автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты путём совершенствования технологии и оптимизации параметров уборочного агрегата

X

/

V

Т

Гузанов Максим Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫБОРОЧНОЙ УБОРКИ

РАННЕСПЕЛОЙ БЕЛОКОЧАННОЙ КАПУСТЫ ПУТЁМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОПТИМИЗАЦИИ "ПАРАМЕТРОВ УБОРОЧНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2: ПАР 2015

Санкт-Петербург - 2015

005561014

005561014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП)

Научный руководитель:

Перекопский Александр Николаевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательским отделом «Технологии и механизации работ в растениеводстве» федерального государственного бюджетного научного учреждения «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства».

Официальные оппоненты:

Коспоченков Николай Васильевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технический сервис» акционерного общества «Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина»;

Алатырев Сергей Сергеевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство» федерального государственного бюджетного •йящобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Чувашская государственная

сельскохозяйственная академия».

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех»),

Защита состоится «15» мая 2015 г. В 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 220060.06 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» по адресу: 196601, Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2 (СПбГАУ. 2-й учебный корпус, ауд. 2.719).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»;

Автореферат размещён на сайтах: http://vak2.ed.gov.ru; http://spbgau.ru.

Автореферат разослан «// » О2 2015 г.

Учёный секретарь Ул Ж) / 0 доктор технических наук, профессор

диссертационного совета дкп1/ ,/лУ] Смирнов Василии Тимофеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А ктуалыюсть исследований. Основной овощной культурой открытого грунта на Северо-Западе РФ является капуста белокочанная. Посадки белокочанной капусты составляют 45-50% площадей, занимаемых овощами открытого грунта. В овощеводческих хозяйствах до 15% всех площадей занимают посадки раннеспелой капусты. При посадке капусты в конце апреля, возможно получение товарных кочанов (ГОСТ Р 51809-2001) уже в середине июня. Особенность роста растений раннеспелой белокочанной капусты в условиях Северо-Запада состоит в том, что на формирование массы кочана оказывают существенное влияние различные факторы, такие как: поздние весенние заморозки, обеспеченность влагой растений в период вегетации, глубины залегания грунтовых вод, неоднородность почвенного плодородия даже в пределах одного поля, различная энергия роста растений и другие факторы, что вызывает неравномерность созревания отдельных кочанов и необходимость их выборочной уборки. Особенность ценообразования продукции раннеспелой белокочанной капусты состоит в существенном изменении цены реализации за период сбора урожая.

Наиболее трудоёмкой операцией при возделывании раннеспелой капусты является уборка, на долю которой приходится до 67% трудозатрат от суммы затрат труда на её производство. Поэтому остро стоит проблема сокращения затрат ручного труда путём совершенствования существующих технологий и повышения эффективности технических средств частичной механизации. Актуальной проблемой является усовершенствование технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и разработка уборочного агрегата, позволяющего осуществлять уборку, предреализационную подготовку и упаковку готовой продукции. Процесс выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты с применением средств частичной механизации требует более глубокого изучения взаимосвязи различных факторов, влияющих на затраты труда и приведённые затраты. К таким факторам относятся: площадь посадок, урожайность капусты, ширина захвата уборочного технического средства, рабочая скорость его движения, длина рядка. Использование усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и уборочного агрегата с оптимальными параметрами, позволит существенно снизить затраты труда и приведённые затраты на уборку.

Проведённые исследования явились составной частью работ, выполняемых в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии в соответствии с планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2011 - 2015 годы по теме 09.01.02 « Разработать наукоёмкие ресурсосберегающие машинные технологии и технические средства возделывания и уборки зерновых, масличных, кормовых и других культур» и программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013 - 2020 годы по теме «Фундаментальные проблемы и принципы

разработки интенсивных машинных технологий и энергонасыщенной техники нового поколения для производства основных групп продовольствия».

Цель исследований данной работы является повышение эффективности производства раннеспелой белокочанной капусты путём совершенствования технологии выборочной уборки и оптимизации параметров уборочного агрегата.

Объекты исследования: технология выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и уборочный агрегат.

Научная новизна работы:

- обоснование общей математической модели выборочной уборки белокочанной капусты, описывающей процесс уборки раннеспелой капусты;

- обоснование конструктивно-технологической схемы предлагаемого агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты;

- обоснование метода оптимизации параметров агрегата по технико-экономическим показателям с использованием теории планирования экспериментов;

- обоснование математических моделей решения компромиссных задач при поиске экстремумов функций технико-экономических показателей и математические модели определения технико-экономических показателей работы агрегата;

обоснование эффективности усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

Практическая значимость:

- разработан уборочный агрегат, который можно применять практически во всех регионах РФ;

- материалы диссертации могут оказаться полезными при подготовке курсов по математическому моделированию в агроинженерии и других смежных отраслях;

- усовершенствована технология выборочной уборки белокочанной капуты, которая позволяет снизить приведённые затраты на уборке.

Реализация результатов.

Результаты исследований использованы в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии при разработке агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

Внедрена в производство усовершенствованная технология выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты уборочным агрегатом в условиях хозяйств Ленинградской области ЗАО «Победа» и ЗАО «Племхоз имени Тельмана».

Апробация работы.

Материалы диссертационной научной работы докладывались и обсуждались:

- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ, г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2012, 2014 годах;

- на международной научно - практической конференции «Аграрная наука 21 века. Актуальные исследования и перспективы» СПбГАУ, г. Санкт-Петербург-Пушкии в 2013 году;

- на б-м и 7-м смотре - сессии аспирантов и молодых учёных но отраслям наук в ФГБОУ ВПО ВГМХА им. Н.В. Верещагина в 2012, 2013 годах;

Публикации: основные положения и результаты исследований опубликованы в 13 научных работах, в том числе 3 научные работы в перечне изданий, рекомендованных в ВАК РФ.

Основные положения. выносимые на защиту:

- общая математическая модель выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты;

- конструктивно-технологическая схема предлагаемого агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты;

- метод оптимизации параметров агрегата по технико-экономическим показателям с использованием теории планирования экспериментов;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований технико-экономических показателей работы уборочного агрегата;

представлена оценка экономической эффективности усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты в хозяйствах Ленинградской области ЗАО «Победа» и ЗАО «Племхоз имени Тельмана».

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения шести разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. При общем объёме 156 страниц, включает 60 рисунков 16 таблиц и 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ееедепии обоснована актуальность научной работы, сформулированы цель проводимых исследований и основные положения работы, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» представлены агротехнические требования к выращиванию и уборке раннеспелой белокочанной капусты. Приведён анализ технологий и конструкций технических средств частичной механизации выборочной уборки овощей. Определены технологические требования, предъявляемые к уборочному агрегату.

Свой вклад в теорию сельскохозяйственной машин, агроинженерную науку внесли известные учёные: основоположник В.П. Горячкип, его последователи В.А. Желиговский, И.И. Артоболевский, П.И. Василенко и многие другие известные учёные.

В разработку и создание сельскохозяйственной машин свой вклад внесли известные учёные: С.С. Алатырев, Н.В. Антипин, А.М. Валге, М.Г. Догановский, В.Г. Еникеев, Н.В. Костюченков, A.A. Попов, Н.В. Романовский, H.H. Романовский и многие другие известные учёные.

На основе анализа технологий выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и конструкций технических средств частичной механизации обоснованы способы повышения эффективности выборочной

уборки раннеспелой белокочанной капусты. Повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой капусты возможно за счёт усовершенствования технологии выборочной уборки, разработки уборочного агрегата, позволяющего осуществлять уборку, предреализационную подготовку, упаковку готовой продукции и накопление её на платформе.

Для достижения поставленной цели по повышению эффективности производства раннеспелой белокочанной капусты необходимо решить следующие задачи.

1. Проанализировать существующие технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и конструкции технических средств частичной механизации уборки овощей, определить способы повышения эффективности выборочной уборки капусты.

2. Разработать общую математическую модель выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

3. На основе анализа конструкций технических средств частичной механизации сбора овощей, разработать модель и конструктивно-технологическую схему работы уборочного агрегата.

4. Выявить основные факторы, влияющие на технико-экономические показатели работы агрегата, разработать их математические модели.

5. Разработать метод определения оптимальных параметров агрегата и количества обслуживающего персонала.

6. Для условий хозяйств Ленинградской области определить рациональные параметры уборочного агрегата и рациональное количество обслуживающего персонала.

7. Апробировать выполненные научные разработки в хозяйствах Ленинградской области ЗАО «Победа», ЗАО «Племхоз имени Тельмана» и произвести экономическую оценку эффективности усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

Во втором разделе «Теоретические основы повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты»

Разработаны и решены следующие теоретические задачи: определена закономерность роста массы кочанов белокочанной капусты, разработана общая математическая модель выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, предложен способ усовершенствования технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, разработана технологическая схема и модель работы уборочного агрегата. Определены основные факторы влияющие на технико-экономические показатели работы уборочного агрегата, обоснован и разработан метод определения оптимальных параметров уборочного агрегата и количества обслуживающего персонала в зависимости от действующих факторов и условий уборки.

В общем виде модель выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты представлена на рисунке 1, где в координатах времени и массы, представлен рост кочанов капусты до массы, пригодной к уборке. В верхней части графика проведены горизонтальные линии 1 и 2 (тв и тн), соответствующие формированию верхней и нижней массе убираемых кочанов.

Линия 3, соответствует уравнению изменения средней массы кочанов капусты, на ней построены плотности вероятностей нормального закона распределения для различных сроков выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

£Т*!2,ТЛ». 2<Г

«яка 1, т.,

кочанов, т

кочана

й уборки, /

Рисунок 1 - Общая математическая модель выборочной уборки капусты.

Изменение средней массы кочанов в период роста капусты описывается уравнением прямой линии. Уравнение роста кочанов имеет вид:

та =(а + 2сг) + Ь-( (1)

где а,Ь - эмпирические коэффициенты;

и - показатель разброса суммарной величины, относительно средней, I - время роста, дней.

С учётом вероятности изменения массы кочанов до верхнего уровня уравнение (1) позволяет определить время роста кочанов до первой уборки:

т.-(а+ 2ег)

Л

где тв - верхний интервал массы кочана, кг; Средний интервал времени между последующими уборками:

т , - т

Л/ =

Ъ '

где - нижний интервал массы кочана, кг;

Массу убранного урожая ранней белокочанной капусты:

"г„ +

(2)

(3)

(4)

где N ^ - количество кочанов пригодных к уборке, шт. Для проведения исследований по определению взаимодействия процессов при уборке капусты разработана блок-схема технологического процесса работы уборочного агрегата в виде модели взаимодействующих блоков (рисунок 2), которая включает в себя все составляющие технологического процесса выборочной уборки ранней белокочанной капусты уборочным агрегатом.

Зётх

Рисунок 2 - Блок-схема модели рабош агрегата

Общая производительность рабочих сборщиков находится по формуле

В первом блоке модели исследуется производительность агрегата, в зависимости от рабочей скорости движения, количества созревших на делянке поля кочанов и количества рабочих сборщиков. Изменение количества кочанов, годных к уборке на одном поле имеет вероятностный характер. При условии обслуживания одного рядка одним рабочим сборщиком, поступление кочанов 1 предположительно будет подчиняться закону распределения Пуассона.

(5)

где N. - количество рабочих, занятых на сборе кочанов, чел;

раб

Ур - рабочая скорость движения агрегата, м/сек;

Ур - Количество кочанов, годных к реализации на единице рядка, шт/м (случайная величина).

Во втором блоке модели исследуется производительность рабочих за столом доработки при условии поточного технологического процесса. Каждый кочан, доставленный на стол доработки, должен быть обслужен рабочими и упакован в сетку без очереди или отказа. Технологический процесс работы агрегата представлен как система массового обслуживания с отказами. Производительность работах за столом доработки является пропускной способностью всех поступающих заявок за единицу времени. То есть общий поток заявок, поступивших на стол доработки, зависит от интенсивности поступления кочанов капусты от разного количества рабочих сборщиков и определяется (в %) по формуле:

Ап =Ю0-д-М1

раб >

(6)

где

Ап - общая аосолютная пропускная спосооность потока заявок, поступивших на обработку в единицу времени от N^; Nр[!й - количество рабочих сборщиков, чел;

9 - относительная пропускная способность, всех поступающих заявок за единицу времени.

определения максимального количество рабочих сборщиков необходимо определить вероятность обслуженных заявок в единицу времени без очереди и отказов рабочими за столом доработки.

В третьем блоке модели исследуется условие непрерывного технологического процесса работы уборочного агрегата, которое состоит в том, что время заполнения сетки кочанами, должно быть больше, времени смены

Для

сетки. Для того, чтобы первый рабочий успел завершить все технологические операции и заменить заполненную сетку на пустую, должно соблюдаться условие:

(7)

гДе - время смены заполненной сетки:

¿з - время заполнения сетки, доработанными кочанами. Грузоподъёмность агрегата определяется по формуле:

Я, • Л., • ш

С

пр д>.сет

(8)

где ¿„„ - время прохода агрегата длины рядка, мин;

- среднее количество кочанов в одной заполненной сетке, шт.

Для снижения затрат труда и приведённых затрат па уборку раннеспелой белокочанной капусты с использованием уборочного агрегата необходимо исследовать влияние факторов (урожайность капусты; ширина захвата агрегата; рабочая скорость движения агрегата; длина рядка) на технико-экономические показатели работы агрегата (производительность агрегата, т/ч; трудозатраты, чел.ч/г, энергозатраты, МДж/т, приведённые затраты, руб/т) и определить рациональные параметры уборочного агрегата и рациональное количество обслуживающего персонала.

Определение оптимальных параметров уборочного агрегата, представляет собой многомерную поисковую математическую задачу, решить которую возможно при использовании математического программирования. При поиске экстремумов целевых функций, производительность агрегата должна стремиться к максимуму; трудозатраты, энергозатраты и приведённые затраты к минимуму.

Для решения задачи оптимизации были разработаны многомерные поисковые компромиссные задачи (математические модели) при воздействии следующих факторов:

- X, - урожайность разового сбора, т/га;

- Х2 - ширина захвата агрегата, м;

- Х3 - скорость движения агрегата, м/сек;

- X4 - длина рядка, м.

Эля производительности: (9) для энергозатрат: (Ю)

Я?=(Л^Л'зЛ. X.}-» ягах 33 = (Хь Х2.Х3,ХА) як

Ограничения для проигаедигелънопи: Ограничения для энергозатрат:

ТЗ 17Р = (ли,7ьХ,,Х>) = тзх

ЭЗ », Х,, А",, иГ,} » та 13-(Х,.Х..Х,.Х,)-1га

для затратам щруёя: (11)

ТЗ « (ХЬХ,, Х3,Х4} аш

для приведённым затратам; (12)

Ограничения дай ярмвааёнкйж затрат:

ер-(хихг,х3,хл) - ая

13 - (Хг, Хь Х3, Х4> - ш»

33 - (X;, Хг,Хз» X*) - ава

ДР = (ХьХ^Х.,, Х<} « вв

3) - <ХЬ Х;, X», X,} - шаг

ВЗ-(ХиХъХг.Хд-тя

Исследования выполнены путём расчёта технико-экономических показателей работы уборочного агрегата в определённых точках факторного пространства с использованием теории четырёхфакторного планирования эксперимент и оценивалось влияние каждого фактора на технико-экономические показатели работы aq:>eгaтa.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований». Основной представленной задачей экспериментальных исследований является анализ технологического процесса работы уборочного агрегата на выборочной уборке раннеспелой белокочанной капусты, при различных значениях урожайности капусты и длины рядка, с целью определения параметров агрегата при минимальных затратах труда и приведённых затратах.

Для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты в лаборатории ГНУ СЗНИИМЭСХ «Технологий и технические средства производства овощей» под руководством Н.В. Романовского, при личном вкладе диссертанта, разработан агрегат для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

На рисунке 3 представлена конструктивно-технологическая схема агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

1 2 3 4

о р О уо о о/о оооооооооооо

5 О /О О/О О © О О О О О О О О О О О О О 5 0/0(^00/00000000000000

оооооооо ] о о о ООО

■епзпЗ оооооооо ООО оооооооо ооооооооооо оооооооооо

Рисунок 3 - Конструктивно-технологическая схема агрегата для выборочной уборки ранней белокочанной капусты.

Агрегат состоит из основной рамы 5. которая опирается на два опорных колеса 6 с одной стороны, с другой стороны располагается прицепное устройство 7 для соединения с трактором. В передней части рамы находится площадка 4 для

о о о о чШ

о о о о!

о о © д о Ж

» о о о © Сд

о о о © о У1

О о о о о &

О о о о <9 О

о « к? о о V

о о о о о <5

о о о о о о

накопления готовой продукции (платформа агрегата), в задней части установлен наклонный транспортёр 2, к которому прикреплены горизонтальные транспортеры 1 для сбора кочанов. Элеватор подает убранную продукцию на стол инспекции 3, где производится при необходимости ее доработка, после этого продукция упаковывается в тару 8 (сетка, коробка).

Обслуживающий персонал: 1 - механизатор, 2 - рабочих за столом доработки, несколько рабочих, собирающих кочаны. Агрегат работает с трактором класса 1,4 (МТЗ-80/82), оборудованным ходоуменьшителем.

В рабочем положении транспортеры уборочного агрегата устанавливаются горизонтально полю, перпендикулярно раме агрегата, агрегат движется по полю, рабочие сборщики собирают пригодную для реализации продукцию, кочаны свыше 0,4 кг, укладывают её на транспортер. Транспортёрами продукция доставляется к подъемному элеватору и далее на стол инспекции, где производится ревизия продукции (при необходимости доработка) и упаковка в тару. Заполненная тара укладывается на площадке прицепа. При заполнении площадки уборочного агрегата, на краю поля, готовую продукцию перегружают в транспортное средство для доставки к местам реализации или хранения. Общий вид агрегата для выборочной уборки представлен на рисунке 4.

а) б)

Рисунок 4 - Общий вид агрегата:

а) работа агрегата в поле на уборке ранней белокочанной капусте.

б) вид агрегата сзади: 1 - горизонтальный транспортёр в транспортном положении; 2 - горизонтальный транспортёр в рабочем положении; 3 -наклонный транспортёр.

При проведение хронометражных наблюдений за работой уборочного агрегата на выборочной уборке раннеспелой белокочанной капусты производилась регистрация следующих показателей технологического процесса: масса одного кочана; количество кочанов в одной заполненной сетке; общая урожайность и урожайность разового сбора раннеспелой белокочанной капусты; время заполнения одной сетки; время смены одной заполненной сетки на пустую; время разгрузки агрегата; рабочая скорости движения агрегата при разной урожайности капусты и ширине его захвата; количество кочанов годных к реализации на 10 метрах одного рядка; время между уборками пригодных к реализации кочанов капусты.

Производственные испытания агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты выполнялись в хозяйствах Ленинградской области ЗАО «Победа» и ЗАО «Племхоз имени Тельмана».

В четвёртом разделе «Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований», приведён анализ статистической обработки данных полученных в ходе опытов. На основании анализа опытных данных, полученных в период уборки, и получения основных значений статистических величин, определены: средняя масса одного кочана составляет 0,8 кг; среднее количество кочанов в одной сетке составляет 28 штук; урожайность разового сбора изменяется от 4,5 до 10,5 т/га; среднее время заполнения одной сетки составляет 52 сек; среднее время смены одной заполненной сетки составляет 30 сек; среднее время разгрузки агрегата составляет' 15 минут; средняя рабочая скорость движения агрегата составляет 0,23м/сек; масса одной заполненной сетки в среднем составляет 22,4 кг.

Выполнено исследование общей математической модели выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, в ходе которого доказано, что при выборочной уборке раннеспелой белокочанной капусты масса кочанов изменяется по закону нормального распределениея, при этом соблюдаются заданные весовые показатели кочанов капусты. Экспериментальные данные по изменению количества кочанов, достигших товарной пригодности на 10 метрах делянки при каждом сборе урожая капусты, изменяются по распределению Пуассона (с вероятностью =2,5) и подтвердают ранее сделаное теоретическое предположение. Средний интервал времени между сборами урожая раннеспелой белокочанной капусты составляет 4 дня

Представлен анализ модели работы агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты. Общая производительность рабочих сборщиков в зависимости от их количества, урожайности капусты и рабочей скорости движения агрегата изменяется в пределах 16...87 кочанов в минуту (шт/мин). Из анализа результатов обработки опытных данных следует, что обслуживание одного кочана доставленного на стол доработки рабочими составляет 1 сек/шт.

Из полученных данных следует, что рабочие за столом доработки обслуживают все поступившие кочаны с вероятностью 100% без очереди и отказов в том случае, если количество рабочих сборщиков не превышает 8-ми человек.

Из анализа результатов обработки опытных данных следует, что среднее время заполнения сстки кочанами рабочими за столом доработки составляет /.,=51,8. сек, а среднее время смены сетки составляет =30,2 сек, следовательно можно считать, что условие (¿^ <tI) поточного технологического процесса работы уборочного агрегата соблюдается.

Из анализа результатов обработки опытных данных следует, что грузоподъёмность уборочного агрегата должна быть не менее 1400 кг. Максимальная ширина захвата агрегата для выборочной уборки капусты определяется из условия максимального количества рабочих сборщиков. При ширине междурядья 0,75 метра и 8-ми рабочих сборщиков, максимальная

ширина захвата агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты составляет 6 метров.

В пятом разделе «Оптимизация параметров уборочного агрегата и количества обслуживающего персонала». Выполнена оптимизация параметров агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты для условий пригородных хозяйств Ленинградской области. Для математического моделирования работы агрегата и оптимизации его параметров был использован аппарат планирования экспериментов и метод нелинейного программирования.

По результатам анализа статистических данных полученных опытным путём разработана матрица четырёхфакторного планирования экспериментов.

Опытные данные, проведённые по матрице планирования экспериментов обрабатывались на компьютере с использованием статистического пакета STATGRAPHICS Centurion.

В результате обработки матрицы четырёхфакторного планирования эксперимента получены следующие математические модели технико-экономических показателей работы агрегата:

производительности Yne =0,700 + 0,209-Хг, +0,384-Х2 +0,098-Х3 -0,015-Х4 +0,093-Х,2 + + 0,125-Х,-Х2 +0,025-Х,-Х3 -0,058-Х, -Х4 -0,035-Х22 + (13)

+ 0,038-Х2 -Х"3 — 0,055-Х2 -Х4 +0,011-Х2 + 0,008-Х3 -Х4 +0,044-Х2,

R1 = 93,8% трудозатрат

УТЗ =11,510-3,042-X, -2,563-Х2 -1,618-Х3 +0,068-Х4 - 0,364-ЛГ? + + 0,948-Х, -Х2 +0,540-Х, -Х3 +0,518-Х, -Х4 +1,959-Х22 + (14)

+0,438-Х2 -Х3 +0,700-Х, -Х4 + 0,018-Х| +0,080-Х3 -Х4 -0,825-Х42,

R2 =93,2%

энергозатрат

Y33 =946,330-222,205-А', -398,400-Х"2 -118,107-Х"3 + 1,888-Х4 --21,406-Х,2 +122,287-Х, -Х2 +37,383-X, -Х3 + 35,925-X, -Х4 + ^

+ 253,347 -Х| + 63,155-Х, • Х'3 + 45,218-Х'2 -Х4 + 1,142-Х'| + + 5,338- Х3 • Х4 - 60,551 • Х'42,

R2 =97,2%

приведённых затрат Ym = 2246^84-624,239-Л', -1039,23-Х2 -319.022-Х, + 6,155-Х., -

-69,237• Х{ + 322,558-X, • X, +129,238- X, -Х3 +100,172-X, - Х4 + ^

+ 672,474- А'2 +165,455-Х, -X-, +127,192-Л'2 -Х4 -5.035-X; + + 14,890-Х,-Х4 -163,576-Х4г.

R2 =97,0%

Наибольшее влияние на производительность, энергозатраты и приведённые затраты оказывает фактор ширина захвата агрегата, зависящая от

количества рабочих сборщиков. На затраты труда самое большое влияние оказывает фактор урожайность капусты.

Имея многокритериальную задачу с четырьмя критериями, имеющим разную размерность, для решения которой целесообразно использовать их свёртку по схеме справедливого компромисса, когда относительное снижение одного или нескольких критериев не превосходит относительного повышения остальных критериев. В точке оптимума относительных изменений &J!/J¡=0. Этому условию соответствует свёртка критериев по формуле:

4

Укк =Х1а/,(*) >т1п. (17)

где Уу - компромиссный критерий.

Для проведения исследований по моделям компромиссных . задач выполнено разделение факторов. Входящие в модель факторы (урожайность разового сбора и длина рядка) не управляемые и являются реальностью условий работы уборочного агрегата, факторы (ширина захвата агрегата и рабочая скорость его движения) управляемые и могут {сменяться в зависимости от значений показателей работы уборочного агрегата.

Для определения рациональных параметров агрегата и количества обслуживающего персонала, методом математического программирования, разработана программа «Оптимизации параметров уборочного агрегата».

Для проведения расчётов по программе оптимизации использована матрица двухфакторного эксперимента. При обработке результатов матрицы планирования экспериментов получены математические модели технико-экономических показателей работы агрегата:

производительности

Упр -0,72+ 0,14-Х, -0,0384-Х, + 0,14-Х,2-0,18-Х, -X, + 0,06-Х42, (18)

Е2 =99,9%

трудозатрат

УЗТ = 10,68-1,09-X, + 0,52-Х4 -0,38-Х,2 + 0,35-Х, -X, -0,89-Х;, (19)

Я7 =100,0% энергозатрат

Гэз = 789,72 -65,00• Аг, + 37,45• Х4 - 22,73 • X2 + 26,17 • X, • X, -62,58 ■ Х42, (20)

Я2 =100,0% приведённых затрат

Уцз = 1845,11-183,83-Х, +104,33-Х4 -83,17-Х,2 + 70,33-Х, • Х4 -169,67-Х2, (21)

Л2 =100,0% компромиссного критерия

Гж =2574,95-267,85- X, +148к08-Х4 -115,88-Х,2 +111,06-Х, -Х4 -237,92-Х4. (22)

К2 =100,0%

Наибольшее влияние на технико-экономические показатели оказывает фактор урожайность капусты.

На рисунке 5 представлены поверхности отклика влияния факторов урожайности и длины рядка на технико-экономические показатели работы уборочного агрегата.

урО.

а) производительность агрегата; б) трудозатраты; в) энергозатраты; г) приведённые затраты; д) компромиссный критерий.

Д)

Рисунок 5 - Влияния факторов урожайности и длинны рядка на технико-экономические показатели агрегата:

С использованием экстремумов функций технико-экономических показателей работы уборочного агрегата при переходе от нормированных переменных к действительным определены рациональные параметры уборочного агрегата и рациональное количество обслуживающего персонала для хозяйств Ленинградской области.

При урожайности разового сбора раннеспелой белокочанной капусты от 4,5 до 10,5 тонн с гектара; рабочей скорость движения агрегата 0,19...0,27 м/сек; ширине его захвата до 6 метров; средней длине гона 350 метра, рациональные параметры агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и количества обслуживающего персонала следующие.

При максимальной производительности ширина захвата а!регата составляет б метров, скорость его движения 0,23 м/сек, количество обслуживающего персонала 11 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки, 8 рабочих сборщиков кочанов капусты. При минимальных трудозатратах, энергозатратах и приведённых затратах, ширина захвата агрегата составляет 5,5 метров, рабочая скорость его движения 0,19 м/сек, количество обслуживающего персонала 10 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки и 7 рабочих сборщиков.

Уборочный агрегат с такими параметрами эффективно может быть использован для выборочной уборки капусты в хозяйствах Ленинградской области и сходных с ней по производственно-климатическим условиям областях Северо-западной зоны РФ.

В местом разделе «Оценка экономической эффективности усовершенствованной ' технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты». Выполнена оценка экономической эффективности усовершенствованной технологии по сравнению с технологией выборочной уборкой с использованием платформы ПНСШ-12А.

По результатам экономической оценки следует, что при применении усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты на базе уборочного агрегата по сравнению с технологией выборочной уборки белокочанной капусты с помощью технических средств частичной механизации (платформы ПНСЩ-12А) годовой экономический эффект составляет 146845,00 рублей (в ценах 2014 года). Повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты происходит за счёт уменьшения операций технологического процесса путём их объединения, оптимизации параметров агрегата и количества обслуживающего персонала. Затраты труда снижаются на 28,20% и составляют 9,97 чел.ч/т, наблюдается повышение производительности уборочного агрегата на 34,55% (0,38т/ч).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В настоящее время на уборку раннеспелой белокочанной капусты приходит до 67% трудозатрат от суммы затрат труда на её производство, что требует проведение исследований по их сокращению. Выполнен анализ технологий и технических средств выборочной уборки овощей. В результате которого определены возможные способы повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочашюй капусты: за счёт уменьшения количества рпераций технологического процесса путём их объединения и оптимизации параметров уборочного агрегата.

2. Разработана общая математическая модель технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, которая позволяет определить основные её показатели (время роста кочанов до первой уборки, средний интервал времени между последующими уборками и массу убранного урожая капусты). По общей математической модели можно определять общие

показатели технологии, прогнозировать сроки уборок, состав технических средств и количество рабочих.

3. На основе анализа конструкций технических средств частичной механизации для выборочной уборки овощей и особенностей технологического процесса выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты разработана модель и конструктивно-технологическая схема уборочного агрегата на основе которых разработан и изготовлен агрегат для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

4. Разработаны математические модели технико-экономических показателей работы уборочного агрегата (производительности, трудозатрат, энергозатрат и приведённых затрат) при воздействии на них основных факторов (урожайности капусты, ширины захвата агрегата, рабочей скорости его движения и длины рядка).

5. Для проведения оптимизационных расчётов параметров уборочного агрегата и количества обслуживающего персонала, на основе математических моделей технико-экономических показателей работы уборочного агрегата и теории планирования экспериментов, разработан метод, позволяющий выполнить многокритериальную оптимизацию.

6. При экспериментальном исследовании технологического процесса работы уборочного агрегата определены его предельные параметры (ширина захвата не более 6-ти метров, рабочая скорость его движения не более 0,27 м/сек) количество обслуживающего персонала не более 11 человек. При урожайности разового сбора ранней белокочанной капусты от 4,5 до 10,5 тонн с гектара; рабочей скорость движения агрегата 0,19...0,27 м/сек; ширине его захвата до 6 метров; средней длине гона 350 метра, определены рациональные параметры агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.

При максимальной производительности ширина захвата агрегата составляет 6 метров, скорость его движения 0,23 м/сек, количество обслуживающего персонала 11 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки, 8 рабочих сборщиков кочанов капусты. При минимальных трудозатратах, энергозатратах и приведённых затратах, ширина захвата агрегата составляет 5,5 метров, рабочая скорость его движения 0,19 м/сек, количество обслуживающего персонала 10 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки и 7 рабочих сборщиков.

Уборочный агрегат с такими параметрами эффективно может быть использован для выборочной уборки капусты в хозяйствах Лсшшградской области и сходных с ней по производственно-климатическим условиям областях Северо-западной зоны РФ.

7. При внедрении усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты в хозяйства Ленинградской области ЗАО «Победа» и ЗАО «Племхоз имени Тельмана» оценка экономической эффективности показала, что повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты происходит за счёт уменьшения операций технологического процесса путём их объединения, оптимизации параметров агрегата и количества обслуживающего персонала. Затраты труда снижаются на

28,20% и составляют 9,97 чел.ч/т, наблюдается повышение производительности уборочного агрегата на 34,55% (0,38т/ч) по сравнении с технологией выборочной уборки капусты с помощью технических средств частичной механизации (платформы ПНСШ-12А). Годовой экономический эффект составил 146,85 тыс. рубл.

Перспективы дальнейшей разработки темы

Усовершенствовать агрегат для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, автоматизировать технологический процесс рабочих за столом доработки (затаривание сеток и складирование их на платформу агрегата), повысить производительность агрегата.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в перечне изданий, рекомендованных в ВАК РФ.

1. Зырянов, A.B. Используйте агрегат АВУ - 7,5 для выборочной уборки огурцов и капусты / A.B. Зырянов, М.С. Гузанов Н.В. Романовский, С.П. Слушков // Картофель и овощи. - 2012. - №8. - С. 13-14.

2. Романовский, Н.В. Определение конструктивных кинематических параметров агрегата для выборочной уборки капусты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Вестник РАСХН. - 2013. - №4. - С. 64-65.

3. Романовский, Н.В. Технологии механизированной уборки белокочанной капусты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2014. - №1. - С. 49-52.

Публикации в других изданиях.

4. Гузанов, М. С. Разработка агрегата для выборочной уборки ранней капусты / М.С. Гузанов, Н.В. Романовский // Развитие АПК в свете инновационных идей молодых учёных: сборник научных трудов - СПб.: СПбГАУ, - 2012. - С. 214-216.

5. Гузанов М.С. Результаты исследований агротехнических средств показателей ранней капусты и определение уборочного процесса / М.С. Гузанов // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сборник научных трудов. -СПб.: СПбГАУ, 2013. -С. 168-170.

6. Романовский Н.В. Обоснование применения выборочной уборки капусты. / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов, А.Н. Перекопский // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сборник научных трудов. - СПб.: СПбГАУ, 2012. - С. 278 - 281.

7. Романовский, Н.В. Исследование уборочного процесса ранней капусты. / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Сборник ВИМ «Система технологий и машин для инновационного развития АПК России». - 2013. - ч.1. - С. 255-258.

8. Романовский, Н.В. Механизированная выборочная уборка капусты (белокочанной) / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Молочнохозяйственный вестник. - 2012. - №3(7).- С. 57-61.

9. Романовский. H.B. Оптимизация конструктивных параметров агрегата для выборочной уборки белокочанной капусты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Молочнохозяйственный вестник. - 2013. - №4 (12) - С. 59-64.

10. Романовский Н.В. Расчёт производительности агрегата для выборочной уборки ранних овощей на примере белокочанной катеты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Сборник БГТУ «Материалы международной научно-практической конференции» Минск. -2014. - ч.1. - С. 119-121.

11. Романовский, Н.В. Обоснование ширины захвата агрегата для выборочной уборки овощей / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов // Сб. науч. тр. ГНУ СЗНИИМЭСХ: СПб. - 2013. - Вып. 84. - С. 62-67.

12. Романовский, Н.В. Технологии уборки белокочанной капусты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов Н Агроинформ: Казахстан. - 2013. - №1-2. - С. 1617.

13. Романовский, Н.В. Повышение эффективности механизированной уборки ранней белокочанной капусты / Н.В. Романовский, М.С. Гузанов //Сборник научных трудов ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - 2014. - С. 26-32.

Подписано в печать 03.03.2015г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Тираж 100 экз. Заказ № 33 Отпечатано на ризографе ФГБНУ ИАЭП 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, 3