Механико-технологическое обоснование повышения эффективности функционирования сельскохозяйственных агрегатов

Относительная скорость (V_o) (скорость скольжения почвы по поверхности стойки) определяется выражением:

, (18)

где f=tg - коэффициент трения почвы о материал поверхности стойки рабочего органа.

Рисунок 13 - Векторный треугольник скоростей движения почвы по поверхности стойки

Из этого выражения видно, что при определённых условиях (=/2) относительная скорость (скорость скольжения) может быть равна переносной скорости движения рабочего органа и тогда частицы почвы перемещаются вместе со стойкой рабочего органа без скольжения по ней. Такое положение способствует налипанию почвы на стойку и образованию уплотнённого ядра почвы, которое перемещается вместе со стойкой и значительно повышает его тяговое сопротивление, так как трение почвы по почве значительно выше, чем трение почвы о сталь. Уплотнённое ядро почвы не образуется при угле заточки клина менее 50.

В связи с проведенным анализом различных форм поперечного сечения стойки рабочего органа можно отметить, что наиболее рациональным является поперечное сечение стойки в виде плоскости, ограниченной выпуклой кривой (рис.14), так как угол между вектором переносной скорости и нормалью к траектории движения почвы по поверхности стойки увеличивается и в зоне схода со стойки достигает величины 90, если поперечное сечение стойки имеет форму эллипса.

Рисунок 14 - Схема действия сил при движении почвы по выпуклой кривой

Абсолютная скорость почвы уменьшается и при = /2 становится равной нулю, а относительная скорость увеличивается и при указанной величине угла достигает своего максимального значения, равного Таким образом, затраты энергии на отбрасывание почвы стойкой снижаются, а поскольку увеличивается относительная скорость движения почвы, то отсутствуют условия для образования уплотнённого ядра, следовательно общая энергоёмкость процесса обработки почвы уменьшается.

Однако в вершине эллипса существуют предпосылки для образования ядра уплотнения, так как в этой зоне скорость скольжения почвы (относительная скорость) имеет небольшую величину, особенно если параметры (оси) эллипса различаются между собой незначительно. В связи с этим одна из вершин эллипса должна оканчиваться острым углом, величина которого не должна быть более 50-ти градусов (рис. 15).

В главе «Основные результаты исследований и их технико-экономическая эффективность» установлены экономические показатели результатов исследований.

Эффективность функционирования МТА представляет собой совокупность свойств агрегатов, обеспечивающих пригодность их к применению в соответствии с назначением. К этим свойствам относятся: производительность, удельный расход топлива, коэффициент использования времени смены, удельная масса, качество выполняемых работ, энергоёмкость, адаптивность, экологичность и др.

Среди этих свойств МТА важнейшими являются обеспечение высокого качества выполнения технологических операций, адаптивность, экологичность, низкая энергоёмкость, высокая производительность, экономичность, которые в значительной степени и определяют их технико-экономические показатели.

Реализация задач обработки почвы наиболее полно и с минимальными затратами проявляется при адаптации МТА к почвенным условиям конкретного поля, биологическим требованиям конкретной культуры и системе севооборотов и технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Рисунок 15 - Форма поперечного сечения стойки рабочего органа

Следовательно, эффективность функционирования МТА определяется не только свойствами динамической системы, но и условиями, в которых они функционируют, т.е. являются функциями внешней среды, которая включает вариации агроландшафта с его физико-механическими и пространственно-топологическими характеристиками, вариации структуры МТА и принципы их взаимодействия.

В связи с этим определение технико-экономических показателей проведено применительно к условиям Ростовской области для сельскохозяйственных предприятий площадью 2000, 5000 и 12000 га.

Для технико-экономического обоснования принята математическая модель, разработанная во ВНИПТИМЭСХ. Эта модель снабжена хорошо развитым банком данных, которые постоянно уточняются (особенно в части быстроизменяющихся цен и структуры технических средств), она снабжена современным программным обеспечением и динамична к объёмам работ, севооборотам и технологиям производства сельскохозяйственных культур, т.е. в значительной степени адаптирована к производственным условиям использования технических средств.

В таблице 2 приведены общие средневзвешенные по площади пашни сельскохозяйственных предприятий показатели экономической эффективности.

Таблица 2 - Общие показатели экономической эффективности

При этом экономия затрат живого труда, экономия топлива и снижение металлоёмкости парка машин определены по разности этих показателей по базовому и новому паркам машин.

Таким образом, проведенные исследования и полученные результаты обеспечивают применительно к условиям Ростовской области экономию живого труда в размере 2,6 млн. чел.-час. При этом общая металлоёмкость парка машин снижается на 57 тыс.т, а экономия топлива составляет 31,7 тыс.т. Суммарный годовой экономический эффект составляет 3,7 млрд. рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате исследований установлено следующее:

1. Разработаны принципы формирования параметрического ряда МЭС, в основу которых положено обеспечение минимума недоиспользованной мощности и экономически оптимального перекрытия между смежными типоразмерами ряда, что обеспечивается переменным знаменателем прогрессии ряда, который изменяется по определённому закону вместе с ростом порядкового номера типоразмеров. Такой ряд обеспечивает преемственность развития и включает семь тяговых классов 0,4; 0,7; 1,1; 1,8; 3,0; 5,0; 7,0.

2. Разработана математическая модель в виде уравнений второго порядка, связывающая важнейшие факторы (объёмы работ, структура технических средств), воздействующие на агрегаты, с технико-экономическими показателями их работы. В основу математической модели положены принципы теории планирования экспериментов. Так как экстремальным значениям модели соответствуют оптимальные значения факторов, то на основании этой модели можно выработать рекомендации по оснащению с.-х. предприятий техникой, т. е. установить структуру МТП.

3. Разработана инженерная база для определения тягово-энергетических показателей МЭС с различными типами трансмиссий, учитывающая характер протекания процессов с введением аппроксимаций, соответствующих каждому режиму нагрузки. Алгоритм для определения тягово-энергетических показателей обеспечивает получение результатов с достаточной точностью (относительная ошибка не превышает 3-4 %).

4. Методические положения определения тягово-энергетических показателей трактора с бесступенчатой трансмиссией позволяют установить эти показатели и определить параметры гидромашин, входящих в эту трансмиссию для её предварительного расчёта.

5. В основу методики определения параметров (передаточных чисел) трансмиссии положен принцип использования потенциальных возможностей энергетических средств, что даёт возможность определить параметры трансмиссии в зоне наибольших значений тягового КПД и не допустить снижения загрузки двигателя ниже допустимых значений при переключениях передач.

6. Основным источником колебаний МТА при работе их на характерных фонах (стерня, поле подготовленное под посев, вспаханное поле, полевая дорога и др.) являются неровности профиля поверхности поля. Рассматривая принципы взаимодействия различных типов движителей с профилем поверхности поля установлено, что гусеничный движитель имеет существенные преимущества по сравнению с колёсным движителем, так как он фильтрует (сглаживает) в 2,1-2,8 раза больше неровностей, что улучшает условия труда, плавность хода, качество выполняемых операций и другие показатели МТА.

7. Для корректного определения производительности МТА необходимо учитывать вероятностный характер изменения тягового сопротивления агрегата, и тогда по функции распределения можно определить долю работы агрегата в каждом режиме работы, и, следовательно, установить среднюю скорость движения и производительность МТА, что значительно повышает точность расчётов при оценке эффективности функционирования агрегатов.

8. Рассматривая механизмы адаптации сельскохозяйственных МТА к условиям функционирования на примере сеялочного агрегата, установлено, что движители сельскохозяйственных МТА оказывают влияние на почву, что приводит к снижению эффективности их работы, так как увеличивается плотность почвы, в связи с этим снижается урожайность сельскохозяйственных культур, повышается тяговое сопротивление почв, повышается расход топлива, нарушается агротехника выполняемых работ. В свою очередь профиль поверхности поля оказывает влияние на работу МТА, поэтому для оценки этого влияния были получены обобщённые параметры корреляционных функций и соответствующие им спектральные плотности, которые изменяются только от характеристики рассматриваемых фонов и скорости движения. Следовательно, их можно использовать для определения параметров любых сельскохозяйственных агрегатов, работающих на этих фонах.

Но независимо от агрофона высевающая система должна обеспечивать точное распределение семян в рядках на заданную глубину. В наибольшей степени требованиям агротехники отвечают высевающие аппараты вибродискретного типа и катушечные винтовые аппараты с косым зубом.

9. Линией наибыстрейшего спуска потока семян из высевающего аппарата до сошника является дуга циклоиды, следовательно, семяпровод сеялки должен иметь форму циклоиды, но радиус образующей окружности циклоиды должен быть выбран таким образом, чтобы арка циклоиды прошла через заданные точки. Форма семяпровода установлена методами вариационного исчисления. Разработана методика определения радиуса образующей окружности циклоиды, отвечающая указанным требованиям.

Радиус образующей окружности сеялки типа СЗ-3,6, оснащённой многоручьевым высевающим аппаратом вибродискретного типа, изменяющийся в пределах 0,317-0,796 м.

10. Принципы адаптации сошниковой группы посевных машин и оптимизация её параметров основаны на сравнении экспериментальной АЧХ, которая связана с параметрами эксперимента (нормированные спектральные плотности, дисперсии), с АЧХ, полученной в результате анализа условий движения динамической системы, которая в свою очередь связана с параметрами этой динамической системы. Особенность применяемого в этом случае метода идентификации состоит в том, что выходная АЧХ получена из случайных функций, смоделированных с учётом требований агротехники, что позволяет наиболее корректно определить параметры системы. При этом коэффициент апериодичности должен быть не менее 0,5-0,7.

11. Повышение эффективности функционирования сельскохозяйственных МТА во многом определяется надёжностью их работы. Увеличить надёжность машин можно за счёт снижения сил трения, что достигается путём ультразвукового воздействия на смазывающие материалы. При этом коэффициент трения уменьшается на 19 %, температура в зоне трения снижается на 16 % и увеличивается стабильность показателей работающих масел.

12. С точки зрения выполнения технологического процесса обработки почвы, наиболее важную роль выполняют рабочие органы машины, так как именно они обеспечивают все показатели её назначения. При этом анализ затрат энергии в технологических процессах сельскохозяйственного назначения показывает, что полезная часть процесса требует значительно меньших затрат, чем процесс в целом.

Обязательной особенностью почвообрабатывающих машин является то, что их рабочие органы должны быть вынесены в зону взаимодействия с перерабатываемой средой, т.е. с почвой. Этот вынос осуществляется стойкой, часть которой тоже взаимодействует с почвой. Это взаимодействие требует дополнительных затрат энергии (до 40%) и никак не влияет на выполнение технологического процесса обработки почвы. Следовательно, за счёт оптимизации параметров стойки можно снизить энергоёмкость процесса обработки почвы.

Установлено, что оптимальной формой поперечного сечения стойки является плоскость, ограниченная кривой эллипса, одна из вершин которого должна оканчиваться острым углом, величиной не более 50-ти градусов. Такая форма обеспечивает получение минимального значения абсолютной скорости отбрасываемой почвы, а, следовательно, небольшие энергетические затраты на её перемещение. Но может быть наиболее важным является то, что незначительное смещение почвы способствует выполнению требований агротехники по влагосбережению, распылению почвы, сохранению стерни (при работе на стерневом фоне) и др.

Разработанная методика позволяет определить основные параметры стойки (длину осей эллипса, уравнение касательной и её длину, угол резания и др.), что способствует снижению энергоёмкости и повышению качества обработки почвы.

13. Разработана методология, основные элементы которой нашли отражение в структурной модели обоснования эффективности функционирования сельскохозяйственных МТА, которая учитывает множество входных факторов, воздействующих на агрегат, и предлагает совокупность методов решения проблемы.

Проведенные исследования показывают, что применительно к условиям Ростовской области обеспечивается экономия живого труда в размере 2,6 млн. чел.-час, металлоёмкость парка машин снижается на 57 тыс. т, а экономия топлива равна 31,7 тыс. т. Суммарный годовой экономический эффект составляет 3,7 млрд. рублей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Монография

1. Камбулов С.И. Механико-технологические основы повышения уровня функционирования сельскохозяйственных агрегатов / С.И. Камбулов. - Ростов-на-Дону: «Терра-Принт», 2006.- 304 с.

Статьи в журналах и сборниках трудов из перечня ВАК

2. Камбулов С.И. Физика процесса ультразвуковой обработки масел /С.И. Камбулов, Н.П.Бутов, И.Э.Липкович // Техника в сельском хозяйстве.- №6.- 2002.- С.34-35.

3. Камбулов С. И. Влияние вероятностных условий на показатели посевного агрегата / С.И. Камбулов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - № 4.-2004. - С. 27-29.

4. Камбулов С. И. Обоснование параметрических рядов энергетических средств сельскохозяйственного назначения /С.И. Камбулов // Вестник ФГОУ МГАУ. - М., 2007.- Выпуск 3/1(23).- С.49-52.

5. Камбулов С. И. Обоснование параметров сошниковой группы сеялки /С.И. Камбулов // Механизация и электрификация сельского хозяйства.- № 11.- 2007.- С.33-34.

6. Камбулов С.И. Влияние объёмов работ и структуры МТП на показатели эффективности МТА / С.И.Камбулов // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- №12.- 2007.- С. 49-50.

7. Камбулов С.И. Стабилизация технологического процесса заделки семян по глубине сошниковыми группами сеялок / С.И.Камбулов, В.И. Пахомов // Вестник ФГОУ МГАУ имени В.П.Горячкина.- М., 2007. - Выпуск 3/2 (23).- С. 60-63.

8. Камбулов С.И. Принципы формирования структуры машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий / С.И. Камбулов // Вестник ФГОУ МГАУ имени В.П.Горячкина. - М., 2007.- Выпуск 3/2 (23).- С.85-87.

9. Камбулов С.И. Принципы адаптации сельскохозяйственных МТА к условиям функционирования /С.И. Камбулов // Труды КубГАУ.- Краснодар, 2007.- Выпуск № 4(8). - С. 178-179.

10. Камбулов С.И. Методологические основы повышения эффективности функционирования МТА / С.И. Камбулов // Труды КубГАУ. - Краснодар, 2007. - Выпуск № 5(9).- С. 58-61.

11. Камбулов С.И. Основы формирования структуры МТА сельхозпредприятий /С.И. Камбулов //Труды КубГАУ - Краснодар, 2007. - Выпуск № 5(9).- С. 184-186.

12. Камбулов С.И. Снижение энергоёмкости процесса почвообработки / С.И. Камбулов // Механизация и электрификация сельского хозяйства.- №1.- 2008.- С.32-34.

13. Камбулов С.И. Обоснование структуры МЭС сельскохозяйственного назначения /С.И. Камбулов //Тракторы и сельскохозяйственные машины.- №3.- 2008.- С.52-53.

Камбулов С.И. Определение параметров семяпроводов сеялки / С.И. Камбулов //Механизация и электрификация сельского хозяйства - №3.- 2008. - С. 6-7.

Статьи в сборниках научных трудов и материалах научных конференций

15. Камбулов С. И. Результаты эксплуатационных испытаний восстановленных моторных масел в тракторных дизелях / С.И.Камбулов // Механизация и электрификация производственных процессов в полеводстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 1995. - С. 156-161.

16. Камбулов С.И. Результаты экспериментальных исследований новых технических средств для очистки масел / С.И. Камбулов, Н.П.Бутов, С.В. Ковальков // Результаты исследований и производственной проверки малозатратных технологий и технических средств для возделывания зерновых культур в условиях засушливого земледелия: Сб. научн. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 1999.- С. 254-257.

17. Учебное пособие для решения задач по теоретической механике / С.И. Камбулов. - Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2001. - 24 с.

18. Камбулов С.И. Исследование эффективности работы гидродинамического коагулятора при центробежной очистке автотракторных масел / С.И. Камбулов, С.В. Ковальков // Исследование и реализация новых технологий и технических средств в с.-х. производстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2001. - С.279-282.

19. Камбулов С.И. Результаты исследований процессов очистки и гидротации подсолнечного масла. /С.И. Камбулов, С.В. Ковальков, Т.Н. Иштоян // Исследования и реализация новых технологий и технических средств в сельскохозяйственном производстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 2001. - С. 282-287.

20. Камбулов С. И. Особенности методики определения тяговых показателей трактора /С.И. Камбулов, И.А. Камбулов // Технология, техника засушливого земледелия: исследования, испытания, освоение в производстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2003. - С. 39-44.

21. Камбулов С. И. Исследование повышения качества посевного агрегата при частотном анализе скорости его движения / С.И. Камбулов, М.А.Камбулова // Материалы 2-й Международной научно-практической конференции "Земледельческая механика в растениеводстве".- Труды ВИМ.- М., 2003.- Том 147.- С. 212.

22. Камбулов С.И. Тяговые показатели трактора с гидрообъёмной трансмиссией /С.И. Камбулов, И.А. Камбулов // Ресурсосберегающие и экологически сбалансированные технологии и технические средства в растениеводстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 2005.- С. 66-71.

23. Камбулов С.И. Результаты испытаний зерновой сеялки с высевающими аппаратами вибродискретного действия /С.И. Камбулов, Н.М. Беспамятнова, Е.И. Хлыстов, П.И. Сидяченко, В.В. Угорчук // Ресурсосберегающие и экологически сбалансированные технологии и технические средства в растениеводстве: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2005. - С. 111-118.

24. Камбулов С.И. Оптимизация параметров семяпроводов высевающей системы сеялки / С.И. Камбулов // Разработка новых южно-российских технологий и технической базы для возделывания зерновых в зоне засушливого земледелия: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2005. - С.55-60.

25. Камбулов С.И. Обоснование параметров стойки рабочих органов почвообрабатывающих машин / С.И. Камбулов, В.Б. Рыков // Разработка новых южно-российских технологий и технической базы для возделывания зерновых в зоне засушливого земледелия: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2005. - С. 39-48

26. Камбулов С.И. Оптимизация параметров семяпроводов высевающей системы сеялки / С.И. Камбулов //Достижения науки и техники АПК.- № 9.- 2006.- С. 30-32.

27. Камбулов С.И. Методика оценки ходовых систем МЭС / С.И. Камбулов // Исследования и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве юга России: Сб. науч. научн. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 2007.- С. 3-8.

28. Камбулов С.И. Оптимизация параметров трансмиссии / С.И. Камбулов // Исследования и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве юга Росси: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 2007.- С. 8-15.

29. Камбулов С.И. Повышение эффективности МТА за счёт снижения потерь на трение в механизмах / С.И. Камбулов // Исследования и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве юга России: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2007. - С. 15-19.

30. Камбулов С.И. Характеристика опорной поверхности типовых фонов работы МТА / С.И. Камбулов // Исследования и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве юга России: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2007. - С. 19-24.

31. Камбулов С.И. Влияние схемы МТА на показатели эффективности / С.И.Камбулов // Исследования и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве юга России: Сб. науч. тр. /ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2007. - С. 24-29.

32. Камбулов С.И. Влияние производственных условий и структуры МТП на показатели использования агрегатов / С.И. Камбулов // Труды ГОСНИТИ. - М., 2006. - Т.100.- С. 92-95.

33. Стабилизация процесса заделки семян по глубине сошниковыми группами сеялок / Камбулов С.И., Пахомов В.И. // Электронный «Агрожурнал» (http// agromgazine. msau.ru) идентификац. номер 0420700044\0039. - №7.- 2007 г.

34. Принципы формирования структуры МТП сельскохозяйственных предприятий / Камбулов С.И. // Электронный «Агрожурнал» (http//agromgazine.msau.ru) идентификац. номер 0420700044\0035. - №7.- 2007 г.

35. С1 2320108 RU МПК А01В 49/02. Комбинированный почвообрабатывающий агрегат / Камбулов С.И., Таранин В.И., Коптев А.В. - Всероссийский НИПТИ механизации и электрификации сельского хозяйства.- №2006133804/12; Заявл. 21.09.2006 // Изобретения (заявки патенты).- 2008.- №9.

36. Камбулов С.И. Влияние технологии основной обработки почвы на урожайность озимой пшеницы / В.Б. Рыков, С.И. Камбулов // Состояние и перспективы развития с.-х. машиностроения: Материалы международной научно-практической конференции: Сб. науч. тр. / РГАСХМ, ДГТУ. - Ростов н/Д, 2008. - С. 139-142.

Размещено на Allbest.ru