автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оптимальное проектирование ресурсосберегающих производственных роцессов заготовки стебельчатых кормов в условиях Приаралья Казахстана

г г Б ОД

- * К,0,1 ш

На правах рукописи

ТЫНЫШТЫКБАЕВ Еекмурат Ералиееич

УДК 631.353

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ [РОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗАГОТОВКИ СТЕБЕЛЬЧАТЫХ КОРМОВ В УСЛОВИЯХ ПРИАРАЛЬЯ КАЗАХСТАНА /

Специальность 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном агроинженерном университете им. В.П. Горячкина и Кызылординском государственном университете им. Коркыт-Ата

Научные консультанты: заслуженный деятель науки и техники

, Российской Федерации, доктор технических наук, профессор А.А. Зангиев; \

доктор технических наук, профессор О.Н. Дидманидзе

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор И.Г. Голубев;

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Л.Е. Агеев;

доктор технических наук, профессор В.Д. Игнатов.

Ведущая организация: Кызылординский НИИ агроэкологии

и сельского хозяйства

Защита; состоится «15» июня 2000 г. в 10 часов на заседание диссертационного Совета Д120.12.04 Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская 58, МГАУ, Ученом) секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 15 мая 2000 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАУ.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

Н.А. Очковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сложившаяся экологическая обстановка в Казахстанском Приаралье выдвигает необходимость принятия безотлагательных мер для поиска эффективных способов повышения плодородия почвы, снижения уровня ее засоления, а так же эрозии и устранения возникшего дефицита земельных и водных ресурсов. Одним из важных резервов решения этой проблемы является увеличение производства продукции растениеводства за счет улучшения использования производственно-технического потенциала и повышения эффективности трудовых, энергетических и материальных ресурсов, вкладываемых в сельскохозяйственное производство.

Составной частью указанной проблемы является оптимальная организация производственных процессов заготовки стебельчатых кормов по критериям ресурсосбережения, обеспечивающая снижение потерь урожая и повышение качества заготавливаемых кормов и наиболее полное использование потенциальных возможностей соответствующих технических средств. Комплексное решение указанной проблемы возможно на основе многоуровневого системного подхода, обеспечивающего поэтапную экономию всех видов ресурсов.

Цель работы. Разработка общих методов оптимального проектирования производственных процессов заготовки стебельчатых кормов на основе многоуровневого системного подхода по критериям ресурсосбережения.

Объекты исследования. Технологические процессы заготовки стебельчатых кормов, кормоуборочные агрегаты, используемые при выполнении взаимосвязанных технологических и транспортных операции, средства технического сервиса.

Методы исследования. Многоуровневой системный подход, исследование операции, теория вероятностей и массового обслуживания, теории оптимального управления, методы статистических испытаний и надежности технических систем. Моделирование и оптимизация производственных процессов, номография, теория планирования факторного эксперимента.

Научная новизна. Полученный на основе многоуровневого системного подхода комплекс взаимосвязанных математических моделей по оптимизации с позиции ресурсосбережения всех производственных процессов заготовки стебельчатых кормов в специфических условиях Приаралья Казахстана.

Практическая ценность работы. Для всего возможного диапазона изменения природно-производственных факторов Приаральского региона РК разработаны практические рекомендации по выбору непосредственно в производственных условиях: оптимальных сроков и продолжительности уборки кормовых культур; оптимальных параметров тюков и рулонов по критерию наибольший сохранности питательных свойств; оптимальных параметров и режимов работы технических средств всех видов для заготовки стебельчатых кормов; потребного количества агрегатов для скашивания кормовых культур в валок и прокос; потребного числа агрегатов всех видов для подбора с одновременной транспортировкой к местам хранения; взаимосвязанного количественного состава уборочно-транспортных звеньев на заготовке прессованного и рассыпного сена, сенажа и зеленых кормов. Все рекомендации представлены в

удобной для оперативного применения в форме - номограмм и таблиц. Работа проводилась в соответствии с утвержденными планами НИР КГУ.

Реализация результатов исследования. Основные результаты в виде научных отчетов переданы в Кызылординский государственный университет и используется в учебном процессе. Практические рекомендации по оптимальному проектированию производственных процессов заготовки стебельчатых кормов приняты Кызылординским областным Департаментом сельского хозяйства РК для внедрения в хозяйствах области. Рекомендации непосредственно используются в отдельных хозяйствах, что подтверждается соответствующими актами в приложениях.

Апробация работы. Результаты исследования доложены и одобрены на научных конференциях КГУ им. Коркыт-Ата и МГАУ им. В.П. Горячкина в 1992-1999 годах, на межрегиональных научно-технических конференциях «Наука и образование Южного Казахстана» в 1997-99 г.г.

Публикации. По результатам исследования изданы одна монография и 2 книги с объемами соответственно 21,5, 7,5 и 12,8 п.л., опубликованы также 22 статьи и подана заявка на патент.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, шесть глав, общие выводы, список литературы из 267 наименований, 33 приложений.

Изложена на 380 страницах машинописного текста, содержит 136 рисунков и 44 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние проблемы и задачи исследования.

Изложены природно-производственные особенности заготовки стебельчатых кормов в условиях Приарадья с учетом нехватки оросительной воды и общей сложной экологической обстановки.

Анализ имеющихся литературных источников показал', что наиболее важными технологическими операциями при заготовке стебельчатых кормов являются скашивание, подбор, прессование, погрузка и транспортирование к местам хранения. При этом комплексные исследования применительно к скашиванию, подбору, прессованию,' погрузке и перевозке рассматриваемых видов кормов пока не,проводились.'Имеющиеся исследования по оптимизации уборочно-транспортных процессов на уборке зерновых, риса, картофеля и др. сельскохозяйственных культур непосредственно не могут быть применены к заготовке стебельчатых кормов. Связано это с особенностями' заготовки различных видов стебельчатых кормов, закономерностями'поступления трав к уборке, большим диапазоном изменения урожайности', множеством разнотипных технологических операций и др.

На основании результатов анализа состояния проблемы были сформированы следующие основные задачи исследования:

1. Проведение анализа природно-производственных особенностей заготовки стебельчатых кормов в условиях ПриаралЬя РК:

2. Обоснование структуры многоуровневого системного подхода к оптимизации производственных процессов заготовки стебельчатых, кормов.

3. Обоснование оптимальных сроков и продолжительности заготовки стебельчатых кормов.

4. Оптимизация по критериям ресурсосбережения параметров и режимов работы агрегатов для скашивания, подбора, прессования и транспортирования стебельчатых кормов.

5. Оптимизация потребного количества агрегатов для заготовки стебельчатых кормов.

6. Оптимизация количественных соотношений между уборочными и транспортными средствами в составе уборочно-транспортных звеньев для заготовки прессованного и рассыпного сена, сенажа, силоса и зеленых кормов.

7. Обоснование оптимальных обобщенных параметров тюков и рулонов.

8. Обоснование ресурсосберегающих методов повышения надежности технических средств для заготовки стебельчатых кормов:

9. Разработка практических рекомендаций для производства.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО МНОГОУРОВНЕВОГО СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Производственный процесс заготовки стебельчатых кормов состоит из нескольких взаимосвязанных задач и является сложной системой. Решение рассматриваемой проблемы не может быть описано одной математической моделью на базе какого-то единого критерия оптимизации. Это связано с тем, что существенно различаются технологии заготовки различных видов кормов, требования к качеству технологических процессов, принципы работы соответствующих агрегатов и возможные критерии ресурсосбережения.

Наиболее эффективным для решения таких сложных задач является многоуровневый системный подход оптимизации состава и основных режимов работы агрегатов для заготовки стебельчатых кормов. Разработанная на базе указанных общих принципов структурная схема иерархии решения задач ресурсосбережения процессов заготовки стебельчатых кормов представлены на рис. 1.

Рис.1. Структурная схема иерархии решения задач оптимизации проектирования процессов заготовки стебельчатых кормов в условиях Приарачья

Производственный процесс заготовки стебельчатых кормов, как сложная система состоит из нескольких подсистем или уровней. Соответственно каждый уровень этой системы имеет свой частный критерий ресурсосбережения.

Первый уровень ресурсосбережения связан с обоснованием оптимальных сроков и продолжительности скашивания кормовых культур в зависимости от конкретных природно-производственных факторов, для которых принято условное обозначение Фпп. .. v

Критерий оптимальности соответствует максимальной денежной выручке от реализации заготовленных кормов Рк —» шах. Основными выходными результатами оптимизации на первом уровне являются оптимальная продолжительность скашивания кормовых культур^Ою^ по оптимальному количеству бутонов пб на стеблях люцерны для прессованного сена и высоте стебля 1ст -для измельченных кормов; , -.к. ,-!?■>■ ,

Второй уровень ресурсосбережения предусматривает обоснование оптимального ресурсосберегающего типоразмерного ряда обобщенных параметров агрегатов.

Критерий оптимальности при этом должен обеспечить минимум приведенных затрат на всех операциях заготовки стебельчатых кормов Сп min. Основными результатами данного уровня является оптимальный обобщенный параметр ПОНор1_, оптимальные потребные мощности N0hopi, Для всех операций заготовки стебельчатых кормов.

На третьем уровне ресурсосбережения по критерию минимума удельных энергозатрат оптимальности Еп min при рабочем ходе определяются оптимальные значения ширины захвата Bopt, скорости движения Vopt, грузоподъемности QHopt, массы сена тхп, уборочных, транспортных и транспортно-технологических агрегатов для заготовки стебельчатых кормов.

Четрертый уровень оптимизации предусматривает обоснование оптимальных обобщенных параметров тюков и рулонов Уке —> max. Под обобщенным оптимальным параметром тюков и рулонов подразумевается наибольшее сохранение питательных свойств, включая протеин, каротин, сырой протеин в зависимости от влажности со, плотности р и размерных характеристик тюков Lr и рулонов Dp. Выходными результатами являются оптимальные соотношения указанных факторов.

Пятый уровень ресурсосбережения связан в зависимости от природно-производственных условий и физико-механических свойств кормовых культур с обоснованием оптимального общего потребного числа агрегатов для скашивания Пек растительной массы. За условное требование при этом принят 1 гектар. При этом кормовые поля образуют пуассоновский поток требований на скашивание и укладки в валок. Исходя из этого, имеет место разомкнутая система массового обслуживания. Критерий оптимальности соответствует минимуму потерь отъзаимного ожидания требований (кормовые поля) и агрегатов для скашивания Ст„ min."

Шестой, заключительный уровень ресурсосбережения предусматривает оптимизацию состава отдельных уборочно-транспортных звеньев на заготовке стебельчатых кормов всех видов. Критерий оптимальности соответствует ми-

нимуму потерь от взаимного ожидания, как кормоуборочных, так и транспортных средств.

Выходными результатами оптимизации состава УТЗ являются оптимальные количественные соотношения кормоуборочных комбайнов тКир1, пресс-

подборщиков ПППор,, подборщиков-полуприцепов ППУор1 и транспортных

средств ПТРор1, Cnm —> min.

Рассмотренные шесть уровней ресурсосбережения обеспечивают комплексное решение задач оптимального использования агрегатов для заготовки стебельчатых кормов.

Направление передачи информации от предшествующих уровней к последующим показано стрелками между уровнями в направлении сверху вниз.

При этом результаты оптимизации на предшествующих уровнях являются исходной информацией для последующих уровней. Стрелками снизу вверх от уровней показано направление передачи информации между уровнями при корректировке результатов оптимизации, а также при решении частных задач.

Комплексное решение вышеуказанных задач ресурсосбережения на шести уровнях обеспечивает оптимальную организацию производственных процессов заготовки стебельчатых кормов.

Математические модели, полученные на основании приведенных основных принципов многоуровневого системного подхода рассматриваются в последующих главах работы.

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СРОКОВ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАГОТОВКИ СТЕБЕЛЬЧАТЫХ КОРМОВ

Критерием ресурсосбережения является максимум денежной выручки от сбыта заготовленных кормов в оптимальные сроки:

Рк,:=10Длпрпсгтст ->max , (1)

где: Рк - выручка от реализации прессованного сена, руб/га; Ц, — сдаточная цена люцерны, руб/кг; пр - количество растений люцерны на 1 м2, шт; п^ -среднее количество стебля люцерны на 1 м2, шт; тст - масса стебля, г.

Путем разделения формулы (1) на прпст получим эквивалентный критерий в виде

Рк=10Цлшсх->шах. (2)

Задача заключается в аналитическом представлении функциональной зависимости между продолжительностью заготовки прессованного сена DK, количеством бутонов пб, массы стеблей и цены люцерны:

Ист = /(»%); Ц, = /(%)- (3)

Особенность задачи заключается в том, что наличие случайных ошибок измерения («шума эксперимента») не позволяет точного подбора такой формулы, которая бы описала все опытные значения. Поэтому при больших количествах экспериментов формула с искомыми параметрами будет наиболее достоверной. Поэтому о виде формулы (линейный, параболический или гиперболический) с учетом теоретических предпосылок выдвигаем гипотезу: зависи-

мость массы стебля тст от количества бутонов п5 имеет параболический характер:

тст = а, ■ пвб'. (4)

Цена люцерны Ц, зависит от количества питательных веществ, которые имеют связь с количеством бутонов люцерны. Содержание питательных веществ (каротин, протеин, перевариваемый протеин) в стеблях и листьях люцерны> имеет максимальное значение при 2-3-х бутонах, а с момента цветения люцерны наступает период снижения питательных веществ. На основании этого принимаем гипотезу о том, что основные качественные показатели имеют наибольшее значение при появлении 2-3-хбутонов. Цена люцерны определяется по формуле

(5)

6

Критерий оптимальности с учетом зависимостей (4, 5,7) примет вид

/^=10(2) -ne6l —> max. (6)

V

Число бутонов люцерны п-^, соответствующее оптимальной продолжительности заготовки стебельчатых кормов определяется из (6) по условию.

^ = 0,

dn6

пб = а2~в\}~- (7) \;"2 ' <

Полученная формула позволяет сравнительно легко определить' начало Заготовки стебельчатых кормов из люцерны. Также существует взаимосвязь между продолжительностью DK и количеством бутонов п^. Продолжительность оптимального периода заготовки стебельчатых кормов определяется по значению Пб j ,

DKopt=^, (8)

где: Ап6 - среднее число бутонов, появляемых за 1 день, г.

Для определения оптимальных сроков заготовки измельченных кормов расчеты проводятся аналогично; только в качестве основного показателя выбрана высота стебля Lct- ..... ' ]| "

Критерий оптимальности по аналогии с (1) имеет вид:

, Рк = 10'3a3L%[р, + ft2Lcr - ft;L2cr)-^ max, (9)

где: и Цл= Д-+ Рг^ст ~ Ръ^ст ' высота стебля, соответст-

вующая оптимальной фазе уборки1 1 : '' ' ■ '

Продолжительность оптимального периода уборки определяется по значению mo-opt:

В

ш

кор1

СТор1_

Дш

(И)

где: Аш - средний прирост массы стебля за сутки, г/день. Для практических расчетов на основе опытных и статистических данных методами наименьших квадратов определены численные значения а1, В|, а2, в2, аз, в3. для заготовки рассыпного, прессованного и измельченного сена *

т-г

в условиях Приаралья: для рассыпно- ^ го и прессованного сена а! = 1,072, в1 £ = 0,095, а2 = 0,193, в2 = 425; для из- 0 020 мельченного сена а3 = 1,072, в3 = 0,095, Р,=-0,071, р2 = 0,57, р3 = = 0,79.

0,015 0,010

На рис. 2. показано оптимальное °'005 решение. При значениях а3 = 1,072, о в3 = 0,095, Р, = -0,071, = 0,57, Р3 = 0,79, в результате, которого получено 1СТор, = 36 см, Окор, = 11,55 дней

при Ашст = 0,012 г/день.

1

; ¡4 ¡Л*г

1-Ц :| и 1 1 г

1 : | 1

е-'

о

Е 1,00

0,95 0,90 0,85 0,80

10 20 30 40 50 /,ст, а Рис. 2. Зависимость Рк, т<т от высоты стебля люцерны

Рис. 3. Номограмма для определения оптимальных значений т стопор! в зависимости от условий работы. С учетом всего возможного диапазона изменения Пб = 2...8, 1СТ = 25...40 см при установленных значениях эмпирических коэффициентов построены

номограммы для определения взаимосвязанных значений тСГогп пГюр1, Д ктор/ ■

На рис. 3. представлена номограмма для определения оптимальных сроков и продолжительности заготовки прессованного и рассыпного сена.

ОБОСНОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА ОБОБЩЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТОВ

Из общих методов оптимизации параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов следует, что на этапе обоснования обобщенного параметра в качестве основного критерия ресурсосбережения целесообразно использовать минимум приведенных затрат в расчете на 1 кг заготовленного корма (руб/кг)

Cn min . (12)

Для кормоуборочных агрегатов типа КС-2,1, КРН-2,1, КПРН-3,0, ППЛ-Ф-1,6, ПРП-1,6, КСК-100, КСКУ-6А в качестве обобщенного параметра определяется пропускная способность Пин (кг/с).

Обобщенным этот параметр называется по тем соображениям, что он является комплексным и от него зависят все другие параметры уборочных агрегатов.

В качестве вспомогательного критерия оптимальности можно принять максимум производительности

W-» тах. (13)

Производительность любых типов кормоуборочных агрегатов выражается в функции Пин обобщенной формулой

W _ ЬуУеПиПИн ~ 3 УУ^ПиПин (14)

1 + Куу£ПиПин

Коэффициенты hw, aw, Kw характеризуют влияние Пи„ и природно-производственных факторов на коэффициент использования времени смены т и производительность W. Развернутые выражения указанных коэффициентов получены для всех типов агрегатов с такими размерностями, при которых обеспечивается идентичность размерностей П„„ и W. ~

Установлено, что рассматриваемые виды затрат также выражаются в функции обобщенного параметра Пин общей для всех типов кормоуборочных агрегатов виде:

Асппин + Dcn._

[(•.•Kr. II

K„

пи =---:-(15)

Ь\У8ПиП,,н ~а\УЕПиПин

1 + К^,ПинБпи

где: Коб- обобщенный поправочный коэффициент на местные условия. Из равенства (15) по условию ёСпи/с1Пи„ определяется оптимальное значение пропускной способности кормоуборочного агрегата Пинорь обеспечивающее минимум приведенных затрат в виде. ''

я

1

торг

Реп

1 +

кцгК1у£пи

Рсп-1

(16)

где Рсп = 7 +

А

'С/7

7

"IV

\К(У£ЛИ ацг

Для транспортных и транспортно-технологических агрегатов обобщенные параметры определяются в виде:

транспортные (17)

транспортно-технологические Пт=ттУс (18)

где: - грузоподъемность ТС, кг;

тт - масса технологического материала ТТА, кг;

Уг - скорость передвижения ТС, м/с;

\/с - скорость при подборе сена ТТА, м/с.

Для транспортных (ТС) и транспортно-технологических агрегатов (ТТА) критерии оптимальности в функции обобщенного параметра имеют вид: АСПН+РС

для ТС - Сп =

для ТТА Со =

КгКгПн -Кгащ.П~н

' 1 + КгКфг11н

Аст Г[у +

г '

->Ш1П ,

IV = А,

к]-Пт — атЛ' 1 + ктПт

2\

- ^тл^т ~ ат>Лт

1 + кцПт

(19)

(20) (21)

где: Ьтх=Я,сНт; а,-).=1сат Оптимальные значения обобщенных параметров для транспортных и транспортно-технологических агрегатов определяют по условию с?С/7) ld.Il; = 0 по аналогии с расчетами для уборочных агрегатов.

На основании (18, 19, 20) численным решением определяются ресурсосберегающие параметры агрегатов для заготовки стебельчатых кормов, при которых достигаются минимальные приведенные затраты Спт!„. Результаты оптимизации параметров агрегата приведены на рис. 4. при Ь = 100 м, ик = 1,0 кг/м2, <3„ = 9 т. Оптимальному режиму работы пресс-подборщика соответствуют минимальные приведенные затраты Сп ми = 0,318руб / кг и производительность 1¥п-2,6\2кг/ч и на основании 5 %-го компромиссного решения

2 4 6 8 Л«,, кг/с

Рис. 4. Результаты оптимизации и компромиссного решения при 1г=100м, иг= 1,0 кг/м1, 0„=9т.

/

С„ =Спю1п -1,05 можно получить прирост производительности кормоубороч-

ных агрегатов на ДАЛ' = 20.. .40 %.

В результате расчетов для транспортных агрегатов получена номограмма по определению оптимальных значений грузоподъемности С?„, обобщенного параметра П„, производительности и приведенных затрат Сп, которая приведена на рис. 5.

Рис. 5. Номограмма для определения оптимальных параметров

и режима работы транспортных агрегатов для перевозки прессованного сена.

\

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОЧЕГО ХОДА КОРМОУБОРОЧНЫХ АГРЕГАТОВ ,

На данном втором уровне оптимизации (рис. 1) экономические критерии первого этапа дополняются минимизацией расхода энергии и соответственно топлива при рабочем ходе кормоуборочного агрегата.

Основой критерий оптимальности соответствует минимуму удельных энергозатрат

_ Nf/Sx, NuSK,

Еп = н N = н N min. ■ (22)

' BVUT Пи V

Минимум удельных энергозатрат Еп -> min при этом соответствует наибольшей возможной в данных условиях, подаче растительной массы Пи —> тах.

Численное значение Еп зависит от множества факторов характеризующих состояние растительной массы и конструктивные особенности уборочных агрегатов.

Для транспортных агрегатов удельные энергозатраты определяются в функции грузоподъемности.

Е =J*Hf!L^min. (23)

QKrVr

Транспортно-технологические агрегаты выполняют как полевые, так и транспортные работы. В связи с этим критерий (22) для ITA имеет следующий вид:

(24)

BV mTVT

При определении оптимальных режимов кормоуборочных агрегатов учитываются следующие ограничения:

V<Vd; В < Вд; 5<Sd, mT<QH.

При этом для уборочных агрегатов оптимальные значения Vcpt определяются с учетом условий

>ПИ. (25)

NHsNopt>N. (26)

Тогда с учетом (25, 26) для определения Vn по пропускной способности и Vn по мощности получим соответственно.

Vn"~ BKßUT ' ( }

У N»s"o*____■„;_____• (28)

N ~ ръвУ0иг(1 + Увтт) | K^Byß + gmrF(vyy/y +уГР)

V, ЧмО-З)

Из двух скоростей УПи и Vn в качестве оптимальной рабочей Vop, выбираем

ту, которая меньше.

Развернутое выражение критерия оптимальности для транспортных агрегатов имеет следующий вид

— + + *>Ул Ртэ

Щч

Еп =

+ Q,077KwKF{l-S)2V2ni Q9y

riu\l-

п0еи1м)

J_a{n3 ИнПм-уэ) в + у/э ПЭ£ЫЧМ

В общем случае из этого равенства в результате численного решения определяется оптимальная теоретическая скорость Урр.

По значению выбирается соответствующая передача трактора с номинальным тяговым усилием Ркрнор, , п0 которому Уг = Уг рассчитывается оптимальная грузоподъемность прицепа

. _ _ £кгркрнор1 ~ЧтэУз -

^ . (30)

кТУ

где: Екр - допустимый коэффициент использования номинального тягового усилия. .

По значению 0.н ^ выбирается соответствующий прицеп с вместимостью кузова. , :

Пор,=анКгРп , (31)

Транспортная работа на пути Ьп подбора валков агрегатами ТП-Ф-45, ПВ-6 составит

(32)

Общая транспортная работа за один цикл равна сумме

= + = (33)

На основании (26, 33) определяются удельные энергозатраты для ТТЛ в виде:

£ = ¿ж ... Мне„ п " " ттУ

чпг

( , ЯРУ Н

!, о¿дргн*-н ьрит

(34)

ттУ

Мощность ТТА определяется в виде

.. ■ дг „я, ттуиг „ ™ту(к£г+к?мг)+тэс?уу ' -'—ем +-—--. (35)

п еыР где е^ -

ЧРУи^н

Буксование 8" также выражается в функции шт:

6П=5х+__+К'(Мг+тэЧУа}\>____(36)

где: =

агп . угп

ут+уТу/а = ±&та.

\кт ЧРГн^и,

Сравнивая1 равенства (34) с (35), можно заключить, что решения (36) будут

__ у П . _ ТгП

спу ~ "-ту ' ~ "*/Му<

справедливы и в данном случае, если принять К =К" ; К м = Кп

еы = е^; еМу = и = ит , а вместо В подставить тт. При этом в результате

численного решения по (35) определяется оптимальная скорость V,,,,, для полевой работы. Затем определяется оптимальная масса технологического материала

тТср, = тЭН"аор1- О?)

и соответствующее буксование из (36)

5ор,= Я[т0р„Уор,). (38)

Оптимальные значения рабочей Вор, и конструктивной ВКор, ширины захвата рассчитывается в виде:

Тр' (39)

В =

°Р' ЧРУнЛ-н'

ор1

Т

ЧРГнЧ

Соответствующая схема оптимального решения показана на рис. 6. При этом получены оптимальные значения Уор1 = 2,8 м/с, 50р1 = 22 %, г|т = 0,570 для транспортных агрегатов в составе трактора МТЗ-80 с прицепом 2ПТС-4-887, имеющий грузоподъемность С>„ = 4 т.

Для транспортно-технологических агрегатов МТЗ-80+ТП-Ф-45 также получены оптимальные режимы работ при Ь = 2...15 км и р = 100...500 кг/м3. (рис. 7).

Установлено, что оптимальная масса загруженного в прицеп подборщика

МТЗ-80+ТП-Ф-45 должна быть в пределах шГор, = 3150 кг при скорости движения агрегата Ус = 2,22 м/с. При этом оптимальная рабочая ширина захвата составляет ВРор1 = = 1,013 м, а конструктивная ширина с учетом Вкор, = ВРор1/р = 1,066 м.

Ет кДж/ткм

20 15 10

Пт

0,6 60

0,4 40

0,2 20

10

2,24 2,8 3,36 3,92 4,48 Ур, м1С

Рис. 6. Зависимости удельных энергозатрат Ет, тягового КПД и буксования транспортного агрегата грузоподъемностью прицепа 0=4 т (МТЗ-80+2ПТС-4-887) на перевозке прессованного сена.

Р Дж"

^'¡¿ГМ

2,00 1,95 1.9 1,85 1,8 1,75 1,7

I

V \15 \\ 104' \|Ч км ------

1_ = 2

ЮО 300 500 р, кг/м3

Рис. 7. Зависимости изменения удельных энергозатрат ! подборщика-попуприцепа МТЗ-80+ТП-Ф-45 от расстояния перевозки (. и плотности сена р при урожайности и=0,10 кг/м2

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЮКОВ И РУЛОНОВ

При заготовке прессованного сена в оптимальные сроки питательная ценность будет выше в 1,4 раза чем при обычных сроках, что влияет на поедае-мость и привес откармливаемого скота. Но в процессах заготовки и хранения питательная ценность теряется вследствие влияние отдельных факторов.'Заготовка прессованного сена повышенной влажности приводит к самосогреванию и появлению плесени, затхлости. При росте плотности прессуемой массы указанные процессы протекают быстрее и заготовленные корма становятся непригодными к употреблению ркота. Поэтому установление влияния таких параметров как влажность, плотность и размерные характеристики на обобщенный параметр тюков и рулонов является актуальной проблемой.

Под обобщенным параметром при этом подразумевается параметр, который характеризует сохранение питательных свойств тюков и рулонов, включая неопадание листьев. .••■■..•<■•

Обобщенным называется параметр, когда множество откликов образует единый параметр, который имеет физический смысл и размерность.

Исходя из вышеизложенного, для построения оптимального обобщенного параметра удобно воспользоваться формулой:

У* = ПУШ1 (40)

/=1

где Уi - обобщенный оптимальный параметр в г-м опыте;

п

П - произведение частных параметров.

;=1

Целью обоснования оптимального параметра является установление оптимальных значений показателей, обеспечивающих наибольшую сохранность питательных свойств прессованного сена. Обобщенный параметр оптимизации в связи с этим имеет качественный признак. При этом в связи с невозможностью количественного измерения параметра используем метод ранжирования. В качестве факторов приняты влажность со, плотность р, диаметр рулона О

или длина тюка при заданной площади сечения.

После статистической обработки результатов экспериментов была получена зависимость обобщенного параметра рулона от исследуемых факторов:

Уор1 =■ 2,679 + 7,ПХ, - 7,32Х2 + 7,31Хз - 6, 8IX] 1 +

+ 2,56X22 + 2,57Х33 - 0,375Х,Х7 + 0,375 Х,Х3 + 0,125Х2Х3 (41)

Анализ полученной зависимости показал, что для повышения значения обобщенного параметра по сравнению со средним уровнем, надо увеличивать значения^, Хц, Х12.

7 12 17 22 Рис. 8. Зависимость обобщенного параметра тюков от плотности р и влажности и при 1=80см

Об этом свидетельствуют знаки «-» перед ними. Сравнивая величины коэффициентов перед X;, Х2, Хх можно отметить, что влажность со (.X)), диаметр рулона £> (Х3) оказывают сравнительно большее влияние на обобщенный параметр У, чем плотность рулона р (Х2).

Для тюков получена зависимость в виде:

У„Р, = 2,66-6,11Хи - 0,257 Х22 - 0,257Хц + 0,5Х,Х2 (42) На рис. 8 показаны храфические зависимости обобщенного параметра У, от влажности со, плотности р и длины тюка 1Т. Из них следует, что наибольшее значение питательных свойств, соответствующее оптимальному обобщенному параметру, достигается при влажности со = 17 %, р = 140 кг/м3 и Ьг = 80 см

При низкой влажности трав необходимо произвести уплотнения, прессования путем увеличения набегания ремней пресс-подборщика. Повышенная влажность (27 % и выше) рулонов соответствует меньшим значениям обобщенного параметра. Чтобы сохранить питательные свойства убираемых кормов целесообразно прессовать сено в следующих соотношениях со — 17 % р — 140...160 кг/м3

Зависимость влажности ш и плотности р тюков и ^ ~ ^^ см"

от обобщенного параметра ' Оптимальному значению обобщенно-

го параметра тюков У = 2,66 соответствует влажность со =22% при плотности тюков р = 150 кг/м и длине ЬТ = 80 см (рис. 9).

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОТРЕБНОГО ЧИСЛА АГРЕГАТОВ ДЛЯ СКАШИВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ МАССЫ

Основными агрегатами для скашивания растительной массы при заготовке кормов являются косилки КС-2,1, КРК-2,1; косилки-плющилки прицепные КПРК-3,0; самоходные - КПС-5Г, а также жатки ЖВН-6,0 и ЖРК-5,0 на комбайнов «Енисей-1200Р», СК-5 «Нива».

Основным критерием ресурсосбережения в общем случае целесообразно принять минимум суммы затрат от простоя агрегатов для скашивания из-за неготовности кормовых полей и от потерь урожая вследствие затягивания сроков зкашивания при недостаточном числе агрегатов:

С\1 = т0жчсч +пПР,Ск тш, (43)

где: т0щ - среднее число кормовых полей, ожидающих начала скашива-шя; Ст = о>1и<рЦт - потери от ожидания начала уборки одним требованием в 1ень, руб/день; к>1 - площадь, равная 1 га, соответствующая одному требова-шю, га; и — плановая урожайность трав, т/га; ср - доля потерь корма за один №нь ожидания, 1/день; Цр - сдаточная цена корма, руб/т; пПРк - среднее число

фостаивающих косилок из-за неготовности кормовых полей к кошению; С,, -ютери от простоя одной косилки в день, руб/день.

При |_т=80см

Экспериментально доказано, что поток требований в виде кормовых полей можно рассматривать как простейшие или пуассоновские. Вероятность поступления ровно «К» требований Рк(1;) за промежуток времени I описывается формулой Пуассона

""";■■ (44>

где:- плотность (интенсивность) поступления требований, 1/день; I - принятый промежуток времени, дни.

Численные значения тОЖ[; и пПРк определяются методами теории массового обслуживания (ТМО). Поскольку требования на скашивание поступает от кормовых полей и после обслуживания требования уходят из системы безвозвратно, то имеет место разомкнутая СМО с ожиданием, принципиальная схема функционирования, которой представлена на рис. 10

косилочные „ агрегаты

поток Очередь г выходной

требований _^_^ поток

ЭОО С^Ро о о 1

---ООО----►

ООО

>с ►г >

111

►

Рис. 10. Принципиальная схема функционирования разомкнутой СМО с ожиданием

Подставляя значения тож и пПРк из ТМО, получим развернутое выражение (2.7.25):

Си: = ,2СЧ + СКР0 £ -> min. (45)

а1 ] А:=О

- -- 'ii Kl

п

В качестве основных природно-производственных факторов рассматривались площади посевов и урожайности кормовых культур иКь которые учитывались через параметр = Х1 /уЦр . . , ' : " '

Анализ природно-производственных условий заготовки стебельчатых кормов показывает, что площади посевов кормовых культур в хозяйствах Кызы-лординской области не превышают 3000 га, поэтому в последующих расчетах принято Рп ¿,3000 га.

Закономерности изменения критерия оптим'йЛьности С1м в функции от числа агрегатов для скашивания, а такжё Числа ожидающих полей с кормовыми культурами и простаивающих косилок представлены на рис. 11 при площади посевов Рп < 1000 га и урожайности.Ц, = 4,0 т/га.

В качестве агрегатов для ¡скашивания приняты косилочные агрегаты МТЗ-80 + КС-2,1 с шириной захвата В = 2,1 м.

Из представленных зависимостей наглядно видно наличие минимума целевой функции Сим = Дпг,п) при оптимальном числе косилок пКоР1 = 7. Целевая

функция интенсивно возрастает при отклонении числа обслуживающих копилок от оптимального значения Пкор^ 7.

"ожч

Ппрк

;

ПК

Рис. 11. Зависимости затрат С [ числа ожидающих чеков тожч и комбайнов лПрК от числа комбайнов пк.

Сама методика обоснова-, ния потребного числа средств для кошения на основе методов теории массового обслуживания применима и для других сельскохозяйственных культур.

Для основных диапазонов изменения площадей посевов кормовых культур 1000, 2000, 3000 га при средней урожайности 5 т/га потребное оптимальное количество косилок должно составить соответственно 8, 14, 21, а при урожайности 4 и 6 т/га - соответственно 7, 13, 19 и 8, 15, 22.

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ ЗВЕНЬЕВ НА ЗАГОТОВКЕ СТЕБЕЛЬЧАТЫХ КОРМОВ

Заготовка прессованного сена с использованием лотка-склиза ЛПУ-3

Заготовка прессованного сена отличается от других технологических процессов кормов тем, что при использовании лотков-склизов ЛПУ-3 из системы исключаются погрузчики. Тюки, перемещаясь по лотку склизу, выгружаются в рядом идущее транспортное средство. Поэтому при использовании лотка-склиза оптимизацию состава УТЗ целесообразно проводить в расчете на одного пресс-подборщика.

Для удобства последующих исследований целесообразно принять транспортные средства в качестве обслуживаемых, а пресс-подборщики в качестве обслуживающих, выполняющих роль своеобразных погрузчиков.

Поскольку в состав УТЗ количество агрегатов . ограничено и обслуживаемые агрегатов не могут покидать систему не обслуженными, то имеет место замкнутая СМО с ожиданием.

Принципиальная схема функционирования замкнутой СМО с ожиданием приведена на рис. 12.

От обслуживаемых транспортных средств (ТС) исходит вероятностный поток требований на загрузку тюками. На основании анализа исследований по уборочным агрегатам в качестве основной гипотезы принимается, что в дан-

Уборочный агрегат

Поток у г

требований /* ООО ¿S, 3

••о-

Рис. 12. Принципиальная схема функционирования замкнутого СМО с ожиданием

ном случае имеет место простейшии поток требований, описываемой формулой Пуассона. ^

Pk(t)jJdte^t (46) I

к\ V | где: PK(t) - вероятность поступления ^ «К» ,требований за промежуток времени t; Л - плотность потока требований, 1/ч.

Плотность потока требований Л, на обслуживание ТС при установившемся процессе определяем по формуле

4= Г". (47>

1ц.т

где 1ц Т- продолжительность цикла ТС, ч.

Интенсивность обслуживания этих требований определяется из равенства

Л=1/'з.я> (48)

где t3.n - средняя продолжительность заполнения кузова рядом идущего транспорта, ч.

Взаимосвязанная работа пресс-подборщиков и транспортных средств отражается прежде всего в простоях во взаимном ожидании, поэтому в качестве критерия оптимальности выбран минимум суммы потерь от взаимного ожидания пресс-подборщика и ТС

Стп = [<Рп.ПТСмЦПЛЧ + тОЖТСмЦтС, )~> min > (49)

где: <рп п- для времени простоя пресс-подборщика; Тсм- продолжительность смены, ч; Цп п - стоимость часа простоя пресс-подборщика, руб/ч; пгож - среднее число простаивающих транспортных средств; Цтс - стоимость

часа простоя транспортных средств, руб/ч.

Доля времени простоя пресс-подборщика <рп п равна вероятности его простоя Р0 и определяется из равенства

<Рин =ро =

(50)

1+m— + m(i Рз

-ш

Число ожидающих транспортных средств тож

¿21/'Мз

Коэффициент простоя К^ с учетом. (2.8.4.23) получим в виде т т ^ АъМНъ.

Средняя продолжительность простоя каждого транспортного средства при этом составит

1ТС =^ож. " (53)

В результате численного решения методом итерации можно определить потребное оптимальное количество транспортных средств тор, для одного пресс-подборщика в. зависимости от природно-производственных условий, учитываемых Л1 и цъ.

Закономерности изменения Стш> Ро. Ктр в зависимости от количества транспортных средств шхр для обслуживания одного пресс-подборщика представлены на рис. 13 для случая а = 0,2.

Для оперативного определения показателей взаимосвязанной работы пресс-подборщиков и транспортных агрегатов предложена номограмма.

0,8

0,4

0,2

Р0. ктр

0.8

0.6

0,4

2 4 6 8 тгр, шт

Рис. ¡3. Результаты оптимизации состава УТЗ при одном пресс-подборщике МТЗ-80+ПС.-1,6 и Т-150К + 1ПТС-9 для а-0,2

Заготовка силоса и зеленых кормов

Задача в данном случае является продолжением предыдущей и заключается в определении по критерию (51) оптимального количества кормоуборочных комбайнов и транспортных средств.

По результатам расчетов построена номограмма (рис. 14), учитывающая всевозможные диапазоны изменения природно-производственных условий через а=ЯУц. Минимум затрат Стптт имеет место при количестве транспортных средств т<,р, = 3 при коэффициентах простоев транспортных и уборочных агрегатов соответственно Кф = 0,166 и Ку = 0,21, при а ~ 0,542.

' ' Заготовка измельченного сена и сенажа

На основании результатов оптимизационных расчетов на ЭВМ разработаны номограммы для обоснования состава комбайнового (тк) и транспортных (пТР) звеньев для всех возможных сочетаний производственных условий При-аралья на заготовке сенажа и измельченного сена. п-

Рис. 14. Номограмма для определения оптимального количественного соотношения уборочных и транспортных средств

Рассмотрим пример обоснования состава уборочно-транспортной группы комплекса на заготовке сенажа. Хозяйству необходимо заготовить в агротехнически допустимые сроки 5000 т сенажа. Средний класс длины гона полей хозяйства 200...600 м. Скорость движения комбайна Е-281 - 2,16 м/с, чистая прризводительность - 31 т/ч, урожайность сенажа - 10 т/га. Комбайны работают групповым способом. Среднее расстояние перевозки сенажа - 4 км, дороги второй группы, объем кузова транспортного средства Т-150К + + ПИМ-40 - 40 м3.

Определим состав комбайнового звена по номограмме (15). В первом квадранте от шкалы чистой производительности комбайна 31 т/ч проведем вверх вертикальную линию до пересечения с линией длины гона Ь = 500 м (среднее значение класса длины гона 400...600 м). От полученной точки проводим параллель к линии урожайности 10 т/га до шкалы сменной производительности комбайна при одиночной работе IV°м и получим значение - 16,7 т/ч. Далее от

точки \¥°м = 16,7 т/ч, проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой объёма заготовки сенажа 5000 т и, опуская вниз на шкале Ш] находим число основных комбайнов Е-281 - 4,5. Округляя в большую сторону, получим гп] = 5. В третьем квадранте с учетом объема заготовки и полученного числа основных комбайнов определим сменную производительность каждого из комбайнов в случае их групповой работы Wcм =16 т/ч, в четвертом - в зависимости от объема заготовки сенажа и типа комбайна определим число резерв-Объем заготовки сенажа

Рис. 15. Номограмма для определения сменной производительности числа уборочных средств в УТЗ на заготовке сенажа

ных комбайнов тр. В нашем случае тр = 1, т.е. для бесперебойной и надежной работы комплекса в целом в состав УТЗ. наряду с 5 основными комбайнами необходимо включить в 1 резервный.

Для заготовки измельченного сена расчеты проводились аналогично и полученные результаты представлены в виде номограммы в диссертации.

Заготовка рассыпного сена

Рассыпное сено все еще остается наиболее распространенным кормом для животных. Сено из валков непосредственно подбирают в транспортные средства с использованием подборщиков-полуприцепов ТП-Ф-45, Т -050 или подборщиков-уплотнителей ПВ-6 и доставляют к месту его скармливания или складирования.

Требования к максимальному сохранению питательных веществ от момента скашивания трав до скирдования готового сена выдвигает решения задач оптимизации количественного соотношения участвующих агрегатов и режимов их взаимосвязанной работы с использованием положений ТМО.

В качестве потока требований на обслуживание целесообразно принять валки определенной массы скошенные, косилками - плющилками и провяленные до момента подбора. Для удобства рассуждения вводим единичную массу провяленной травы . Время провяливания свежескошенной травы определяется на основе. закономерностей сушки и -зависит от физико-механических свойств растения и климатических условий региона. Рассматриваемое время ограничивается требованиями к технологии заготовки высококачественного сена.

При этом имеет место одноканальная разомкнутая СМО с ограниченным временем ожидания требований.

Принципиальная схема функционирования такой СМО приведена на рис.

16.

подборщики

поток Очередь полуприцепы выходящий

требований £ поюк

О О ' О ООО 1 ' 1

- >-СС(----

ООО отказ !

трсбовашшу

►С

► с

э о о

—--►

РисЛб. Принципиальная схема функционирования разомкнутой СМО с ограниченным временем ожидания

Критерий оптимальности имеет вид: Ст - {Мож ■ 7к е ■ Кп к

.е

где: Мож - число кормовых полей, ожидающих начала подбора; - количество кормовых единиц на одном гектаре провяленной массы сена, к.е./га; Кп к.е. - коэффициент потерь кормовых единиц за 1 день ожидания требований, 1/день; Цц,., Цгп — стоимости соответственно 1 кг кормовой единицы и простоя подборщиков-полуприцепов, руб/день.

Основные показатели рассматриваемой СМО с ограниченным временем ожидания требований определяются по следующим формулам:

Вероятность того, что сено подбирают к подборщиков-полуприцепов или уплотнителей:

ак

Рк=—--г Р0,к<п. (55)

Вероятность того, что подбором сена заняты все п подборщиков-полуприцепов или уплотнителей и Б требований (виде валков сена ожидают подбора):

Рц+S -~

25 n+S

-Р0^> 1 ,

(56)

п\{\ + р)пЦ{п + (\+т)р] где: а=11\1 и Р=у/ц.

Вероятность того, что все подборщики-полуприцепы или подборщики-уплотнители СМО простаивают в ожидании требовании:

1

Ро=-

а

а

(57)

а

m=l

Вероятность обслуживания любой заявки равна:

и-1PÁn-k)

р _ к=0_

обе ~ •

а

(58)

Вероятность отказа в обслуживании заявок определяется по формуле:

п-1

а-и+Х^И«-*)

■Рога- _"

а

(59)

Оптимальное решение взаимосвязанной работы подборщиков-полуприцепов ТП-Ф-45 и подборщиков-уплотнителей ПВ-6 представлено на рис. 17 приПпу = 1, а = 2,0, ß = 0,1.

Минимуму Cranmin =1122 ra руб/день соответствует оптимальное значение S = 2,17 га, 1,4 Кпр = = 0,11, М„ж = 0,82 га. С учетом всего возможного диапазона изменения основных природно-производ-ственных условий и агробиологических свойств провяленного сена построена но-0.4 мограмма для определения основных показателей работы подборщиков-полуприцепов на подборе и транспортировке рассыпного cena.

2000

1500

1000

500

п„=1 а=5 ,0 ß=0,1 ¡

Mo«

yS Кпр

К,„

0,25 0,20 0,15

сгю

1,2

0,8

1 2 3 Б

Рис. 17.. Закономерности изменения затрат СТ„ коэффициента простоя КПГ и длины очереди Мш от количества требований £

Оптимизация режимов взаимосвязанной работы пресс-подборщиков, погрузчиков и транспортных средств

Оптимизация режимов работы системы заготовки прессованного сена предполагает ресурсосберегающее использование агрегатов рассматриваемого процесса. При этом исследуется заготовка прессованного сена с использовани-

ем погрузчиков, т.е. процесс подбора, прессования, вьпрузка тюков в поле, их погрузка в кузов транспортного средства и перевозка к месту скирдования.

Критерием оптимальности является прирост производительности за сче ч оптимальной организации процесса заготовки прессованного сена

¡¥г с шах. (60)

В качестве одного требования принимаем один рулон или 72 штабелированных тюков. При этом процесс является двухфазной СМО с невозможностью образования очереди перед второй фазой.

Принципиальная схема функционирования двухфазной СМО представлена на рис. 18.

Поток Очередь требований

о о о О ООО

Обслуженн ы е

^ ООО ООО

Фаза Фаза <•> О С)

1 2

Рис. 18. Принципиальная схема функционирования разомкнут о й двухфазной СМО для заготовки прессованного сена при неаохмиж-нисшн образоваиия-очереди перед второй фазой

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

Рис.19. Номограмма для определения основных показателей разомкнутой СМО с ограниченным временем пребывания заявок в системе (валки сена- подборщика-полуприцепа МТЗ-80+ТП-Ф-45).

Основными характеристиками данной СМО являются: плотность потока требовании Л и интенсивности обслуживания в первой /¿2), и во второй

фазах:

Л = ---> ' (61)

1ТК

Отк

-К

ОТК.П + (тех.обс

П.П

где: 1ТК - среднее время выбрасывания тюков на поле, ч; - масса тюка, т; }¥/? /] - производительность пресс-подборщика, т/ч; ¡о/к.п ' среднее время на устранение отказов, ч; 1тех обс - среднее время технологического обслуживания пресс-подборщика, ч.

Интенсивность обслуживания тюков и рулонов в первой фазе зависит от погрузчиков типа ПФ-0,5 и определяется в виде

М1Т =Я/7гЛ/7г; =клг/!лг, (62)

где: V- средние время погрузки тюков и рулонов, ч.

Интенсивность обслуживания заявок во второй фазе зависит от времени цикла и грузоподъемности транспортного средства:

Иг -пРт 'ПТР1*Ц.Г

(63)

где: Пр.т - количество тюков и рулонов, перевозимых за 1 рейс, шт; птр -число ТС, шт; ^ - время цикла рейса, ч.

Основными показателями системы является параметр потоков в первой фазе а и (3 во второй фазе.

(Х1=4/р.2 и Р=Ц1/ц2- (64)

При этом критерий оптимальности с учетом всех действующих факторов и основных показателей системы имеет вид:

1 + Р

= ХРЯ = Л

б

1-а]

к1 + /3 + а,

На рис. 20 представлены зависимости прироста производительности вероятностей 360 безотказной работы Рб и блоки- 320 ровки РП)2 от числа транспорт- 2во НЫХ средств Птр. 240 Оптимальная организация т режимов взаимосвязанной ра- шо боты пресс-подборщиков, погрузчиков и транспортных средств повышает производи- 80

V 4П

тельность всей системы заготовки прессованного сена в среднем на 100... 150 кг/час.

(65)

______ п 1 i ' при

; | 'ъг3

><<^6 1

и--- \3~

\zvtc 1 ;

п, 2 -0,6

0,5

0,4

0,3

-0,2

- 1,2

0,9

- 0,6

0,3

Птр

Рис. 20. Зависимости прироста производительности №СП вероятностей блокировки Рй1 и бепереёойной работы агрегатов Р6 от числа транспортных средств при п„:,=3. п„. =2

Обеспечение надежной работы агрегатов для заготовки стебельчатых кормов

Производственный процесс заготовки стебельчатых кормов включает технические средства для скашивания, подбора, измельчения, прессования, погрузки и транспортировки к месту хранения.

При обосновании системы технического сервиса и устранения отказов задача заключается в определении уровня надежности агрегатов и резервирования узлов, необходимых для замены. Также необходимо определение оптимального количества обслуживающих звеньев мастеров-наладчиков для обслуживания всех типов машин производственного процесса заготовки стебельчатых кормов.

Для практического определения комплексного показателя надежности кормоуборочных комбайнов в зависимости от параметров надежности и кратности резервирования предложена номограмма (рис. 21).

Рис.21. Номограмма определения показателей надежности кормоуборочных комбайнов в зависимости от их параметров и кратности резервирования

Определены потребности кормоуборочных агрегатов в узлах и агрегатах. На одно техническое средство приходится в среднем 0,18...0,60 полнокомплектных узлов.

Следующим этапом обеспечения надежной работы агрегатов является оптимизация системы технического обслуживания и устранения отказов кормоуборочных агрегатов.

По результатам экспериментальных исследований с учетом трех групп сложности отказов для кормоуборочных комбайнов КСК-100, для возможных марок тракторов (Т-150К, МТЗ-80/82), используемые кормоуборочными комбайнами типа КПИ-2,4, определено усредненное значение ^ = 5,99 ч, и 1:отк1 = = 84 ч.

Для прицепного кормоуборочного комбайна средняя наработка на отказ составляет = 7,76 ч.

Усредненное значение плотности потоков отказов трактора X) и комбайна %2 составит

Я-1 = 1Лотк = 1/5,99 =0,1669 1/ч; (66)

я2 = +1/1отК2 + 1/7,67 = 0,1423 Уч. (67)

На основании приведенных значений 1Л0ТК, 1/1отк1, 1Л„^к2 получим примерный диапазон изменения

а, = Г,/(х = 0,1669...0,6676, (68)

а2 = VII = 0,1423:. .0,5692. (69)

Для практических расчетов округленно принимаем а] =0,1...0,7; а2 = = 0,1...0,6.

Варьируя значением п с учетом указанного диапазона изменение а, определяем желаемое количество кормоуборочных агрегатов обслуживаемых одним специализированным звеном по устранению отказов.

Выполненные результаты расчетов в пределах возможного диапазона изменения а и количества обслуживаемых кормоуборочных комбайнов п представлены на рис. 22 в виде номограммы.

а, и, Р0 К[р (У{0 УХрщ

Предложенная номограмма позволяет определить все основные показатели системы технического сервиса и устранения отказов.

Из полученных в диссертации результатов исследования следует, что предлагаемый мнбгоуровневкй сйстемньт подход обеспечивает комплексное решение проблемы оптимального проектирования производственных процессов заготовки стебельчатых кормов.

Суммарный годовой экономический эффект в ценах 1990 года составит

422,48 руб./га при одновременном росте производительности кормоуборочных

агрегатов на 21,54 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В условиях Приаралья экологическая обстановка Аральского моря, приводит к сокращению посевов основных сельскохозяйственных культур - риса. В связи с этим, для предотвращения деградаций инженерно-рисовой оросительной системы Правительством Республики решено увеличение посевных площадей под кормовые культуры. При этом наиболее важными операциями производственного процесса заготовки стебельчатых кормов являются скашивание, подбор, прессование, погрузка и транспортировка, на долю, которых приходится до 60 % общих затрат труда. Исходя из этого

, разработка ресурсосберегающих методов использования технических средств для скашивания, подбора, прессования, погрузки и транспортирования кормов является актуальной проблемой, имеющей важное научное и практическое значение.

2. Для исследования процессов заготовки стебельчатых кормов предложен многоуровневый системный метод, позволяющий по взаимосвязанным критериям ресурсосбережения на основе методов теории оптимального управления, исследования операций, теории вероятностей и массового обслуживания, а также теории факторного эксперимента обосновать: оптимальные сроки и продолжительность заготовки стебельчатых кормов; оптимальные параметры и режимы работы агрегатов для скашивания растительной массы; оптимальный состав уборочно-транспортных звеньев на заготовке основных видов кормов; оптимальные обобщенные параметры тюков и рулонов.

3. Разработан аналитический метод для определения оптимальных сроков и продолжительности заготовки стебельчатых кормов по количеству бутонов для грубых, а по высоте стебля - для измельченных кормов, обеспечивающий наибольшую прибыль от реализации кормов. При этом установлена параболическая зависимость массы стебля от количества бутонов щ и длины стебля 1С1ор. В зависимости от природно-производственных условий их

оптимальные значения изменяются в пределах n6opt = 3...4, iCTap~ 0,34-0,36

м. Оптимальная продолжительность уборки кормов при этом составит Двр, = 10... 12 дней.

4. Установлено, что на качество сформированных тюков и рулонов оказывают влияния влажность сена со при прессовании, а также их плотность р и размерные характеристики Д и Lг; На основании многофакторного эксперимента обоснованы оптимальные соотношения юхрхД для рулонов и coxpxLT для тюков соответственно: 17 % х 180 кг/м3 х 150 см и 17 % х 150 кг/м3 х 80 см.

5. На основании выбранной обобщенной технологической схемы заготовки стебельчатых кормов установлены основные виды и марки технических средств для скашивания, подбора, прессования, погрузки и транспортиро-

вания. При этом по критериям минимума приведенных и удельных энергозатрат обоснованы оптимальные параметры и режимы работы указанных средств. Применение компромиссного решения Спк ~ С„тт ■ 1,05 позволяет повысить производительность агрегатов в пределах 20...40 %.

6. Поступающие в соответствии с оптимальной уборочной фазой поля кормовых культур образуют вероятностный поток требований на скашивание. При всех реально возможных значениях площади кормовых культур с учетом урожайности определены диапазоны потребности в агрегатах для скашивания: при Б = 1000 га и и = 4, 5, 6 т/га- 7; 8; 8; Р = 2000 га и и = 4, 5, 6 т/га-13; 14; 15; ¥ = 3000 га и и = 4,5, 6 т/га- 19; 22; 22.

7. Методами теории массового обслуживания для уборочно-транспортных звеньев по заготовке прессованного и рассыпного сена, сенажа, силоса и зеленых кормов в зависимости от всего диапазона изменения действующих факторов в виде номограммы установлены оптимальные количественные соотношения кормоуборочных и транспортных агрегатов.

8. Моделированием взаимосвязанной работы пресс-подборщиков, погрузчиков и транспортных средств как двухфазной системы массового обслуживания установлено, что наиболее эффективно они функционируют при равенстве их пропускных способностей в первой и второй фазах. Согласованное взаимодействие агрегатов при заготовке прессованного сена обеспечивают прирост производительности всей системы на 5... 10 %.

9. Установлено, что с позиции ресурсосбережения наиболее эффективным для надежной работы технических средств при заготовке стебельчатых кормов является резервирование полнокомплектных узлов и агрегатов. Потребность в таких узлах на одно техническое средство составляет 0,18...0,60. В виде номограммы определены взаимодействия пункта технического сервиса и поступаемьтх на ремонт технических средств.

Ю.Практическое применение результатов исследования обеспечивает: сокращение потребности в кормах на 1,75 т/га за счет обоснования оптимальных сроков уборки и повышения содержания питательных веществ в растениях; рост производительности агрегатов на 21,54 % и расчетный годовой экономический эффект 422,48 руб/га в ценах 1990 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Эксплуатационное обеспечение процессов заготовки стебельчатых кормов в условиях Приаралья Казахстана (монография). - Алматы: Гылым, 2000. - 275 с. '

2. Проектирование производственных процессов уборки риса и кормовых культур (книга). - Алматы: Гылым, 1999. - 198 с. (соавторы А.А. Зангиев, С.З. Рахатов).

3. Моделирование производственных процессов по заготовке зеленых кормов (книга). — М.: Инженерно-экономический институт, 1999. — 120 с. (соавторы О.Н. Дидманидзе, С.М. Мусипов).

4. К обоснованию оптимального технологического процесса заготовки прессованного сена. -Республ. науч. журнал «Поиск», № 3, 2000. - 4 с. (соавторы С.З. Рахатов, С.М. Аханов).

5. Определение физико-механических свойств люцерны. - Республ. науч. журнал Наука и образование Южного Казахстана. № 1. 2000. - 3 с. (соавтор С.М. Аханов).

,6. Обоснование оптимальных режимов работы агрегатов для заготовки зеленых кормов по критерию ресурсосбережения. - Вестник с.-х. науки Казахстана. № 5,1998. - 4 с. (соавторы С.З. Рахатов, С.М. Мусипов).

7. Оптимизация режимов работы агрегатов на заготовке зеленых кормов. -Республ. науч. журнал. Наука и образование Южного Казахстана. № 1 (8), 1997. - 3 с. (соавторы С.З. Рахатов, С.М. Мусипов).

8. Оптимизация технологического процесса заготовки прессованного сена по критерию минимума удельных энергозатрат. Сб. науч. тр. МГАУ, 1999. - 4 с. — (соавторы A.A. Зангиев, С.М. Аханов).

9. Пресс-подборщик с боковой выгрузкой тюков. Заявка на патент изобретения. Номер гос, регистрации 2000/0052.1 (в рассмотрении), (соавторы С.З. Рахатов, С.М. Аханов, С.Ш. Махамбеталиев).

10. Системный подход к обоснованию ресурсосберегающих технологических процессов. Сб.: Актуальные проблемы в экологии и природопользовании, ч. 1., Кызылорда: 1996. - 2 с. (соавторы С.З. Рахатов, A.A. Шаханов).

11. Применение моделирования для обоснования оптимальной периодичности. Сб.: Актуальные проблемы в экологии и природопользовании, ч. 2., Кызылорда: 1996. - 3 с. (соавторы С.З. Рахатов, A.A. Шаханов).

12. Оценка эффективности функционирования технологического комплекса по параметрам надежности работы машин. В сб.: Тезисы докладов 1 научно-педагогической конференции по экологическим проблемам Приаралья «Судьба моря - судьба людей». Кызылорда, 1990. - 2 с. (соавтор А.Н. Скороходов).

13. Обоснование объемов ремонтных работ в период заготовки кормов. В сб.: Тезисы докладов 1 научно-педагогической конференции по экологическим проблемам Приаралья «Судьба моря - судьба людей». Кызылорда, 1990. - 1 с. (соавтор А.Н. Скороходов).

14. Эксплуатационное обеспечение технологических комплексов заготовки измельченных кормов. В сб.: Эксплуатационное обеспеченность интенсивных технологических процессов в растениеводстве. - М.: МИИСП, 1989. - 4х. (соавтор А.Н. Скороходов).

15. К методике моделирования эксплуатационного обслуживания заготовки кормов. В сб.: Эксплуатационное обеспеченность интенсивных технологических процессов в растениеводстве. - М.: МИИСП, 1989. - 8 с. (соавтор Л.В. Антолян). -

16. Эксплуатационное обслуживание комплексов машин при заготовке измельченных кормов. В кн.: Актуальные проблемы эксплуатации и ремонты сельскохозяйственной техники. - М.: ГОСНИТИ. 1998. - 3 с.

17. Обоснование сроков уборки трав по минимуму потерь энергии. . В сб.: Эксплуатационное обеспеченность интенсивных технологических процессов в растениеводстве. - М.: МИИСП, 1987. - 4 с.

18. Алгоритмическое описание оптимизации процесса эксплуатационного обслуживания заготовки кормов. В сб.: Эксплуатационное обеспеченность,ин-

тенсивных технологических процессов в растениеводстве. - М.: МИИСП, 1987. - 4 с. (соавтор А.Н. Скороходов А.Н., Снегирев В.П., JI.B. Антонян).