнейшие исследования энергетических показателей культиваторов были проведены по методике Н.М. Шарова (МИИСП), согласно которой почва характеризуется двумя параметрами - твердостью Р и общей плотностью р„.

Тяговое сопротивление Лы прицепного культиватора было представлено в виде:

£1^(Н|у,В,Р.>,8). (15)

где В- конструктивная ширина захвата культиватора, м; й - ускорение свободного падения, м/с2.

Необходимость включения величины ц в перечень рассматриваемых факторов диктуется требованиями теории подобия и размерности, которая положена в основу описываемой методики. ^

Анализ показал, что модель тягового сопротивления прицепного культи-. ватора в безразмерной форме можно представить в виде полинома первого порядка:

-Чз = Ь0 +Ь И" + + Ьв

яге-в3 0 1в в ^^ в 12 е.в!

. Н-Р Л УгР Н-У'-Р

При этом линеаризация зависимости Им= Г (V) достигнута заменой фактора V па V2

Моделирование коэффициента вариации (в безразмерной форме) тягового сопротивления 81{ м культиватора можно выполнить на основе следующего полинома первого порядка:

*М 'В 3А.ё.й 12 ^

ц НР к У'Р НУ-Р (1?)

+ Ь23-ТТ=Т + ЬШ ~ГТ7

'а*-*-

Для моделирования глубины колеи опорных колес культиватора Г) был использован активно-пассивный эксперимент, при котором опыты проводились на шести полях (т е. при шести значениях коэффициента объемного смятия почвы я), на каждом из которых скорость движения V И глубина обработки Н варьировались на двух уровнях по плану типй ПФЭ 22. Результаты экспериментов аппроксимировались полиномом

Ь=а1|+а|^+а2'Н+агУ+а|2,Ч'Н+а|.гЧ'У+а2.гН-У+а||-ч2++а22,Н2+а.11^2 (18)

с использованием метода наименьших квадратов, Последние два слагаемых в выражение (18) включены с учетом возможной естественной флуктуации факторов Н и V.

Описание условий работы агрегатов с использованием таких динамичных свойств почвы, как твердость и коэффициент объемного смятий, весьма затрудняет практическое применение результатов исследований- В связи с этим, возникла необходимость формирования статистических моделей указанных почвенных характеристик.

Анализ выполненных исследований показал, что на твёрдость Р и коэффициент объемного смятия ч почвы основное влияние оказывают ее влажность плотность р и механический состав М, т.е. Р= Г(М,р,\*/) и Ч = Ф (М,р,\>/). Вид последних математических Моделей был установлен по результатам пассивных многофакгорных экспериментов.

Для экспериментального исследования динамики тягового сопротивления одного корпуса плуга нами был использован динамометрический плуг ПДН конструкции ВИСХОМ. Классификатор плуга, состоящий из 15 электроимпульсных счетчиков, позволяет в результате опыта получить вариационный ряд, характеризующий частоту п, повторения того йлИ иного тегового сопротивления 11К, динамометрического корпуса. Для получения такого же ряда при исследовании тягового сопротивления культиваторов КПС-4 и КПЭ-3.8А был использован электроконтактный динамометр ЭКД от плуга ПДН.

С использованием полученных вариационных рядоб были построены гистограммы относительных частот, которые использовались для оценки плотности распределения сопротивления. При этом точки ( А „(м)| ,п,) с равностоящими узлами К.К|И)| находили сплайн-интерполяцией. Гистограммой относительных частот в данном случае будет кусочно-постоянная функция

ЦКмм,)^ при Я„М1.+ ^ 119)

„ т - ч

где п = ^ И - И , т - число групп выборки

Рис. 1 Плотность Г(1^) распределения сопротивления К,, плуга: 1,2, ,.10 - число корпусов

Можно считать, что тяговое Сопротивление каждого корпуса плуга или культиватора имеет дискретное распределение с возможными значениями Й Иц)[ и соответствующими вероятностями п, / пЬ.

С использованием формулы для нахождения вероятностей возможных

значений суммы двух независимых дискретных случайных величин 111 '' 1" ■'. Р(Х1+Х2=Х)=;^Р{Х1=Х|}-Р{Х2=Х-Х|} и специально разработанной компьютерной программы (были рассчитаны плотности распределения сопротивления при разном числе корпусов плуга (рис. I) и культиваторов в агрегате.

Была выдвинута гипотеза.» том, что сопротивление пахотного и культи-ваторного агрегатов подчиняется нормальному закону распределения. Проверка по критерию Пирсона с использованием компьютерной программы показала, что минимальное количество машин-орудий (корпусов плуга), начиная с которого плотность распределения сопротивления агрегата подчиняется нормальному закону, зарисит от условий И режимов его работы.

Расчеты показали, что при использовании нормального закона распределения ошибка в оценке сопротивления плуга с количеством корпусов 3 и более не превышает 0,1..:2,1%, а для культи ватерных агрегатов (при числе орудий 1...5)- 0,2 ...5,5%.

С использованием положении теории вероятностей установлены зависимости для оценки и учета влияния количества корпусов плуга я машин-орудий на статистические характеристики сопротивления агрегатов.

Математическое ожндание тягового сопротивления плуга с Пк корпусами или агрегата с количеством пм культиваторов определяется как

_ п(.)= К к(и) Пк(м), (20)

где II К(И) - математическое ожидание тягового сопротивления одного корпуса плуга или машины-орудия.

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение тягового сопротивления агрегата вычисляется по формулам:

Пк(") ^ИкГм), (21)

СТ1Уа) = V? „(„,) Ья к(м), (22)

а коэффициент его вариации

"^"к(м) СГр к(м) / ПкГм) 1<«(и)= Эр.кГм) / л/п (23)

где Пр1Г(„), (Тр,К(М) и З^м) - соответственно дисперсия, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариаций сопротивления одного корпуса плуга или культиватора.

Взаимосвязь между статистическими характеристиками сопротивления плуга с пк(М) и п'к(М) корпусами, или культиваторного агрегата с соответствующим количеством машин-орудий выражается следующими зависимостями:

7п'к(м}/Пк (и) , (24)

9'к11(а)=Зкп(а)^Пк (ы)/п 'к (м) , , . (25)

Степень неравномерности 8цп(а) При пк(ч) корпусах илй машинах-оруднях можно выразить Через неравномерность сопротивления 8кК(М)-ойной машины (одного корпуса):

^„(а)^1^»)/ </п ф0 _ (26)

Установлена зависимость между 5яп,п) и 8 ^соответственно при пк(м) и п'^м) машинах-орудиях или корпусах плуга:

6 («)/П 'к («) , (27)

В четвертой главе изложены задачи и методика экспериментальных исследовании, дано описание технических средств, спроектированных и использованных в процессе исследований.

При проведении экспериментов с культиватором КПС-4 требуется изменять глубину обработки в значительных пределах.

' В связи с этим нами были разработаны и изготовлены три устройства, позволяющие контролировать и регулировать положение рабочих органов культиваторов в полевых условиях, признанные изобретениями /а.с. СССР №№ 1644751, 1709931, i813322/.

Глубина колеи опорных колес культиватора может быть определена путем измерения расстояния от рамы до поверхности почвы устройствами на основе шарнирного параллелограмма. Применение параллелограммных глубиномеров ограничено лишь влиянием на их показания неровностей поверхности почвы, комков, камней, растительных остатков.

Нами разработан глубиномер (а.с.СССР № 1586534), на показания которого указанные факторы практически не влияют.

Наиболее значительное влияние на тяговое сопротивление культиватора оказывает глубина обработки. Поэтому от точности ее измерения во многом зависит достоверность результатов экспериментальных исследований. Большинство глубиномеров, разработанных в этой связи, предназначены для орудий, имеющих жесткое крепление рабочих органов к раме. Принцип их действия заключаетея в измерении расстояния от рамы до поверхности почвы или до дна борозды. Для орудий с йндйвидуально-павадковой системой крепления рабочих органов к раме указанный способ неприемлем, т.к. глубина обработки такими орудиями определяется не только положением рамы, но и техническим состоянием, регулировками отдельных рабочих органов и их положением относительно следа трактора и колес орудия. Это диктует необходимость одновременного контроля глубины хода нескольких рабочих органов.

В связи с изложенным, нами был разработан и изготовлен глубиномер, позволяющий непрерывно контролировать и фиксировать среднюю глубину хода нескольких рабочих органов культиватора (а.с. № 1521316).

В главе приводится также методика проведения лабораторно-полевых исследований: подготовки агрегата и измерительных приборов к проведению опытов, выбора И подготовки участка, определения показателей, характеризующих услоййл проведения экспериментов, обработки экспериментальных данных, оценки и учета погрешности измерений.

Следует отметить, что в условиях полевого эксперимента не представляется возможным точное поддержание заданных уровнен варьирования факторов.

В связи с этим результаты экспериментов приводились к плановым уровням факторов. Для этого использовались частные модели, полученные методом наименьших квадратов до результатам экспериментов. При необходимости

корректировались и сами уровни факторов в соответствии с их фактическими значениями.

В пятой главе анализируются результаты экспериментального исследования сопротивления почвообрабатывающих машин, его статистических характеристик и глубины колеи опорных колес культиватора.

Для стерпи пшеницы, пласта многолетних трав и поля из-под кукурузы на черноземных и серых лесных почвах получены модели удельного сопротивления К., , среднего квадратического отклонения <т!!к и коэффициента вариации тягового сопротивления одного корпуса плуга. Модели К„ и а>к при размерных значениях переменных для стерни пшеницы на черноземах, например, имеют вид:

К„=248,59-11,31W+l,76M-29,09V-3,91H+0,33W2+2,61 V2+0,09H2-0,07WM-0,06WV+0,03MH . ' ' (28)

cTrk=0,7871-0>136W+0,0205M-0,0021V+0,0544H+0,004136W2+ 0,000147M2+0,0005V2+0,00004H2-0,0012WM'0,000.05WV-0,00154 WH+0,00208MV+0,000017MH-0,00006 VH (29)

В последних равенствах приняты следующие размерности величин: W й M - в %, V-км/ч, H - см.

Анатиз показал, что зависимость между К„ и механическим составом почвы линейна (рис. 2). Причем угол наклона прямой к оси абсцисс практически не зависит от типа почвообразования, а определяется агрофоном.

С повышением влажности почвы темп нарастания удельного сопротивления плуга Кп уменьшается (рис. 3). Это объясняется тем, что при повышении влажности на удельное сопротивление плуга*решающее влияние оказывают липкость и коэффициент трения почвы о сталь. Их значения при влажности почвы выше оптимальной резко возрастают.

С уменьшением влажности влияние механического состава почвы fia К„ возрастает из-за цементации ее илистыми и глинистыми частицами.

Зависимость удельного сопротивления плуга от влажности почвы на всех агрофонах имеет криволинейный характер, близкий к параболе. Причем характер кривой практически не зависит от агрофона и типа почвы, а определяется процентным содержанием в ней частиц размером менее 0,01 мм.

Как с увеличением содержания физической глины в почве (рис. 3), так и скорости движения агрегата минимум значения К„ достигается при более высокой влажности, что объясняется взаимовлиянием факторов W и M, W и V. отраженным в уравнении регрессии (28),

С использованием полученных моделей установлены диапазоны оптимальной влажности черноземных и серых лесных почв различного мехсостава.

Вк кПа

30" 3

20

10

Кп кПа

80

70

60

60

1 40

30

1 2 3

КпГ 2 /Г ___-

\\ х"

/Г

<о В к ъ] 3_/

45

50

55

60

65

м.з

Рис. 2. Изменение удельного сопротивления Кп, коэффициента вариации Зцк, среднего квадратического отклонения сопротивления одного корпуса плуга в заьисм ости от Механического состава черноземных (—:—) и серых лесных (—-— ) почв на стерне плеиицы (1), поле после кукурузы (2) и пласте многолетних трав (3) при Н = 20 см, У=5 км/ч и \У=20%.

при которых достигается наивысшая производительность пахотных агрегатов при минимальном расходе топлива.

Темп нарастания удельного сопротивления плуга по скорости зависит как от влажности, так и механического состава почвы, что связано с эффектами взаимодействия факторов М и V в уравнении регрессии (28). При высокой влажности почвы приращение К(, по скорости меньше, чем при низкой.

Рис.3. Изменение удельного сопротивления плуга К„ на черноземных (-) и

серых лесных (----) почвах в зависимости от их влажности V/ и механического состава М на стерне пшеницы при Н = 20 см и У=5 км/ч.

Таким образом, приращение удельного сопротивления плуга зависит не только от абсолютного значения его, как это принято считать, но и от физико-механических свойств почвы.

Зависимость удельного сопротивления плуга ог глубины вспашки на разных агрофонах как на серых лесных, так и на черноземных почвах близка к параболе. При этом форма кривой и глубина, при которой достигается наименьшее значение К„, зависят от предшественника.

В зависимости от влажности и мехсостава почвы удельное сопротивление плуга на пласте многолетних трав и поле после кукурузы выше соответственно на 18,1...30 и 1,1...12%, чем на стерне пшеницы.

Среднеквадратическое отклонение аик сопротивления одного корпуса плуга с увеличением содержания физической глииы М в почве (рис. 2), скорости движения V агрегата, глубины обработки Н и, следовательно, удельного и

тягового сопротивления плуга возрастает. Этим же объясняется расположение агрофонав на пахоте в порядке возрастания 0"як в следующей последовательности : стерня зерновых, поле из-под кукурузы, пласт многолетних трав.

Нарушение вышеуказанной прямой корреляционной связи между сопротивлением плуга и его средним квадратическим отклонением наблюдается, когда изменение сопротивления обусловлено изменением влажности почвы.

С повышением влажности почвы темпы роста Стцк по мере увеличения содержания в ней физической глины М замедляются из-за уменьшения силы сцепления между частицами почвы и повышения тем самым се однородности. С повышением содержания физической глины М в почве минимум удельного сопротивления плуга К„ (рис. 3) и среднего квадратического отклонения Снк смещается в сторону большей влажности.

Коэффициент вариации £>Кк сопротивления плуга с увеличением содержания в почве физической глины возрастает (рис. 2), что объясняется более быстрым ростом среднего квадратического отклонения Сткк по сравнению с удельным сопротивлением плуга К„. С увеличением влажности почвы темпы роста 9цк с повышением содержания в ней физической глины М возрастают, что объясняется снижением при этом темпов роста К„ (рис. 3).

Интенсивность роста по мере увеличения глубины пахоты Н отстает от темпов повышения Кп И в результате ЭКк падает. Снижение аик с ростом влажности почвы приводит к достаточно интенсивному падению при этом 9к.г

В порядке возрастания величины 9Кк агрофоны располагаются в следующей последовательности: поле из-под кукурузы, пласт многолетних трав, стерня зерновых (эта закономерность получилась недостаточно четкой лишь для 9цк =Г(М) (рис. 2). Последнее обстоятельство позволяет утверждать, что при достаточной однородности обрабатываемой среды (в данном случае это можно отнести к стерне зерновых и пласту многолетних трав) коэффициент вариации сопротивления плуга 9Кк при Прочих равных условиях будет минимальным на Том агрофоне, где сопротивление плуга больше. В нашем случае из этого правила выпадает поле Из-под кукурузы.

Это объясняется, на наш взгляд, тем, что во время уборки данной культуры отдельные участки поля сильно уплотняются уборочными и тяжелыми транспортными агрегатами. В результате однородность почвы нарушается и среднее квадратическое отклонение сг[(к в расчете на единицу сопротивления плуга, т.е. коэффициент вариации Эцк получается минимальным не на пласте многолетних трав (где К„ больше), а на поле из-под кукурузы.

Анализ показал, что разница между величинами коэффициентов вариации сопротивления одного корпуса плуга 9^ на различных агрофонах не превыша-

ет 10%. Отсюда следует, что, во-первых, характер изменения коэффициента вариации в зависимости от тех или иных факторов достаточно изучать на основном агрофоне для конкретной зоны (региона). Во-вторых, полученную зависимость можно использовать при обосновании эксплуатационных параметров пахотных агрегатов на всех агрофонах.

Получены адекватные с вероятностью 95% математические модели твердости Р (МПа) и коэффициента объемного смятия ч (Н/см3) почвы в следующем виде:

Р=10Л, (30)

где А=-6,79+0,19М-7>35'10"2Мр-7,45,10'4М2-0,0010б-\у2+2,404,р2,

4=10", (31)

где В=-7,78-Ю,282-М-ОДИ 13-М-\У-9,55б'10-2М'р-0,001 НМг+3,21ра.

Зависимость твердости и коэффициента объемного смятия от влажности почвы практически линейна. Частные зависимости Р=Г(р) и с|=<р(р) имеют нелинейный характер, причем со снижением влажности почвы влияние плотности на твердость и коэффициент объемного смятия растет.

Получены адекватные (с вероятностью 95%) модели тягового сопротивления Лм и коэффициента его вариации 9ы Для культиваторов:

КПС-4:

Ям=(0,853Н+0,173У2-4,22) р()+15,1Р, (32)

Эк« =30,38-1,06Н-0,44У+(80-15,5Н+20У)^, (33)

КПЭ-3.8А:

Ям=(0,87Н+0,274У2-1,245) р0+(0,5Н-3,57)Р, (34)

Зим =42,03-1,46Н-2,92У+(2,78Н+14,1 У-65,7)—, (35)

А)

Анализ моделей (32...35) позволяет сделать следующие выводы:

1. Глубина обработки почвы Н оказывает решающее влияние на энергетические свойства культиваторов КПС-4 и КПЭ-3.8А. Причем частные зависимости тягового сопротивления и коэффициента его вариации (рис. 4) от глубины обработки имеют линейный характер.

2. Зависимость Им от скорости движения V в первом приближении можно также считать линейной.

3. Тяговое сопротивление культиваторов существенно зависит от физико-механических свойств почвы. С увеличением плотности р практически линейно возрастает тяговое сопротивление. Причем влияние р на Ям более существенно при малых значениях влажности почвы и на больших глубинах ее обработки При большой глубине обработки и на плотной почве зависимость !*„=("(№) для культиватора КПЭ-3,8А имеет параболический характер с выраженным мини

Рис.4. Зависимость коэффициента вариации Зк„ тягового сопротивления культиватора КПС-4 от твердости почвы Р и глубины ее обработки Н (У=2,5 м/с, Р = 1Д г/см3, V/ =24%).

мумом, однако изменения Л„ очень несущественны. Это обусловлено сочетанием снижений сопротивления рабочих органов (по мере увеличения влажности) с ростом сопротивления качению опорных колес орудия.

4. В исследованной области определения факторов значение тягового сопротивления культиватора КПС-4 изменяется в диапазоне 3,1...15,1 кН, а культиватора КПЭ-3.8А - в диапазоне 8,2...27,3 кН, в пересчете на удельное сопротивление это составляет соответственно 0,78...3,78 кН/м и 2,1...7,0 кН/м. Необходимо отметить, что диапазон удельного сопротивления КПС-4 существенно шире диапазонов, рекомендуемых другими авторами (1,2...3,0 кН/м).

5. Коэффициент вариации тягового сопротивления с увеличением твердости почвы при милой глубине обработки растет (рис. 4), а при большой глубине снижается. Это объясняется тем, что при малых Н с увеличением твердости и, соответственно, коэффициента объемного смятия пйчвы уменьшается глубина колеи опорных колес, и влияние неровностей поверхности почвы на размах колебаний тягового сопротивления усиливается. С увеличением же глубины обработки растет вертикальная нагрузка на опорные колеса, и уменьшается влияние неровностей на глубину хода рабочих органов и на размах колебаний сопротивления. Наряду'с этим, одновременное увеличение глубины обработки и твердости почвы приводит к резкому повышению среднего тягового сопротивления. В силу указанных причин коэффициент вариации сопротивления в наиболее тяжелых условиях работы культиватора снижается.

6. Скорость движения агрегата на коэффициент вариации сопротивления влияет незначительно.

7. Коэффициент вариации тягового сопротивления культиватора КПС-4 изменяется в пределах от 10 до 30%, а более тяжелого 1СПЭ-3.8А • от 13 до 25"..

В результате обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получены модели (адекватные с вероятностью 95%) глубины колеи 1т (см) опорных колес культиваторов'.

1г--4.11-0,182ч Ю,328Ц-У-0,009.61<]Н-)0,00491с]1- КПС-4) (К.)

II 1,5-0,093(1+0,352П-0,00546ч»+0,00144с12-0,085У-г(КП:>-Л,8Л) (37)

Абсолютные ошибки прогноза величины К по моделям (36) к (37) не превышают 0,5 см; что вполне приемлемо для решаемой задачи.

Анализ показывает, что на глубину колеи наиболее существенное влияние оказывает коэффициент объемного смятия почвы. Частные зависимости Ь- Ас]) нелинейны. От глубины обработки и скорости движения агрегата глубина колеи Ь изменяется практически но линейной зависимости. Глубина обработки оказывает наиболее существенное влияние на 1т на мягкой почве, т.е. при малых с]. Глубина колеи тяжелого культиватора КПЭ-3,8А меньше зависит от скорости движения, чем глубина колеи более легкого КПС-4. В зависимости от условий и режима работы орудия глубина колеи опорных колес изменяется в следующих пределах: 1г- 0,7...5,8 см (К11С-4|и 1т;0,4. .6,5 см (КПЭ-3.8А).

Шепти_глав!} посняшена оптимизации составов агрегатов и совершенствованию нор.машвов машиноиспользования с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Производственная проверка в 14 хозяйствах, расположенных в различных

зонах Республики Башкортостан, показала, что значения удельного сопротивления плуга, вычисленные по установленным нами моделям и определенные экспериментальным путем, отличаются не более, чем на 10,5%. Контрольные опыты показали, что ошибка прогноза величин сопротивления культиватора и коэффициента вариации сопротивления не превышает 12%.

. Установлена функциональная связь между удельным сопротивлением плуга со скоростными Кпс< и стандартными корпусами К„ст в зависимости от скорости движения V:

Кпи/Кп^О.вбб-О.ОЗгУ+ОДШУ2 (38)

Разработан алгоритм расчета технико-экономических показателей почвообрабатывающих агрегатов с учетом вероятностной природы условий их функционирования. При этом оптимальная степень загрузки трактора определялась по методике Л.Ё. Агеева. Среднее квадратИческое отклонение сопротивления Чр^п, й коэффициент его вариации Эяа(л) вычислялись по полученным математическим моделям.

С использованием установленных зависимостей величины ствдп) и Эца(г,) корректировались с учетом количества машин-орудий (корпусов плуга) в агрегате. Величина Ркр.опт вычислялась непосредственно в процессе выполнения программы (что Исключает необходимость нахождения экстремального значения аргумента 1 н функции Лапласа).

Наряду со сменной производительностью погектарным расходом топлива 0 для культиваторных агрегатов определялись интегральные затраты на гектар Си:

Си = Сп + Су + Сс, (39)

где Сп , Су , Сс - соответственно приведенные затраты, потери урожая из-за переуплотнения почвы й изменения сроков выполнения работ в расчете на один га. На рис. 5 приведены показатели культиваторных агрегатов с трактором Т-4А. Из этого рис. видно, что четырехкультиваторный агрегат не имеет существенных преимуществ перед трехкультиваторным. Трехкультиваторный агрегат по сравнению с двухкультйватерным на Всем диапазоне изменения глубины обработки имеет меньшие интеграпьнЫе затраты (из-за меньшего уплотнения почвы) и является более предпочтительным. Такой характер изменения показателей агрегатов сохраняется и в других условиях работы.

К аналогичным выводам приводит анализ показателей агрегатов и с трактором Т-150К. Однако тяговые возможности этого трактора не обеспечивают работоспособность с тремя КПС-4 на всем диапазоне глубины обработки. С трактором Т-4А нецелесообразно и агрегатирование трех культиваторов (СПЭ-3,8А при глубинах обработки более 10 см. В свою очередь, двухкультиватор

Рис.5. Зависимость сменной производительности прйведенных затрат С„, потерь от уплотнения почвы С„ потерь от увеличения сроков работ С, й интегральных затрат С„ агрегатов на базе трактора Т-4А от глубины обработки Н (М=45%, р= 1,15 г/см3; АУ=24%, а=0°; Ь=800м):

2,3,4 - число культиваторов КПС-4 с боронами БЗСС-1,0.

ные агрегаты (как с КПС-4, так и t КПЭ-3,8А) в пределах их работоспособности всегда предпочтительнее однокультиваторных ввиду существенной разницы в производительности, достигающей 70% и значительно меньшего переуплотнения почвы.

Таким образом, могут быть реализованы два подхода к комплектованию культиваторных агрегатов;

1. Количество культиваторов в агрегате с трактором данной марки варьируется в зависимости от условий работы.

2. Тракторы агрегатируются с максимальным (постоянным) числом орудий, обеспечивающим работоспособность агрегата на всем диапазоне варьирования условий работы и глубины обработки в хозяйстве.

Анализ показывает, что более предпочтителен второй вариант. Таким образом, критерий оптимальности состава культиваторных агрегатов может быть сформулирован как максимальная по тяговым возможностям трактора ширина захвата при максимальной для хозяйства глубине обработки.

Разработаны номограммы для выбора оптимальных по обоснованному критерию составов культиваторных агрегатов с учетом мехсостава, влажности, глубины обработки почвы и угла склона Поля.

С использованием модели глубины опорных колес культиваторов разработаны номограммы для определения толщины регулировочных прокладок под опорные колеса орудий с учетом глубины культивации, влажности, мехсостава, плотности почвы, что существенно увеличивает вероятность соответствия фактической глубины обработки требуемой.

Анализ технико-экономических показателей пахотных агрегатов показывает, что в rex случаях, когда возможна работа с плугами разных марок, более высокая производительность, низкие прямые затраты и удельный расход топлива обеспечиваются при большей ширине захвата плуга. Такие составы агрегатов и будут оптимальными (рациональными) для данных условий работы.

В настоящее время 6 качестве типового принимается значение удельного сопротивления плуга при средней многолетней влажности почвы. При близком расположении илу совпадении средней многолетней WCXL., и оптимальной Wom-влажности почвы, что характерно, например, для Республики Башкортостан, удельное сопротивление плуга при средней многолетней влажности почвы не соответствует средним условиям работы пахотных агрегатов. Так, средняя многолетняя влажность почвы в Баймакском опытом хозяйстве НПО "Башкирское" Wcwn=2!,7% (рис. б) близка к оптимальной. WMlr - 22,9%. Соответствующее WCM„ значение удельного сопротивления плуга Кпн. которое

Рис.6. Изменение средней влажности W тяжелосуглинистого чернозема Баймакского ОГТХ и удельного сопротивления плуга 1С,, за 1965-1972 годы: Кп -экспериментальное, К,1£Ш -• среднее многолетнее и Кпн - нормативное значение.

должно быть принято как типовое, составляет 54 кН/м2. Среднее многолетнее же значение Кпсмл по результатам прямого динамометрированин плуга равно 60,7 к11/м2. При Кт,=54 кШм2 хозяйство по пахотным работам относится к 111 группе норм. Если в качестве типового принять К,, смл =60,7 кН/м2, то хозяйство попадает в 1У реальную группу норм.

С учетом вышесказанного, в качестве типового мы предлагаем принять Кпсмл- Величина Кпсш может быть определена как среднеарифметическая по результатам прямого динамометрировация плуга за ряд лет (рис. 6). Искомую величину можно также рассчитать по формуле :

сил " KnworiTHWnp-WonT) aWcpl (40)

где Kriv,0]rr - удельное сопротивление плуга при оптимальной влажности почвы;

а»ср" среднее приращение удельного сопротивления плуга при изменении влажности почвы на один процент;

- приведенная влажность почвы.

В качестве \Уи,, приниматся такая условная влажность почвы \Упр>\Лг0|и, При КОТОРОЙ Кп К„ смл ■

Приведенная влажность почвы вычисляется по формуле :

^/^„^^¿^¡-Шопт/, (41)

п 1=1

где - значения средней влажности почвы за период

вспашки зяби по годам за п=4...7 лет.

Значение К„смл. рассчитанное по формуле (40) для Баймакского опытного хозяйства равно 60,1 кПа и практически совпадает со средним многолетним значением (60,7 кПа), определенным по результатам прямого динамометриро-ваиия плута (рис. 6).

В работе приводятся значения оптимальной, приведенной влажности почв, рассчитанные по полученным моделям и зависимостям, а также нормативное значение удельного сопротивления плуга для основных почв по зонам Республики Башкортостан. Разработана также методика корректировки норм выработки и расхода топлива с учетом физико-механических свойств почвы. Установлены диапазоны влажности почвы, соответствующие им нормативные значения Кш и группы норм выработки и расхода топлива на пахоте.

В седьмой главе оценен экономический эффект от внедрения результатов исследования в производство. За счет совершенствования распределения агрегатов Но операциям, сокращения трудоемкости и повышения точности определения удельного сопротивления плуга, оптимизации эксплуатационных параметров почвообрабатывающих агрегатов в условиях Республики Башкортостан может быть получен годовой экономический эффект около 100 млн. (в ценах 1991 г.) рублей.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Известные методы и критерии оптимизации эксплуатационных параметров почвообрабатывающих агрегатов не находят широкого практического применения ввиду их сложности и недостаточно полного учета отдельных факторов, в частности, влияния физико-механических свойств почвы, агрофоиа, скорости движения к количества машин-орудий в агрегате на величину и статистические характеристики его тягового сопротивления.

Известная математическая модель распределения агрегатов по операциям не обладает универсальностью, позволяющей расставить их по видам работ как при недостатке, так и избытке ресурсов. Применяемые при этом критерии оптимизации (минимум прямых затрат и расхода топлива) обеспечивают миними-

¡¡шиш расхода денежно-материальных ресурсов только за счет снижения (на 12. .1 3% w условиях представительного для Республики Башкортостан хозяйства) работоспособности машимно-тракториого парка практически до минимально возможного (15,6%) предела.

2. Разработаны модель и критерий оптимизации, позволяющие распределить агрегаты по видам работ как при нехватке, гак и избытке ресурсов, определить фактическую продолжительность периодов в обоих случаях и попутно решить задачу доукомплектования парка (при сохранении в Нем процентного соотношения между тракторами различных марок) для выполнения работ в запланированные сроки.

Предложенный критерий максимума суммы выполненных долей работ (минимума продолжительности выполнения операций) о условиях представительного для Республики Башкортостан хозяйства позволяет на 12... 13% сократить продолжительность выполнения операций в осенний напряженный период, что равносильно увеличению тракторного парка на такую же величину без дополнительных капиталовложений. Прямые затраты н расход топлива на выполнение работ при критериях максимума наработки, минимума прямых затрат и расхода топлива практически одинаковы. Однако при распределении агрегатов по первому критерию около половины затрат па нолевые механизированные работы компенсируется выручкой от реализации дополнительной продукции, получаемой благодаря сокращению продолжительности операций.

Прямые затраты и расход топлива при распределении агрегатов по предложенным нами критериям максимума доли работ па рубль затрат и кг израсходованного топлива соответственно на 1,8 и 4,7% ниже, а фактическая продолжительность выполнения операций на 6 и 8% меньше, чем но критериям минимума прямых затрат и расхода топлива. Расчеты показывают, что благодаря такому сокращению сроков работ будет получена дополнительная продукция на сумму, равную примерно четверги прямых затрат на выполнение полевых механизированных работ

Разработана методика приведения получающейся при предложенных двух последних критериях задачи дробно-линейного программирования к задаче линейного программировании.

3. Характер изменения плотности распределения сопротивления почвообрабатывающих агрегатов при прочих равных условиях зависит от количества машин-орудий (корпусов плуга) в его составе. Это распределение подчиняется нормальному закону, начиная с определенного числа корпусов (машин-орудий; в зависимости от физико-механических свойств почвы, глубины обработки, аг-рофона, скорости движения агрегата и принятого уровня значимости. Принятие

нормального закона (вместо фактического) распределения сопротивления 3. ..10 корпусных плугов и культиваторных агрегатов с 1...5 орудиями лает ошибку в расчетах его величины соответственно 0,1.„2,1 и 0,2...5,5% (в зависимости от количества корпусов или культиваторов), что практически не влияет на точность оценки режима работы агрегата.

С использованием отдельных положений теории вероятности установлены зависимости для оценки и учета влияния количества машин-орудий (корпусов плуга) на статистические характеристики сопротивления ai peí a ra.

4. По результатам идентификации почвообрабатывающих машин с учетом вероятностной природы условий их функционирования и многофакторных экспериментов получены модели:

- удельного сопротивления плуга на основных агрофонах (стерня зерновых, поле из-под кукурузы, пласт многолетних трав) и типах почв (черноземы, серые лесные) Республики Башкортостан;

- тягового сопротивления, глубины колеи опорных колес культиваторов на паровом поле; поле, подготовленном под посев и на стерневом фоне черноземных почв;

- твердости и коэффициента объемного смятия почвы на средне и тяжелосуглинистых черноземах;

- среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации тягового сопротивления одного корпуса плуга и культиватора на перечисленных агрофонах.

5. Установлено, что характер изменения удельного сопротивления плуга в зависимости от тех или иных факторов практически не зависит от типа почвообразования, а в решающей степени определяется содержанием п почве физической глины, т.е. частиц размером менее 0,01 мм.

На всех исследованных агрофонах удельное сопротивление плуга в зависимости от механического состава почвы растет по прямо пропорциональной зависимости. При этом по величине возрастания темпов прироста удельного сопротивления плуга агрофоны располагаются в следующем порядке: стерня пшеницы, поле из-под кукурузы, пласт многолетних трав.

Приращение удельного сопротивления плуга по скорости зависит не только от абсолютного значения его, но и физико-механических свойств почвы.

На всех агрофонах зависимость между удельным сопротивлением плута и влажностью Почвы близка к параболе. Причем минимум удельного сопротивления плуга достигается практически при одной и той же влажности. С увеличением содержания в почве физической глины и скорости движения агрегата этот минимум смещается п сторону большей влажности

Характер изменения тягового сопротивления культиваторов в зависимости от влажности почвы зависит от ее физико-механических свойств, глубины обработки, марки орудия. Явно выраженная параболическая зависимость между его сопротивлением и влажностью почвы наблюдается лишь при большой глубине обработки и плотности почвы.

Установлены диапазоны оптимальной влажности и соответствующие им наименьшие значения удельного сопротивления плуга для черноземов и серых лесных почв для составления картограмм полей по оптимальной влажности, при которой обеспечивается наиболее производительная работа пахотных агрегатов при наименьшем расходе топлива.

Зависимость между удельным сопротивлением плуга и глубиной пахоты на всех агрофонач близка к параболе. При этом координаты вершины параболы (наименьшее значение удельного сопротивления плуга) и крутизна ее ветвей зависят от агрофона. Наименьшее значение удельного сопротивления плуга на стерне пшеницы и поле после кукурузы имеет место при глубине вспашки 22 см, на пласте многолетних трав - при 24 см. Как при уменьшении, так и увеличении глубины пахоты на последнем агрофоне удельное сопротивление растет более интенсивно, чем на первых двух. Это объясняется большей плотностью почвы в низших слоях и увеличением влияния дернины на удельное сопротивление плуга с уменьшением глубины пахоты.

Тяговое сопротивление культиваторов в зависимости от глубинь! обработки возрастает по линейной зависимости.

Соотношение между значениями удельного сопротивления плуга на различных агрофонах зависит от влажности, механического состава почвы, глубины пахоты и скорости движения агрегата. В связи с этим, корректировка удельного сопротивления плуга в зависимости от агрофона при помощи постоянных коэффициентов, как это рекомендуется некоторыми исследователями, приводит к существенным погрешностям.

б. С повышением скорости движения агрегата, глубины обработки и содержания физической глины в почве (при постоянной влажности), т.е. с увеличением сопротивления почвообрабатывающих машин его среднее квадратиче-ское отклонение возрастает. Этим же объясняется расположение агрофонов на пахоте в порядке возрастания среднего квадратического отклонения сопротивления плуга в следующей последовательности: стерня зерновых, поле из-под кукурузы, пласт многолетних трав. Нарушение вышеприведенной связи между сопротивлением плуга и его средним квадратическим отклонением наблюдается, когда изменение сопротивления обусловлено изменением влажности почвы. В данном случае при увеличении влажности до оптимальной сопротивле-

иие машины и, следовательно, его среднее Квадратическое отклонение уменьшаются. По мере дальнейшего увеличения влажности почвы из-за запинания рабочих органов сопротивление плуга возрастает. Однако при этом усилие, затрачиваемое на деформацию почвы и среднее квадратическое отклонение сопротивления машины, продолжают падать, хотя и менее интенсивно. Лишь при достижении определенной влажности, когда дробление (деформация) почвы затрудняется, неравномерность сопротивления машины возрастает и наблюдается рост его среднего квадратического отклонения.

С увеличением влажности почвы из-за интенсивного падения среднего квадратического отклонения сопротивления коэффициент вариации его падает, несмотря на снижение сопротивления плуга до оптимальной влажности.

Коэффициент вариации сопротивления плуга с увеличением содержания в почве физической глины возрастает, что объясняется более быстрым ростом среднего квадратического отклонения сопротивления по сравнению с его абсолютным значением. Аналогичная картина наблюдается и с ростом скорости движения агрегата до 7 км/ч. При дальнейшем повышении скорости на стерне зерновых и пласте многолетних трав наблюдается снижение коэффициент вариации сопротивления, а на поле из-под кукурузы - его дальнейший рост. Как правило, с ростом тягового сопротивления культиваторов, а также плуга вследствие увеличения глубины пахоты коэффициент вариации сопротивления падает из-за возрастания среднего квадратического отклонения последнего более медленными темпами, чем абсолютная величина сопротивления. Отклонение от этой закономерности наблюдается при малой глубине культивации.

В этом случае с увеличением твердости почвы и, следовательно, сопротивления машины коэффициент его вариации возрастает. Последнее объясняется уменьшением глубины колеи опорных колес По мере роста твердости почвы и усилением влияния неровностей поверхности поля на размах колебаний и, следовательно, рост среднего квадратического отклонения тягового сопротивления.

Максимальная разница между величинами коэффициентов вариации сопротивления плуга на различных агрофонах не превышает 10%. Поэтому для всех агрофонов можно пользоваться моделью коэффициента вариации для стерни зерновых, занимающей по величине статистических характеристик сопротивления среднее положение среди агрофонов.

7. По результатам производственных опытов, проведенных в разных зонах республики, доказана справедливость полученных моделей для косвенного определения удельного сопротивления при изменении влажности почвы от 15.3 де 28.4%. механического состава от 24,8 до 69,9%, скорости движения от 4.1 до

6,1 км/ч и глубины пахоты от 19,6 до 29,4 си.

Установлена эмпирическая зависимость для вычисления удельного сопротивления плугов со скоростными корпусами па известной величине этого параметра при стандартных корпусах.

Контрольные опыты показали, что модели для определения сопротивления, коэффициента его вариации, глубины колеи опорных колес культиваторов обеспечивают достаточную для практики точность расчетов эксплуатационных параметров и показателей работы культиваторных агрегатов на средне и тяжелосуглинистых черноземах при изменении влажности почвы от 18,3 до 30,4%, глубины обработки от 6 до 12 и от 8 до 16 см (соответственно для КПС-4 и КГ1Э-3,8А), скорости движения от 6 до 12 и от 5 до 10 км/ч.

8. Алгоритм, разработанный с использованием формализованных экспериментальными исследованиями механических свойств почвы, энергетических свойств почвообрабатывающих машин и количества их в агрегата позволил установить закономерности изменения показателей работы и выбрать оптимальные составы агрегатов в различных условиях эксплуатации.

Влияние последних обуславливает изменение удельного сопротивления культиватора КПС-4 в диапазоне 0,8...3,8 кИ/м, коэффициента вариации тягового сопротивления 10...30%, глубины колеи опорных колес - 0,7.. 5,8 см, для культиватора КПЭ-3.8А - соответственно 2,1...7,0 кН/м, 13...25% и 0,4.. 6,5 см.

Удельное и тяговое сопротивление трехкорпусного плуга на черноземах при глубине пахоты 27...30 см в зависимости от мехсостава, влажности почвы варьирует в пределах соответственно 45...79 кПа и 14,1...24,9 кН на стерие зерновых и 47,1...89 кПа и 14,8...28 кН на пласте многолетних трав. При этом величина отношения максимального и среднего значения сопротивления плуга уменьшается о 1,56 при трех корпусах до 1,33 при девяти корпусах.

9. Установлено, что в условиях Республики Башкортостан обобщающему критерию эффективности МТА- максимуму прибыли хозяйства - как правило, соответствуют широкозахватные культиваторные агрегаты. В связи с этим, предложен критерий выбора числа орудий для трактора - максимум ширины захвата при максимальной глубине обработки, предусмотренной техноло! пей возделывания культур в хозяйстве. Применение предложенного критерия и соответствующих номограмм исключает необходимость расчета производительности и других технико-экономических показателей при обосновании состава агрегата.

Для хозяйств со средним классом длины гона 200...300 м и менее, а гакже при незначительной площади пашни число орудий в агрегате следует брать на единицу меньше, чем найденное по указанному критерию.

10. Показано, что удельное сопротивление плуга при средней многолетней влажности почвы, принимаемое за нормативное, не отражает объективные условия работы пахотных агрегатов. В связи с этим в качестве нормативного предложено принять среднее многолетнее значение удельного сопротивления плуга. Разработана методика и по Ней рассчитаны нормативные значения удельного сопротивления плуга для различных зон Республики Башкортостан.

С использованием полученных моделей сопротивления разработана методика корректировки норм выработки Н расхода топлива МТА с учетом влажности почвы.

11. Имеющая место на практике завышенная относительно агротребова-ний глубина культивации существенно ухудшает показатели широкозахватных агрегатов. Повышению вероятности соблюдения заданной глубины обработки и, следовательно, агротехнических требований способствует регулировка культиваторов на стационаре перед выездом в поле с учетом условий и режима функционирования агрегата, т.е. с использованием полученной нами модели глубины колеи опорных колес орудия. При этом более чем на 10% снижаются интегральные затраты на культивацию почвы.

12. Разработанные устройства для контроля глубины хода рабочих органов почвообрабатывающих машин повысили информативность и объективность опытных данных и рекомендуются для использования при разработке автоматизированных систем стабилизации глубины обработки почвы.

Зависимости для (вычисления статистических характеристик сопротивления почвообрабатывающих машин, полученные по результатам многофакторных экспериментов, позволяют определить диапазон варьирования тягового сопротивления в различных условиях работы и рекомендуются для использования при конструировании и районировании плугов и культиваторов.

13. Использование при распределении агрегатов критерия максимума наработки вместо критериев минимума прямых затрат и расхода топлива в условиях представительного для Республики Башкортостан хозяйства дает экономию средств й размере соответственно 2,95 и 3,11 руб в расчете на га у.п. В этих же условиях критерии максимума доли работ на рубль затрат и кг израсходованного топлива по сравнению с критериями минимума прямых затрат и расхода топлива обеспечивают экономию средств соответственно 1,77 и 2,84 руб на га у.п.

Модели удельного сопротивления плуга, методика и рассчитанные по ней нормативные значения удельного сопротивления по зонам Республики Башкот-ростан позволяют более обоснованно выбирать эксплуатационные параметры агрегатов, нормы выработки и расхода топлива на пахоте.

Исключение динамометрирования и повышение точности применяемых норм дают экономию средств 0,35 руб. в расчете на гектар пашни.

Оптимизация эксплуатационных параметров культиваторных агрегатов позволяет повысить их производительность на 18...38% it на 42% снизить интегральные затраты на предпосевной культивации в условиях представительного для Республики Башкортостан хозяйства. Это позволяет экономить 7,06 руб на каждом гек-гаре пашни.

Использование результатов исследований в сельскохозяйственном производстве Республики Башкортостан дает годовой экономический эффект порядка 100 млн руб {в ценах 1991 года).

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Дорин Н.П., Баширов P.M. Эффективнее использовать технику. // Степные просторы, 1971 ,-№9.С.37-38.

2. Баширов P.M., Дорин Н.П., Хабиров А.Х., Чумало Н.В. Опыт производительного использования машинно-тракторных агрегатов.-Уфа, Башкиигоиз-дат, 1971.-158с.

3. Баширов P.M., Хабиров Р.Х. Эффективнее использовать время смены. //Степные просторы, 1975.6. С.8-10.

4. Баширов P.M., Хабиров Р.Х. Исследование эксплуатационной надежности машинно-тракторных агрегатов в условиях Башкирской АССР. // Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб. научн. тр. / МСХ СССР, Ульяновский СХИ - Уфа, 1976.-С.11-19.

5. Баширов P.M., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. К вопросу дифференциации норм наработки и расхода топлива с учетом старения машин. Там же -С.22-28.

6. Баширов P.M. Повышение эффективности использования машинно-тракторного парка.-В кн.: Система ведения с/х-ва по зонам БАССР.-Уфа, Баш-книгоиздат, 1976.-С.379-385.

7. Баширов P.M., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. Старение машин и дифференциация норм выработки и расхода топлива. II Техника в сельском хозяйстве, 1976.-№12. С.47-49.

8. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Косвенный метод определения удельного сопротивления плугов // Информационный листок №365-77 Башкирск. Ц1Ш1-Уфа, 1977,-Зс.

9. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. К методике определения нормативного значения удельного сопротивления плуга. // Эксплуатация и ремонт с:х техники: Сб. научн. тр. / МСХ СССР, Ульяновский СХИ.-Куйбышев, 1978.-С 80-84

10. Баширов P.M., Хабиров P.X. Использование стареющей техник». // Степные просторы, 1979 ,-№З.С.53-55.

11. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Нормирование пахотных работ. // Техника в сельском хозяйстве, 1979.-№10.С.53-55.

12. Баширов P.M., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. Методика дифференциации норм наработки и расхода топлива с учетом старения машин поэлементным методом. // Совершенствование конструкции и ремонт с.х. техники: Сб. научи, тр. /МСХ СССР. Ульяновский СХИ.- Ульяновск, 1979.-С.47-49.

13. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Исследование сопротивления плугов методом планирования экспериментов.//Мех. и электр. сел. х-ва, 1979.-№3. С.9-11.

14. Баширов P.M., Хабиров А.Х., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. Повышение эффективности использования МТП. / Повышение эффективности с.х. производства Башкирии в условиях его индустриализации.-Уфа,1980.-С. 113-118.

15. Баширов P.M. Пути повышения эффективности использования МТП.-В кн.: Повышение эффективности использования МТП.-Уфа, Башкнигоиздат, 1981,- С.26-55.

16. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Обоснование и исследование математической модели удельной энергоемкости вспашки. // Совершенствование методов эксплуатации и ремонта с.х. техники: Сб. научи, тр. / МСХ СССР, Ульяновский СХИ,- Уфа, 1982.-С.11-17. '

17. Баширов P.M., Пустовой Г.В. Нормирование пахотных работ с учетом возраста машин. Там же. С. 17-28.

18. Давлетшин М.А., Баширов P.M., Хамитов З.С. и др. Комплексная механизация земледелия. / Научно обоснованные системы земледелия по зонам Башкирской АССР на 19S1 ...1985 гг.- Уфа, Башкнигоиздат, 1982,- С. i 08-1 15.

19. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Типовое значение давления плуга. //' Мех. и электр. сел. х-ва, 1983.-№5. С.58-59.

20. Баширов P.M., Хабиров А.Х., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. Повышение эффективности использования с.х. техники с учетом ее старения.- Уфа, 1983,- С.48.- Рукопись представлена Башкирским с.х. институтом. Деп. в ВНТИЦ в 1983, №0283. 0073130.

21. Баширов P.M., Хабиров Р.Х. Экономно расходовать нефтепродукты. // Уральские нивы, 1984.-№11. С.55-56.

22. Баширов P.M., Пустовой Г.В. Дифференциация нормативов использования тракторов с учетом их старения. // Методы улучшения эксплуатации и ремонта с.х. техники: Сб. научн. тр. / МСХ СССР, Ульяновский СХИ - Ульяновск. 1985,-С.17-26.

23. Баширов P.M. Совершенствование распределения тракторов по видам

работ// Ипф. листок №241-87 Башкирок. ЦНТИ.-Уфа, 1987.-4 с.

24. Баширов P.M., Юсупов И.Ф. Совершенствование агрегатирования тракторов на пахоте // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции: Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня с.х. машин,- М..1987.- С.42-43.

25. Баширов P.M., Хабиров А.Х., Хабиров Р.Х., Пустовой Г.В. Разработать и внедрить нормативы машиноиспользования с учетом срока эксплуатации машин и динамичности других нормообразующих факторов,- Уфа, 1987.-70с -Рукопись представлена Башкирским с.х, институтом, Деп. в ВНТИЦ в 1987, №0287.006808.

26. Баширов P.M., Хабиров Р.Х. Совершенствование оценки качества выполнения полевых механизированных работ. // Совершенствование конструкции с.х. техники: Сб. научи, тр. / Госагропром СССР, Ульяновский СХИ.-Уфа,

1988.-С. 10-13.

27. Баширов И.Д., Гафуров И.Д. Алгоритм расчета пахотного агрегата. Там же,- С. 46-51.

28. А с. 1521316 СССР, МКИ4 А 01 В 63/144. Устройство для контроля глубины хода рабочих органов / P.M. Баширов, И Д. Гафуров. (Опубл. в БИ

1989. №42).

29. Баширов P.M. Повышение работоспособности МТП за счет распределения агрегатов по видам работ. // Совершенствование конструкции И методов повышения работоспособности с.х. техники: Сб. научи, тр. / Госагропром СССР, Ульяновский СХИ,- Уфа, 1989.-C.4-11.

30. Баширов P.M., Гафуров И.Д. Расчет на ЭВМ оптимального режима и показателей работы агрегата. Там же. С.26-30.

31. А.с. 1586534 СССР, МКИ4 А 01 В 17/00. Устройство для измерения глубины хода рабочего органа сельскохозяйственного орудия /P.M. Баширов, И.Д. Гафуров . (Опубл. в БИ 1990, №31).

32. Баширов P.M., Гафуров И.Д. Определение оптимального состава и нормативных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на диалоговой ЭВМ // Инф. листок №92-90 Башкирск. ЦНТИ - Уфа, 1990-4с:

33. Баширов P.M. Обоснование оптимального состава МТП и плана использования агрегатов: Учебн. пособ,-Ульяновский и Башкирский СХИ, Уфа,

1990.-77с.

34. Авальбаев М.С., Байрамгулов Ю.Г., Баширов P.M., Иофинов А.Л Техническое обеспечение интенсивных технологий возделывания с.х. культур - ' В кн : Научно обоснованные системы земледелия по зонам Башкирской АССР -Уфа, Башкнигоиздат, 1990.-С, 142-149*

35. А.с. 1644751 СССР, МКИ5 А 01 В 71/02. Устройство для контроля и регулировки положения рабочих органов культиватора / P.M. Баширов , II.Д. Гафуров. (Опубл. в БИ 1991, №16).

36. Баширов P.M. Использование техники./ Система ведения агропромышленного производства по зонам Башкирской АССР.-Уфа,1991,- С.387-391.

37. А.с. 1709931 СССР, МКИ5 А 01 В 63/00. Устройство для контроля и регулировки положения рабочих органов культиватора в полевых условиях / Баширов Р.М., Гафуров И.Д.(БИ 1992, №5).

38. А.с. 1813322 СССР, МКИ5 А 01 В 71/02. Устройство для контроля и регулировки положения рабочих органов культиватора в полевых условиях / Баширов P.M., Гафуров И.Д.(БИ 1993, № 17).

39. Баширов P.M., Юсупов И.Ф., Байрамгулов 10.Г. Математическая модель удельного сопротивления плуга на пласте многолетних трав. // Совершенствование конструкции, методов эксплуатации и ремонта с.х. техники: Сб. на-учн. тр. / АНРБ, МСХ и П РФ, Башгосагроуниверситет.- Уфа, 1995,- С.19-21.

40. Баширов P.M., Гафуров И.Д. Исследование динамики тягового сопротивления культиватора. Там же. С.22-24.

41. Баширов P.M., Пустовой Г.В. Влияние срока службы тракторных двигателей на их мощносгные показатели. Там же. С.58-61.

42. Баширов P.M. Техническое обеспечение интенсивных технологий возделывания с.х. культур: использование техники.-В кн.: Основные направления ведения агропромышленного производства в РБ, РАСН, АН РБ, МС и П РБ.- Уфа, 1994,- С.107-110.

43. Баширов P.M. Резервы экономии топлива и смазочных материалов. // Сельские узоры, 1995,- №2. С.10-11; №3. С.8-9;№4. С.8-9;№6. С.8-9.

44. Баширов P.M. Повышение работоспособности МТП. // Техника в сельском хозяйстве, 1997.-№1. С.30-34.

45. Баширов P.M., Лукманов Р.Л., Юсупов М.И. Повышение производительности и снижение затрат на работу техники.//Сельские узоры, I997.-C.22-23.

46. Баширов P.M., Гафуров И.Д. Настройка культиваторов на глубину обработки. //Мех. и электр сел. х-ва, 1997.-№7. С.27-28.

47. Баширов P.M., Гафуров И.Д., Лукманов Р.Л., Хамматов Р.А. Оценка и учет влияния количества машин-орудий (корпусов плуга) на статистические характеристики сопротивления агрегата. / / Сельские узоры, 1998.-К» 2. С.19.

à S

<4

«s

i

s ù !

fi

r»

i

К

.s

// - 4Í Ж

j! тг

V

S fi

8k

v4

I.

tK

«

î>

1

......^ li

a

N

I

4

\

V

БАШКИРСКИЙ ОРДЕНА ^РУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАШИРОВ РИВ МИННИХАНОВИЧ

На правах руь и

ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ И МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ОПЕРАЦИЯМ С УЧЕТОМ ПРИРОДНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ РЕСПУБЛИКИ

БАШКОРТОСТАН

Специальности: 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства;

05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант - Заслуженный дея тель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.Г. ЕНИКЕЕВ

Уфа - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.....................7

ВВЕДЕНИЕ................................................ 8

1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ, МЕТОДОВ И КРИТЕРИЕВ ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВОВ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АГРЕГАТОВ ПО ОПЕРАЦИЯМ..............14

1.1. Краткая характеристика природно-производственных

условий Республики Башкортостан............................14

1.2. Факторы, влияющие на величину и неравномерность сопротивления почвообрабатывающих машин...................17

1.3. Краткий анализ методов определения сопротивления почвообрабатывающих машин.................................42

1.4. Методы расчета составов, оптимизации параметров и распределения машинно-тракторных агрегатов по операциям......48

1.5. Переуплотнение почвы машинно-тракторными агрегатами.........55

1.6. Анализ методов выбора степени загрузки трактора по тяге с

учетом вероятностного характера сопротивления машин-орудий. . . .57

1.7. Недостатки применяемых методов настройки культиваторов

на глубину обработки........................................61

1.8. Анализ материалов исследований сопротивления

машин-орудий в условиях Республики Башкортостан.............66

1.9. Цель и задачи исследования...................................68

2. ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ОПТИМИЗАЦИИ И ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

ПО ВИДАМ РАБОТ...........................................71

2.1. Предпосылки к разработке методологии расстановки агрегатов

по операциям................................................71

2.2. Критерии оптимизации, целевые функции и модель распределения агрегатов по операциям..........................77

2.3. Сопоставление результатов распределения агрегатов по операциям по известным и предложенным критериям оптимизации...............................................86

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С УЧЕТОМ ВЕРОЯТНОСТНОЙ ПРИРОДЫ УСЛОВИЙ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ...................................... 102

3.1. Информационная модель почвообрабатывающего агрегата.........102

3.2. Обоснование математической модели удельного

сопротивления плуга..........................................104

3.2.1. Выбор и обоснование факторов, влияющих на удельное сопротивление плуга........................................105

3.2.2. Исследование влияния механического состава, влажности

и глубины (горизонта) залегания почвы на ее плотность.......... 110

3.2.3. Исследование влияния глубины вспашки на удельное сопротивление плуга........................................115

3.2.4. Установление области определения факторов, уровня и

интервала их варьирования...................................119

3.2.5. Выбор плана эксперимента...................................123

3.3. Особенности моделирования энергетических показателей и

глубины колеи опорных колес культиватора.....................126

3.3.1. Методика моделирования энергетических показателей культиватора...............................................126

3.3.2. Моделирование глубины колеи опорных колес.................. 133

3.3.3. Обоснование интервалов варьирования факторов............... 135

3.3.4 Методика моделирования твердости и коэффициента

объемного смятия почвы.................................... 136

3.4. Оценка и учет влияния количества машин-орудий (корпусов плуга) на статистические характеристики сопротивления агрегата......138

4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ПРОГРАММА И

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ........151

4.1. Цель и общая характеристика экспериментов.....................151

4.2. Разработка и изготовление устройств для регулировки и измерения глубины обработки и колеи от опорных колес культиватора КПС-4.........................................152

4.2.1. Устройства для контроля и регулировки положения рабочих органов культиватора в полевых условиях......................152

4.2.2. Устройство для измерения глубины колеи опорных колес

орудия................................................... 158

4.2.3. Устройство для измерения глубины обработки................. 161

4.3. Методика проведения лабораторно-полевых исследований.........165

4.3.1. Выбор и подготовка участка.................................165

4.3.2. Подготовка агрегата и измерительных приборов к

проведению опытов.........................................166

4.3.3. Определение показателей, характеризующих условия

проведения экспериментов.................................. 171

4.3.4. Методика обработки экспериментальных данных............... 176

4.3.5. Оценка и учет погрешности измерений.........................178

5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН, ЕГО СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

И ГЛУБИНЫ КОЛЕИ ОПОРНЫХ КОЛЕС КУЛЬТИВАТОРА....... 183

5.1. Модели удельного сопротивления, среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации тягового сопротивления одного корпуса плуга .......................................183

5.2. Модели твердости и коэффициента объемного смятия почвы.......208

5.3. Модели тягового сопротивления и коэффициента вариации

тягового сопротивления культиваторов.........................213

5.4. Модели глубины колеи опорных колес культиваторов.............223

6. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НОРМАТИВОВ МАШИНОИСПОЛЬЗОВАНИЯ....................229

6.1. Проверка справедливости уравнений для определения удельного сопротивления плуга и тягового сопротивления культиватора.......229

6.2. Обоснование оптимальных диапазонов влажности почвы

и скорости движения агрегата по качеству пахоты................230

6.3. Установление зависимости между удельным сопротивлением

плугов со стандартными и скоростными корпусами.............234

6.4 Оптимизация параметров почвообрабатывающих агрегатов..........236

6.4.1. Предпосылки к обоснованию оптимальных параметров

агрегатов..................................................236

6.4.2. Расчет технико-экономических показателей почвообрабаты-

вающих агрегатов.........................................239

6.4.2.1. Исходные данные к расчету культиваторных агрегатов.........239

6.4.2.2. Алгоритм расчета культиваторных агрегатов..................240

6.4.2.3. Программа расчета культиваторных агрегатов................250

6.4.2.4. Особенности расчета пахотных агрегатов....................252

6.4.3. Анализ влияния условий работы на технико-экономические показатели и обоснование критерия оптимальности состава культиваторных агрегатов...................................256

6.4.4. Номограммы для определения оптимальных параметров

агрегатов на культивации....................................266

6.4.4.1. Номограммы для определения оптимального числа

культиваторов в агрегате..................................266

6.4.4.2. Номограммы для подбора толщины регулировочной

прокладки под опорные колеса культиваторов................271

6.4.5. Выбор составов пахотных агрегатов в зависимости от

условий работы...........................................276

6.5. Обоснование методологии определения и расчет нормативного

значения удельного сопротивления плуга.......................283

6.6. Определение текущего значения удельного сопротивления плуга. . . 293

6.7. Корректировка норм выработки и расхода топлива с учетом физико-механических свойств почвы...........................295

7. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................297

7.1. Эффект от совершенствования распределения агрегатов по операциям..................................................297

7.2. Экономическая эффективность сокращения трудоемкости

определения удельного сопротивления плуга....................302

7.3. Экономия средств от повышения точности определения

удельного сопротивления плуга...............................304

7.4. Экономический эффект от оптимизации эксплуатационных параметров почвообрабатывающих агрегатов....................306

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ................................315

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................324

ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................345

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Кп и Км - соответственно удельное сопротивление плуга и культиватора М - процентное содержание физической глины в почве Н - глубина обработки почвы V - скорость движения агрегата W - абсолютная влажность почвы h - глубина колеи опорных колес культиватора Р - твердость почвы

q - коэффициент объемного смятия почвы

р и р0 - соответственно плотность и общая плотность почвы

RK - сопротивление одного корпуса плуга

Rn и RM - соответственно сопротивление плуга и культиватора

Вр - рабочая ширина захвата агрегата (плуга)

В - конструктивная ширина захвата культиватора

пк и пм - соответственно количество корпусов плуга и культиваторов

Ркр - крюковое усилие трактора

ctRk и aRn - соответственно среднеквадратическое отклонение сопротивления одного корпуса и плуга в целом

gRm и GRa - соответственно среднеквадратическое отклонение сопротивления одного культиватора и агрегата

&rk и $Rn - соответственно коэффициент вариации сопротивления одного корпуса и плуга в целом

9Rv и 0Ra - соответственно коэффициент вариации сопротивления одного культиватора и агрегата

Örk и 5rm - соответственно степень неравномерности сопротивления одного корпуса плуга и культиватора

Sru и öRa - соответственно степень неравномерности сопротивления плуга и агрегата

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важных направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства является улучшение использования машинно-тракторного парка. Эта задача приобретает особую актуальность на современном этапе, в период перехода к рыночным отношениям в экономике. В связи с диспаритетом цен на средства производства и сельскохозяйственную продукцию, недостаточной поддержкой аграрного сектора государством многие сельхозпредприятия оказались в тяжелом финансовом положении. Обновление и расширение состава МТП в таких условиях крайне затруднено. В связи с этим, исключительно важное значение имеет улучшение использования МТП. Последняя задача может быть решена, прежде всего, оптимизацией эксплуатационных параметров, распределения машинно-тракторных агрегатов (МТА) по операциям и повышением качества выполнения полевых механизированных работ.

К настоящему времени в первом приближении разработана методика расчета рациональных составов и режимов работы агрегатов с учетом вероятностного характера нагрузки. Однако ее широкое практическое применение в условиях производителей сельскохозяйственной продукции сдерживается из-за отсутствия достаточно надежных и простых для практического применения методов расчета сопротивления машин-орудий и его статистических характеристик с учетом условий (физико-механических свойств почвы), режимов работы и количества машин (корпусов плуга) в агрегате.

Как известно, одной из наиболее энергоемких операций в растениеводстве является основная обработка почвы. Для выбора рациональных составов и режимов работы пахотных агрегатов необходимо знать величину важнейшего нормообразующего фактора - удельного сопротивления плуга.

Значение удельного сопротивления плуга можно определить по результатам его прямого динамометрирования. Однако из-за большой трудоемкости этой работы, отсутствия необходимого оборудования и соответствующих спе-

циалистов динамометрирование плугов проведено лишь в пяти процентах хозяйств Республики Башкортостан. Кроме того, с изменением влажности почвы в период вспашки удельное сопротивление плуга варьирует в значительных пределах. Это диктует необходимость соответствующих корректировок составов пахотных агрегатов, норм выработки и расхода топлива. Поэтому проблема эффективного использования пахотных агрегатов может быть решена лишь путем разработки косвенного метода определения (математической модели) удельного сопротивления плуга с учетом условий и режимов работы агрегатов.

Математическая модель удельного сопротивления плуга позволяет решить и другую важную проблему - установления его нормативного значения для пользования в хозяйствах типовыми нормами выработки и расхода топлива. По существующей методике за нормативное принимается удельное сопротивление плуга при среднемноголетней влажности почвы. Однако в условиях Республики Башкортостан (что, очевидно, характерно и для других регионов) среднемноголетняя влажность практически совпадает с оптимальной. В результате нормативное значение удельного сопротивления плуга оказывается заниженным и не отражает объективные условия работы пахотных агрегатов.

В настоящее время на предпосевной культивации (как и на других неэнергоемких работах) составы агрегатов, приводимые в типовых справочниках норм, рассчитаны для широких диапазонов (классов) удельного сопротивления в зависимости от глубины обработки. Такие составы агрегатов в большинстве случаев не будут рациональными. Рациональные составы агрегатов на культивации с учетом условий, режимов работы и вероятностного характера нагрузки можно установить, лишь располагая математической моделью тягового сопротивления машины-орудия и его статистических характеристик.

Большое влияние на урожай и, следовательно, эффективность использования культиваторных агрегатов оказывает соблюдение глубины предпосевной культивации. Правильная регулировка культиваторов на заданную глубину обработки в настоящее время практически невозможна из-за отсутст-

вия математической модели глубины колеи опорных колес орудия с учетом условий и режимов его работы.

Нет также простых и надежных устройств для регистрации глубины обработки и колеи опорных колес при исследованиях культиваторов с целью получения модели глубины колеи опорных колес, тягового сопротивления орудия и его статистических характеристик. Как показали наши опыты, ручной замер глубины при этом, требуя больших затрат труда, не обеспечивает необходимой точности.

Как отмечалось выше, одним из путей повышения эффективности использования МТП является оптимальное распределение агрегатов по операциям. Однако известные критерии оптимальности распределения агрегатов обеспечивают минимизацию прямых затрат или расхода топлива на выполнение операций лишь за счет существенного снижения работоспособности машинно-тракторного парка, что сопровождается удлинением продолжительности выполнения работ, снижением урожайности возделываемых культур и увеличением прямых затрат и расхода топлива на выполнение полевых механизированных работ.

Восполнению указанных пробелов в вопросах оптимизации эксплуатационных параметров, распределения агрегатов по операциям, разработки нормативов машиноиспользования, регулировки, измерения, регистрации глубины обработки, колеи опорных колес и повышения тем самым качества работы сельскохозяйственных машин-орудий и посвящено настоящее исследование.

В качестве объектов исследования выбраны наиболее широко используемые на основной и предпосевной обработке почвы в хозяйствах Республики Башкортостан агрегаты с тракторами тяговых классов 30...50 кН, методы разработки нормативов машиноиспользования, расчета составов, режимов работы, распределения агрегатов по видам работ и применяемые при этом критерии, основные почвенные разности республики Башкортостан.

В работе приведена краткая характеристика природно-производственных условий республики, проанализированы факторы, влияющие на величину и неравномерность сопротивления почвообрабатывающих машин. Рассмотрены методы определения сопротивления почвообрабатывающих машин и его статистических характеристик, расчета оптимальных параметров и режимов работы агрегатов с учетом вероятностного характера нагрузки, распределения агрегатов по операциям.

Рассмотрена структура информационной модели почвообрабатывающего агрегата с позиций обоснования его эксплуатационных параметров. Показано, что через совокупность уравнений регрессий, полученных с использованием теории планирования эксперимента, можно формализовать влияние входных параметров на глубину колеи опорных колес, сопротивление почвообрабатывающих машин и его статистические характеристики.

На основе экспериментального исследования динамики тягового сопротивления одного корпуса плуга и культиватора с использованием теории вероятностей и разработанной компьютерной программы установлено влияние количества машин-орудий (корпусов плуга) на характер изменения плотности распределения сопротивления почвообрабатывающего агрегата.

Обоснованы зависимости для вычисления статистических характеристик тягового сопротивления агрегата (плуга) с учетом количества машин-орудий (корпусов плуга) в его составе.

По результатам экспериментальных и