Функция затрат и потерь в исследованиях многофункциональных агрегатов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Важнейшим направлением повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции, ее конкурентоспособности является разработка и внедрение новейших технологий, основанных на ресурсосбережении. Это можно достигнуть за счет применения в технологиях техники нового поколения, отличительная особенность которой - многофункциональные агрегаты (МФА). В работе А.А. Михалева, А.А. Ежевского и Н.В. Краснощекова отмечается, что технологическая модернизация АПК позволяет достигнуть экономии топливно-смазочных материалов в 2-2,5 раза, трудовых затрат - до трех раз, обеспечить рост урожайности сельхозкультур на 30 %. Предлагаемая концепция ориентирует на формирование машинного-тракторного парка (МТП) нового типа, где однооперационные агрегаты должны быть заменены многофункциональными, универсально-комбинированными, способными адаптироваться к изменяющимся условиям эксплуатации путем быстрой смены рабочих органов и модульного агрегатирования. Это позволит резко сократить номенклатурный перечень машин, например, для производства зерна с 20-30 до 5-6 наименований. Так, для полного цикла выращивания и уборки зерна по интенсивной технологии будут нужны лишь базовый универсальный трактор, зерноуборочный комбайн (самоходный, навесной или прицепной), универсально-адаптированное почвообрабатывающее орудие, универсальный посевной агрегат и опрыскиватель. При этом в 1,5-2 раза снижаются капиталовложения в механизацию, а значит и эксплуатационные и приведенные затраты.

С переходом в ВТО технологическая модернизация - главное условие выжить в жесткой конкуренции производства продукции растениеводства, в том числе приоритетной его составляющей - производства зерна.

В настоящей статье нами сделана попытка на примере трех многофункциональных агрегатов, применяемых в производстве зерна, показать эффективность методического приема по обоснованию оптимальных конструктивных и режимных параметров этих агрегатов с использованием целевой функции затрат и потерь. Понятие функции «затрат и потерь» не ново само по себе. Это сумма затрат на производство продукции, чаще всего эксплуатационных, и стоимости потерь этой продукции, связанных с несоблюдением оптимальных сроков выполнения работ и других факторов. Ее применение известно на примере уборочных агрегатов. Общим подходом в решении задач с помощью этой функции является ее критерий - минимальное значение суммы затрат и потерь, но методы их расчета различны в каждой отдельной задаче.

Для выполнения задачи производства конкурентоспособного зерна высокого качества и с низкой себестоимостью необходимо соблюдать сроки уборки урожая, совершенствовать конструкцию машин, способы и организацию уборки. Наряду с уборкой урожая в соответствии с агротребованиями в едином потоке и ритме должен соблюдаться весь комплекс послеуборочных работ по закладке фундамента будущего урожая. Пока, к сожалению, эта задача решается с разрывом по времени между уборкой зерна и обработкой почвы, из-за чего теряется влага 80-100 т\га за каждые сутки и будущий урожай. Системой земледелия предусматривается вслед за уборкой немедленная обработка почвы. Однако, на наш взгляд, это требование уже устарело, так как необходима только комплексная уборка в едином потоке с выполнением операций послеуборочного комплекса. На эту задачу ориентировал еще в прошлом веке профессор Жалнин Э.В. Очень важным требованием к уборке является также неукоснительное соблюдение экологических нормативов охраны окружающей среды, так как применение самоходных зерноуборочных комбайнов ведет к переуплотнению почвы: на 1 кг\с пропускной способности молотилки приходится 1,45 тонны массы и 16,2 кВт мощности двигателя комбайна, а общая масса достигает 18-20 т. Послеуборочная обработка почвы, сев промежуточных культур, прессование соломы в настоящее время выполняется раздельно и требует дополнительных затрат ресурсов, энергии, перемещений тяжелых машин по полю, распылению почвы, ее эрозии и др. Кроте того, научными исследованиями доказана высокая эффективность пожнивных сидератов [6,7]. Так, урожайность сои при использовании овса в качестве пожнивного сидерата увеличилась на 30 % в среднем за три года, снизился общий уровень загрязнения окружающей среды, создаются благоприятные предпосылки биологизации существующей системы земледелия. Кроме того, сидеральные культуры создают эффективный фон для весеннего посева пропашных культур по нулевой обработке. Рассмотрим применение функции «затрат и потерь» на примере МФА для стерневой обработки почвы с одновременным посевом пожнивных сидератов. Этот агрегат разработан нами совместно с магистрантом КубГАУ Хейфец А.Б. Его технологическая схема (рис. 1) включает: раму 1, опорные колеса 2, дисковые рабочие органы 3, стрельчатые лапы 4, высевающее устройство 5, кронштейн 6, пружинную борону 7 и прикатывающие катки 8. Такой МФА в полной комплектации позволит сельхозпотребителю отказаться от приобретения по отдельности дискаторов, плугов, культиваторов, что обеспечит ему снижение затрат на приобретение новой почвообрабатывающей техники более чем в 2-3 раза. Для оптимизации конструктивных и режимных параметров указанного агрегата МКПА нами разработана математическая модель (рис. 2), в которой целевая функция (оператор 10 рис. 2) представлена функцией затрат и потерь СЗП, стремящейся к минимуму.

машинный роторный зерноуборочный полноприводный

Рисунок 1 - Многоцелевой комбинированный почвообрабатывающий агрегат

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы МФА

Оптимум целевой функции рассматриваемого агрегата МПКА представляет собой минимум суммы затрат на выполнение стерневой обработки почвы и потерь будущего урожая зерна кукурузы, посеянной весной на обработанном участке, связанных с нарушением оптимальной продолжительности лущения стерни. Как известно, запаздывание со сроками обработки стерни зерновых колосовых после их уборки на 2-3 дня снижает урожайность культур следующего года на 1,5-2 ц. с 1 га.

При моделировании задачи по минимальному значению целевой функции находят оптимальную продолжительность n работы агрегата на лущении стерни с одновременным посевом сидератов, количество этих агрегатов nагр, оптимальную стоимость затрат СЗ на выполнение работ и оптимальную стоимость потерь СП, связанных с недобором будущего урожая. Находятся также и оптимальные параметры агрегата МКПА: ширина захвата ВР, рабочая скорость UР движения и мощность двигателя Ne трактора к агрегату МКПА.

Зависимость функции СЗП затрат и потерь представлена на рисунке 3, а в таблице 1 - расчетные значения всех видов затрат, полученные по результатам моделирования агрегата МКПА.

Таблица 1 - Значения целевой функции СЗП по результатам моделирования для разных составов агрегатов МКПА

Как следует из таблицы 1, минимум функций затрат и потерь СЗП=2664 тыс. рублей имеет место для МКПА VECTOR-900, которой соответствуют следующие оптимальные параметры: оптимальная ширина захвата агрегата ВР=9 м, рабочая скорость UР=10 км\ч, мощность двигателя трактора Ne=294 кВт, стоимость затрат на выполнение работ СЗ= 1791 тыс. рублей, стоимость потерь СП= 873 тыс. рублей.

Рисунок 3 - Зависимость функции затрат и потерь СЗП от продолжительности n выполнения работ

Для второго многофункционального агрегата, выполняющего уборку зерновых колосовых комбайном TORUM-750 с одновременным прессованием соломы присоединенным к этому комбайну пресс-подборщиком ПРП-150.

Блок-схема алгоритма оптимизации конструктивных и режимных параметров этого многофункционального агрегата представлена на рисунке 4, а целевая функция СЗП, представляющая собой сумму затрат СЗ на выполнение уборки урожая с одновременным прессованием соломы и потерь СП урожая в связи с увеличением продолжительности уборки n, реализуется арифметическим оператором 8 (рис. 4). Минимум целевой функции СЗП определяет как и в первом агрегате, оптимальную продолжительность n уборки урожая и оптимальные параметры агрегата: ширину захвата ВР жатки для заданной урожайности зерна U, рабочую скорость UР комбайна, мощность двигателя Ne комбайна, его пропускную способность (кг\с) и другие. Таким образом, и при обосновании второго МФА целевая функция затрат и потерь дает надежное основание для объективного принятия решения.

Рисунок 4 - Блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы полноприводного роторного ЗУК с одновременным прессованием соломы

Аналогичная задача по обоснованию параметров и режимов работы уборочного агрегата с одновременным прессованием соломы нами решена для другого состава МФА, в котором в качестве энергосредства использован УЭС-450, в качестве комбайна - навесной КЗР-12, а пресс-подборщик - тот же самый ПРП-150, что и в последней задаче. Как известно, в качестве целевой функции принята также функция затрат и потерь, полученная с учетом стоимости принятых машин в составе МФА. Решение задачи позволило определить параметры жатки (ВР=5,4 м), рабочую скорость комбайна UР=5 км\ч при урожайности U=6,8 т\га и оптимальную продолжительность уборки n= 5 дней.

Общий вид функции затрат и потерь представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Зависимость функции стоимости затрат СЗ на уборке урожая, стоимости потерь СП урожая и стоимости затрат и потерь СЗП от продолжительности уборки n

Таким образом, функция затрат и потерь является эффективным методом оптимизации конструктивных и режимных параметров различных машинных агрегатов и облегчает принятие решения при выборе альтернативных вариантов.

Размещено на Allbest.ru