Особенности обоснования технических средств для противоэрозионной обработки почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности обоснования технических средств для противоэрозионной обработки почв

Книга Юрий Анатольевич, кандидат наук, доцент, доцент

Красноярский государственный аграрный университет

Мишхожев Азамат Асланбиевич, магистр, ассистент

Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова

Работа посвящена обоснованию технических средств для противоэрозионной обработки на склоновых почвах, основным принципам и методическим основам комплексного анализа мероприятий по исследованию влияния воздействия на подверженную эрозии почву при возделывании сельскохозяйственных культур с целью сохранения и повышения ее плодородия.

Ведущая роль в развитии науки об использовании машин в сельскохозяйственном производстве и, в частности, о рациональном техническом обеспечении технологических процессов принадлежит отечественным ученым. Основой развития науки являются труды основоположника земледельческой механики В.П. Горячкина и его последователей: В.Г. Антипина, В.Н. Болтинского, Г.В. Веденяпина, В.И. Виноградова, Н.К. Диденко, В.А. Желиговского, Ф.С. Завалишина, С.А. Иофинова, В.В. Кацыгина, Б.И. Кашпуры, Ю.К. Киртбая, Н.И. Кленина, Н.В. Краснощекова, В.А. Кубышева, Б.А. Линтварева, И.П. Полканова, М.А. Пустыгина, М.С. Рунчева, Д.П. Саакяна, Б.С. Свирщевского, Р.Ш. Хабатова, А.А. Зангиева, А.Н. Скороходова и многих других.

Рациональное техническое обеспечение технологических процессов представляет собой сложную систему, элементы которой находятся в постоянной и неразрывной связи и зависимости друг от друга. Системный подход предполагает исследование процесса как единого объекта (сложной системы) с учетом взаимного влияния всех звеньев и воздействия внешней среды. Вопросы теории сложных систем достаточно глубоко разработаны многими отечественными и зарубежными учеными.

В то же время многие вопросы методологии системного анализа в организации выполнения сельскохозяйственных механизированных процессов и, в частности, противоэрозионной обработки почв, требуют постоянного развития и совершенствования.

Из имеющихся в этой области наибольший интерес представляют работы, в которых изложены основные принципы и методические основы комплексного анализа мероприятий по исследованию влияния воздействия на подверженную эрозии почву при возделывании сельскохозяйственных культур с целью сохранения и повышения ее плодородия, позволяющие учитывать влияние всех факторов и получать количественные зависимости между условиями, технологией выполнения работ и основными технико-экономическими параметрами исследуемых процессов.

По природным условиям на склоновых почвах, подверженных сильной эрозии можно получить максимальный урожай культур только при обеспечении оптимальных условий их возделывания. Современные технологии предусматривают выбор таких технологических операций для каждого периода вегетации растений, чтобы обеспечивался минимум потерь урожая.

Факторы, регламентирующие работу машин при выполнении технологических операций, определены агротехническими требованиями. Ограниченность во времени выполнения технологического процесса определяет марочный и количественный состав технических средств для выполнения технологических операций. Несоблюдение сроков проведения работ приводит к потерям урожая, снижению его качества, к ухудшению эксплуатационных и технико-экономических показателей работы агрегатов и технологических комплексов и к затратам необходимым для проведения мероприятий по сокращению этих потерь.

Исследованию влияния объемов и сроков проведения работ на потери урожая в зависимости от уровня и качества технического и организационно-технологического обеспечения механизированных процессов в современной литературе уделено большое внимание авторов: Д.К. Алекперова, Б.Д. Докина, Ф.С. Завалишина, А.А. Зангиева, Ю.И. Матяшина, Р.Ш. Хабатова, С.А. Иофинова, А.Н. Скороходова, О.Н. Дидманидзе, и др.

Ю.К. Киртбая указывает, что между агротехническими сроками выполнения механизированных работ и временем наиболее эффективного использования машин существует некоторый оптимальный период выполнения работ, при котором сумма затрат на амортизацию машин и стоимость потерь урожая будут наименьшими.

По мнению Р.Ш. Хабатова существуют три типа зависимостей влияния срока выполнения технологических операций на урожай, которые описываются экстремальной выпуклой кривой, прямой с отрицательным значением углового коэффициента и прямой с положительным значением. Уравнения первого типа характерны для кривых, описывающих процессы вспашки, закрытия влаги, лущения стерни, уравнения второго и третьего типа - уборку корне-, клубнеплодов, трав и др. Очевидно, чем меньше отклонение времени выполнения работ от оптимального, тем выше урожай.

В работе А.Н. Скороходовым проведен анализ ранее выполненных работ, в которых Г.М. Шатуновский предложил зависимость между продолжительностью уборки, затратами на амортизацию машин и стоимостью потерь в виде

Аз = Ап (Тр - Та)n + Аа Тр (1)

Где Тр - срок выполнения работ;

Та - агротехнический срок, когда потери не увеличиваются;

Ап - стоимость потерь;

Аз - затраты на амортизацию в расчете на единицу продукции (работы).

Очевидно, на длительность выполнения работ будет оказывать влияние и объем производства. В тоже время, влияние срока посева на урожай Д.Н. Саакян описывает кривой

Umax = U0 + atопт - bt2опт + ct3опт (2)

Где U0- урожайность, соответствующая наиболее ранним срокам работы;

a, b, c - коэффициенты, постоянные для данных условий.

Н.М. Шаров, основываясь на трудах В.П. Горячкина, ввел понятие темп наступления готовности полей к выполнению работ, аппроксимировав интегральную кривую. Для унификации расчетов производственные процессы он разделил на 3 категории: простые, сложные и комбинированные и на примере уборки зерновых получил уравнения потерь урожая в зависимости от суточной производительности агрегатов, урожайности, интенсивности потерь и сроков начала выполнения работ, ориентированных относительно наиболее благоприятного момента. Для упрощения задачи автор полагал, что интенсивность потерь урожая остаются постоянными во времени, что не всегда оправдано.

Д.К. Алекперов изменение урожайности в зависимости от календарного срока выполнения работ аппроксимирует параболой второго порядка. Оптимальные сроки выполнения механизированных работ определяет из условия минимума суммы амортизационных отчислений на технику и стоимости с.-х. продукта, теряемого в связи со сроками выполнения работ. Допущение автора состоит в том, что при любом процессе потери аппроксимируются параболой второго порядка, что подтверждается другими авторами только на посеве и уборке.

Б.Д. Докин определяет оптимальные сроки выполнения работ с учетом: балансовой стоимости техники, отчислений на амортизацию, затрат на хранение урожая, дневной производительности, интенсивности потерь, сдаточной и закупочной цены продукции за минусом стоимости всех операций, следующих за рассматриваемой.

В работах экспериментально подтверждены параболические зависимости изменения урожая в зависимости от сроков проведения работ.

А.А. Зангиев по минимуму технологических энергозатрат установил оптимальные сроки начала выполнения вспашки, ориентируя их относительно момента наступления влажности почвы 18-20 %, при которой удельное сопротивление плуга будет минимальным.

В методике ВНИПТИМЭСХ, все причины, по которым возникают простои техники, делятся на технические, организационные, метеорологические и прочие. Распределение величины потерь урожая представлено в зависимости от продолжительности выполнения технологических операций. При этом сверхплановые потери урожая зависят от интенсивности потерь, урожайности культуры, среднесуточной площади уборки и могут достигать огромных значений. Около 40 % потерь урожая могут возникать из-за простоя машин по техническим причинам.

В работах СибИМЭ, посвященных проектированию технологических процессов производства продукции растениеводства предлагается прогнозировать урожайность и срок наступления восковой спелости зерновых культур на основе содержания в почве продуктивной влаги, продолжительности периода вегетации, суммы осадков за этот период и гидротермического коэффициента, с учетом состояния посевов культур.

При поиске оптимальных решений стратегия базируется на теории альтернативного риска, который ведет к неизбежным ошибкам вследствие того, что при удлинении сроков выполнения механизированных процессов растут потери урожая, а при сокращении сроков и привлечении мощных технических средств, растут затраты. Таким образом, делается одна из двух ошибок, т.е. тратятся лишние средства за счет перестраховки, либо теряется часть урожая. Необходимо свести к минимуму возможные ошибки обоих родов путем нахождения минимума интегральных затрат и определения соответствующих допусков на прогнозируемые параметры.

Основное достоинство такого подхода к обоснованию проектирования технологических процессов - системность, которая проявляется в том, что эффективность проведения того или иного технологического, технического или организационного мероприятия оценивается по конечному результату, т.е. по потерям, связанным с ущербом от недобора урожая, с текущими затратами на выполнение технологического процесса и капиталовложениями на формирование средств производства.

Основной объем работ по возделыванию сельскохозяйственных культур выполняется машинно-тракторными агрегатами (МТА). Проблема в целом заключается в наиболее полном использовании потенциальных возможностей каждого агрегата с учетом конкретных результатов работы, обеспечивая оптимальный его состав и режимы работы при минимальном расходе всех используемых ресурсов. Даже незначительное улучшение показателей использования МТА с учетом почти миллионного парка тракторов даст в масштабах Федерации большой экономический эффект.

Характер решения задач обоснования и выбора технологий и средств механизации противоэрозионной обработки почв во многом зависит от выбранного критерия оптимальности и типа агрегата, поэтому последующий анализ целесообразно проводить с учетом этих признаков. Наиболее существенные различия методик оптимизации параметров и режимов работы МТА связаны с использованием в них различных критериев оптимизации. Наиболее часто в качестве критериев оптимизации используют:

· максимум производительности;

· минимум прямых эксплуатационных затрат;

· минимум приведенных затрат;

· минимум дифференциальных затрат;

· последовательное или компромиссное применение двух или нескольких критериев.

При обосновании параметров МТА по максимуму производительности целевая функция представляется в виде

эрозия технический почва склонный

W = 0,36 · Bp · Vp · ? > max (3)

Где Вр, Vp - рабочая ширина захвата и скорость движения агрегата;

? - коэффициент использования времени смены.

Методика сводится к тому, что параметры Вр,Vp выражаются в функции важнейших условий работы, конструктивных и энергетических параметров трактора и сельскохозяйственных машин, входящих в агрегат, а затем одним из методов находят оптимальное значение параметров. При этом проверяется соблюдение накладываемых ограничений по качеству работы, степени загрузки двигателя, конструктивным особенностям и требованиям технологии.

В работе С.А. Иофинова, посвященных оптимизации параметров МТА по максимуму сменной производительности, получено выражение коэффициента использования времени смены в функции рабочей скорости, затем, исследовав функцию цели на экстремум, получают уравнения для определения оптимальной скорости при Вр = const. Предельная скорость по мощности двигателя будет та, при которой достигается оптимальная, в данных условиях, степень использования тяговой мощности трактора.

По мнению А.А. Зангиева проблема в целом заключается в наиболее полном использовании потенциальных возможностей каждого агрегата с учетом конкретных условий работы. Для этого необходимо, чтобы состав каждого агрегата (энергомашина, число рабочих машин) и режимы его работы (рабочий ход, холостой ход, разгон, торможение) были оптимальными и обеспечивали минимальный расход всех используемых ресурсов. Такое комплексное оптимальное решение проблемы возможно лишь на базе многоуровневого системного подхода с охватом всех типов агрегатов и основных режимов их работы.

Первый уровень оптимизации соответствует выбору всего агрегата в целом (без конкретизации его состава и режимов работы) по чисто экономическим критериям, соответствующим минимуму каких-либо затрат: приведенных; прямых эксплуатационных; трудовых; металла. Показано, что на данном этапе все виды агрегатов характеризуются одним обобщенным параметром, представляющим собой в зависимости от типа МТА чистую секундную производительность или потребную для ее реализации мощность или пропускную способность.

На следующих четырех этапах экономические критерии первого этапа дополняются минимизацией расхода энергии и топлива путем оптимизации: рабочей скорости и числа рабочих машин; вместимости технологических емкостей; режимов разгона и торможения; показателей холостого хода. Таким образом, во взаимосвязи минимизируются все виды используемых ресурсов, включая топливно-энергетические.

А.Н. Скороходов также предлагает многоуровневый системный подход к моделированию технологических процессов, выполняемых МТА.

На первом уровне системы оптимизации предусматривается определение оптимального срока начала работ и суточного темпа выполнения механизированных работ при минимально допустимых потерях продукции или энергии.

На втором - выбираются энергосредства и обосновываются их параметры и режимы работы по минимуму энергозатрат на единицу выполненной работы.

На третьем этапе оптимизируется состав МТП, структура и объемы работ по энергосредствам, их годовая загрузка, нормативы потребности и другие показатели использования.

На четвертом - по минимуму суммарных денежных затрат или энергии на комплекс работ выполняемых тракторами данного типа, оптимизируются параметры тракторов для зоны, региона, хозяйства.

На пятом этапе - по критерию минимума суммарных приведенных затрат на единицу выполненной работы оптимизируются параметры агрегатов технологических комплексов.

Одним из первых исследований по определению оптимальной скорости по максимуму эксплуатационной производительности агрегата с учетом коэффициента использования времени смены и удельного сопротивления рабочих машин была работа С.А. Иофинова. Значение оптимальной скорости определялось также по минимуму расхода топлива, затрат механической энергии и труда. Определение оптимальной скорости и ширины захвата агрегата осуществлялось при одновременном учете коэффициента использования времени смены и взаимодействии движителей трактора и рабочих органов орудий с почвой. В качестве критерия оптимальности в указанной работе был применен минимум прямых эксплуатационных затрат.

Многовариантные комплексные исследования по прогнозированию оптимальных параметров и скоростных режимов агрегатов для различных зональных условий выполнены профессором О.Н. Дидманидзе на кафедре эксплуатации МТП в МГАУ.

Наряду с ранее приведенными критериями оптимальности в ряде указанных работ использованы также критерии, учитывающие стоимость потерь урожая и затраты на закрепление механизаторских кадров и другие компромиссные критерии. При этом широко использованы методы: моделирования; теории подобия и размерности; планирования эксперимента; статистических испытаний.

Основное достоинство такого подхода к проектированию производственных процессов - системность, которая проявляется в том, что эффективность проведения того или иного технологического, технического или организационного мероприятия оценивается по конечному результату, т.е. по потерям, связанным с ущербом от недобора урожая и с затратами на выполнение технологического процесса.

Преимущество такого подхода состоит в том, что в рассматриваемой модели учитывается связь между стратегиями и эффективностью планируемых мероприятий, обеспечивающих нахождение экстремума, энергетического, экономического или технического показателей и минимизации потерь.

Таким образом, отдельные стороны проблемы рассматриваются не изолированно, когда каждая из заинтересованных сторон занимается оптимизацией процесса в отрыве от других явлений, а в рамках единой модели, которая систематизированным подходом охватывает все важнейшие аспекты проектирования и управления механизированными технологическими процессами в растениеводстве.

Выполнение механизированных процессов противоэрозионной обработки почв должно обеспечивать установленную технологическим процессом поточность операций. С.А. Иофинов обосновал возможность определения экономической эффективности эксплуатационных показателей машин в технологических линиях и разработал методику качественной оценки этих линий.

Проектировать поточную линию необходимо исходя из условий равенства производительности машинно-тракторных агрегатов, входящих в отдельные звенья, а производительность поточной линии определять по производительности основного звена. Темп работы остальных звеньев определяется основным звеном.

Длительность элементов времени выполнения процессов, как агрегатами основного, так и вспомогательных звеньев не является постоянной величиной. Поэтому соблюдение принципа поточности может быть достигнуто только в некоторых маловероятных случаях.

Неоднородность и изменчивость агробиологической среды, обрабатываемого материала, условий эксплуатации техники, состояния погодных условий и другие факторы приводят к ухудшению использования машин основного и вспомогательных звеньев.

Список литературы

1. Габаев А.Х., Мишхожев А.А. Особенности эксплуатации сельскохозяйственной техники в горных районах // Наука и устойчивое развитие Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. 2015. С. 38-42.

2. Габаев А.Х., Мишхожев А.А. Совершенствование средств механизации для посева семян зерновых культур 1. № 38. С. 91-98.

3. Мишхожев В.Х., Апажев А.К., Мишхожев А.А., Голубничий С.В., Урусмамбетов Х.Г., Тешев А.Ш. Машина для подсева трав и внесения удобрений на горных склонах // Патент на изобретение RUS 2549781 12.03.2013

4. Мишхожев А.А., Ашинов А.М. Приемы, облегчающие обнаружение микроповреждений зерна // Актуальные вопросы развития аграрной науки в современных экономических условиях. 2015. С. 7-8.

Размещено на Allbest.ur