Машини, які використовуються в сільськогосподарському виробництві

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Луцький національний технічний університет

Редакційно-видавничий відділ

Луцького національний технічного університету

Конспект лекцій

для студентів фахового напрямку „Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва”

машинобудівного факультету

Проектування машин та обладнання для вирощування і зберігання сільськогосподарських культур

Луцьк 2015

УДК 631.365

ББК 41.47

Д 44

Проектування машин та обладнання для вирощування і збирання сільськогосподарських культур. Конспект лекцій для студентів фахового напрямку „Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва ” машинобудівного факультету.

Дідух В.Ф. Луцьк: ЛНТУ, 2015. - 148 с.

Укладач: В.Ф. Дідух, д.т.н., професор

Рецензент: С.Є. Голячук, к.т.н., доцент

Відповідальний за випуск: І.Є. Цизь

Затверджено науково-методичною комісією машинобудівного факультету Луцького НТУ,

протокол № _________ від ________ 2015 р.

Затверджено на засіданні кафедри сільськогосподарського машинобудування,

протокол № ________ від _________ 2015 р.

Передмова

проектування сільськогосподарський інженерний

На теренах України є ґрунти, які при відповідному відношенні до них та технічному забезпеченні сільськогосподарських виробників можуть не тільки повною мірою задовольнити населення продуктами харчування, але й вивести державу з числа економічно незалежних держав.

Пошук нових технологій вирощування і збирання сільськогосподарських культур нерозривно пов'язані з їх технічним забезпеченням, яке на сьогоднішній день бажає бути кращим. Орієнтація на світові технології призвела до фактичного знищення власного сільськогосподарського машинобудування в державі.

Сільськогосподарське машинобудування ще недавно було однією з ведучих галузей народного господарства країни. Проводилось неперервне удосконалення машин і засобів механізації через збільшення номенклатури, потужності технічних засобів, зменшення маси, а також підвищення їх якості, надійності й довговічності.

Машини, які використовуються в сільськогосподарському виробництві, повинні мати не тільки високі експлуатаційні характеристики, але й їх виготовлення з найменшими затратами праці та матеріальних засобів. Фактично вітчизняна сільськогосподарська техніка стала неконкурентоздатною через вказані фактори. Відтак при їх виготовлені необхідно використовувати найбільш прогресивні процеси і впроваджувати останні досягнення науки і техніки.

Одним з важливих етапів виробництва сільськогосподарської техніки є процес її проектування. Сучасні методи проектування дозволяють мінімізувати прояв прийнятих помилкових інженерних рішень. Проте їх ефективне застосування можливе за умови творчого підходу інженерів-конструкторів при виконання поставлених завдань, який формується на основі знань про алгоритм проектування технічних засобів загалом, умов сучасних виробництв, технологій виготовлення виробів від деталей до складних технічних систем.

Мета лекційного курсу - дати студентам основи знань з проектування і виготовлення машин для вирощування і збирання сільськогосподарських культур, специфічними особливостями вказаних процесів.

Курс “Проектування машин та обладнання для вирощування і збирання сільськогосподарських культур” базується на отриманні студентами знання з таких дисциплін, як технологія вирощування продукції рослинництва; теорія, конструкція і розрахунок сільськогосподарських машин, взаємозаміна, стандартизація та технічні вимірювання, сільськогосподарські машини та інших.

При підготовці пропонованого конспекту були використані матеріали з відомих підручників, а також матеріали монографій, технічної періодики, нормативно-технічної та методичної документації.

Курс лекцій має конспективний характер, тобто в ньому подані основні положення теоретичного матеріалу, що надається студентам на лекційних заняттях. Це видання призначене для користування студентами при прослуховуванні лекційного курсу, а також при самостійній підготовці. Для цього в кінці конспекту пропонується список літератури.

Отримані знання необхідні не тільки спеціалістам сільськогосподарського виробництва, але й майбутнім інженерам науково-дослідних установ, конструкторських бюро, машинно-випробувальних станцій, проектно-технологічних служб.

Теоретичний курс “Проектування машин та обладнання для вирощування і збирання сільськогосподарських культур” передбачає вивчення вісьмох тем. Загальний обсяг лекційного матеріалу для денної форми навчання складає 30 год, заочної - 8 год.

Тема 1. Загальні поняття про проектування

Лекція 1. Роль проектування у розвитку людства

1. Проектування не є принципово новим видом людської діяльності. Творчі відкриття винахідника чи науковця, створення архітектурних споруд чи художніх творів - це прояв творчості, і водночас - це проектування у певній галузі людської діяльності. Будівництво єгипетських пірамід, зведення Великої китайської стіни - це ті проекти, що у свій час були не менш значущими, ніж сучасний проект автомобіля без двигуна внутрішнього згорання (мал. 1).

Мал. 1. Проекти минулого та сучасності

Проектування, як особливий вид діяльності формується на початку ХХ століття і пов'язаний спочатку з діяльністю креслярів, необхідністю особливо точного перенесення задуму інженера чи винахідника у вигляді графічного зображення, для передачі його виконавцям на виробництві. Однак поступово, таку діяльність пов'язують з науково-технічними розрахунками на кресленнях, основних параметрів майбутньої технічної системи, її попереднім дослідженням.

Сьогодні проектна діяльність виходить далеко за межі сучасного виробництва, і тісно пов'язана з науковою, мистецькою, політичною та суспільною діяльністю людини. Розробка та впровадження медичних препаратів, зведення спортивних комплексів, проведення виборчої кампанії, мають низку спільних ознак, що характеризують їх як проекти. Це, зокрема, такі ознаки:

розв'язання певної проблеми;

спрямованість на досягнення конкретної мети;

взаємопов`язані дії, що призводять до кінцевого результату;

діяльність пов'язана з плануванням;

наявність певного бюджету (фінансового, матеріального тощо);

суб`єктивна або об`єктивна новизна, унікальність та неповторність.

Основні риси проектної діяльності

Проект починається із творчого задуму чи якоїсь ідеї щось практично втілити у життя. В загальних рисах будь-який проект це спочатку ідея чи задум, а вже лише потім план для її реалізації та власне технічна чи практична реалізація плану.

Досить часто проект пов'язують із розв'язанням певної проблеми. Проект як проблема може обумовити таку ситуацію творчості, в якій дизайнер намагається віднайти новий нестандартний розв'язок, щоб отримати шанс натрапити на щось інше, що позбавлене усталених стереотипів чи загальноприйнятих правил. Тоді виконання проекту набуває фантастичних або незвичних форм та конструкцій (див. мал. 2).

Мал. 2. Унікальні розв'язки звичайних речей

Розв'язання проблеми передбачає, з одного боку, обґрунтування її актуальності, а з іншого використання сукупності різноманітних методів дослідження, експериментальна перевірка можливих шляхів її розв'язання, винайдення нових технологій для реалізації проекту. Тут можна навести найбільш відомі світові проекти сучасності, в основі яких покладено певну проблему, і серед них це - створення лазерного термоядерного реактора (National Ignition Facility(NIF) Лівермор, Каліфорнія, США). Проблема, яку має розв'язати NIF - це одержання дешевої енергії. Ідея проекту полягає в тому, що 192 надпотужних лазери, націлених в одну точку, мають згенерувати спалах світла у 500 терват - для порівняння це приблизно 5 трильйонів ламп розжарювання. Спалах, однак, має бути миттєвим - мільярдні долі секунди. Все це потрібно для того, щоб спровокувати термоядерну реакцію всередині золотого «наперстка» об'ємом з горошину, куди закачають дейтерій із тритієм. Науковці вважають, що у майбутньому, така реакція стане найдешевшим джерелом енергії. Бюджет проекту складає близько чотирьох мільярдів доларів США. Експериментальну установку склали в березні 2009 року, а перших експериментальних результатів очікують у 2010 році. (мал. 3а).

Інший проект, завдяки якому намагаються розв'язати ще більш глобальну проблему - загальний перепис білків людини (офіційна назва - «Протеом людини» Human Proteome). Проблема, що знаходиться в основі проекту - це створення принципово нових засобів лікування та діагностики хвороб. Даний проект цікавий тим, що його реалізація здійснюється в лабораторіях практично в усіх країнах світу. Ідея полягає в тому, щоб скласти списки всіх білків людського організму. Крім того необхідно не лише з'ясувати, з яких амінокислот складається білок, але й які функції виконує. Ось тут і криється «ключ» до створення, як вважають дослідники, принципово нової медицини, яка дозволятиме надзвичайно швидко і якісно діагностувати будь-яку хворобу та максимально ефективно її виліковувати. Скоординувати наукові групи, що працюють над цією проблемою, намагається міжнародна Організація протеома людини - Human Proteome Organization (HUOPO). Особливий акцент вони роблять на білках головного мозку, крові та печінки. (мал. 3б)

Мал. 3. Науково-дослідні проекти

Проблема може носити й інший характер, що наближає її до завдань естетизації оточуючого середовища.

Отже, проект може розв'язувати певну проблему, практичне завдання, і власне зміст проблеми та відповідні завдання будуть визначати не лише можливі шляхи їхнього розв'язання, але й практичний результат, який одержують під час реалізації проекту.

Продуктом проектної діяльності може бути не лише створення матеріального продукту, а означення його у певній знаковій формі - у вигляді текстів, креслень, графіків, розрахунків, моделей у пам'яті ЕОМ і т.д.

Разом з тим результат проекту, наприклад, у конструкторській діяльності повинен бути обов'язково реалізованим у вигляді дослідного зразка, за допомогою якого уточнюються розрахунки, наведені у змісті проекту, конструктивно-технічні характеристики об'єкту проектування чи технічної системи.

Проект (proect у перекладі з латинської означає «кинутий вперед задум») - це сукупність певних дій, документів, попередніх текстів, задум чи план на створення матеріального об'єкту, предмету, створення різного роду теоретичного продукту. Проект неможливо створити та реалізувати без творчої діяльності.

Проект - це обґрунтоване конструювання системи параметрів майбутнього об`єкта, процесу чи явища в єдності зі шляхами його досягнення.

Саме таке багатогранне тлумачення проекту відкриває широкі можливості для його використання в різних сферах наукових досліджень, виробництва і життєдіяльності людини.

Діяльність, під час якої обґрунтовується і розробляється проект, називається проектуванням. Проектування як творча, інноваційна діяльність завжди націлена на створення якісно нового продукту, що має суттєве значення або для людини, або для суспільства.

Як свідчать вище наведені приклади, процес проектування, спрямований на одержання певного результату у заданий проміжок часу, і може бути реалізований за умов наявності певних ресурсів (матеріальних, людських, фінансових). Тому невід'ємною умовою виконання проекту є наявність у його структурі бюджету, який відповідає видам запланованих робіт, використовуваних матеріалів, інструментів, термінам виконання.

Для досягнення мети проектування необхідне комплексне забезпечення умов для здійснення таких взаємопов`язаних цілей проектування:

соціально-економічна ефективність;

соціальна інтегрованість;

соціально-організаційна керованість;

суспільна активність.

Основний зміст проектування полягає в обґрунтуванні сукупності засобів, що дозволяють розв'язати поставлені завдання та проблеми, досягти визначеної мети. Ці засоби фіксуються у двох формах: як система параметрів проектованого об`єкта та їх кількісних показників; як сукупність конкретних заходів, які забезпечують реалізацію проектованих показників та якісних характеристик майбутнього об`єкта.

Потрібно розмежовувати такі поняття як проектування і конструювання. Процес проектування включає в себе конструювання, яке полягає у розробці конструкції, детальної схеми виготовлення задуманого об'єкта і робочих креслень всіх деталей і окремих частин виробу. Проектування полягає не лише у конструюванні, а й у плановій діяльності, обґрунтуванні такого плану та корекції одержаних результатів.

Проектна діяльність пронизує сьогодні всі сфери функціонування традиційного промислового підприємства: у маркетингу - це проекти маркетингових досліджень, рекламних акцій, виведення на ринок нових продуктів, одержання нових ринків збуту; у дослідно-конструкторських підрозділах - це проекти нових продуктів, технологій; у виробництві - проекти серійного випуску нової продукції, технічного переозброєння, впровадження нових технологій; в торгівельному бізнесі - проекти з масової реалізації продукції тощо.

Проекти на підприємствах та інших галузях виконуються упродовж певного проміжку часу і мають більш-менш чітко окреслені початок і закінчення. Проект вважається завершеним, коли досягнуті його основні цілі. Під час виконання проекту значні зусилля спрямовані саме на те, щоб його було завершено у заплановані строки. У цьому допомагають різноманітні схеми, графіки, в яких зазначається час початку і закінчення робіт, які передбачаються проектом.

В проектуванні, що відбувається в умовах промислового виробництва, розрізняють проектування «внутрішнє» та «зовнішнє». Перший вид проектування пов'язаний із створенням креслярських зображень, проектної документації (технічного та робочого проектів), які слугують основними документами для виготовлення технічної системи на виробництві. Другий вид сучасного проектування («зовнішнє») спрямоване на розробку загальної ідеї, її дослідження за допомогою теоретичних засобів, розроблених у відповідній технічній науці.

Проекти - це певною мірою неповторні та одноразові заходи. Водночас рівень унікальності може значно коливатися залежно від особливостей проекту. Скажімо, якщо йдеться про зведення стандартного будинку за програмою житлової забудови, то рівень унікальності цього проекту є низьким. Базові елементи такого будинку ідентичні до решти сорока дев'яти будинків, які вже зведені. Проте унікальність може виявлятись в плануванні та використанні ландшафту місцевості де проводиться забудова, розташуванні будівель і т. ін.

З іншого боку, якщо спеціалісти розробляють операційну систему комп'ютера нового покоління, вони, певна річ, мають справу з досить унікальним завданням, бо працюють над тим, що було недосяжним для попередніх інформаційних систем. Оскільки досвід минулих розробок може лише в загальних рисах підказати їм, чого треба очікувати від цього проекту, то у цьому разі йдеться про ризик і невизначеність.

Узагальнюючи, можна зробити висновок, що проектування - це діяльність, за якої матеріальні, фінансові та людські ресурси організовано новаторським шляхом для виконання унікальної роботи з обмеженнями у витратах та строках виконання, щоб досягти позитивних змін, визначених кількісними та якісними параметрами.

Здійснюючи таку організацію починають з мети проекту та безпосереднього обґрунтування власне проблеми чи ідеї, яку будуть реалізувати. Обґрунтування здійснюють на основі собівартості проекту та витрат часу для виконання відповідних робіт. Якщо ці показники є високими у фінансовому еквіваленті (проект занадто дорогий), то повертаються до мети та завдань з тим, щоб переглянути ідею чи творчий задум. Зв'язок між метою і основними параметрами проекту показано на мал. 4.



Мал. 4. Зв?язок між метою, собівартістю та строками реалізації продукту

Питання для самоконтролю:

1. Проектування як особливий вид діяльності сформувався:

- в кінці ХІХ століття;

- на початку ХХ століття;

- в кінці ХХ століття;

- на початку ХХІ століття.

2. Проект починається з:

- знаходження оригінального рішення;

- вирішення проблеми;

- творчого задуму;

- розробки документації.

3. Яку проблему було покладено в основу проекту по створенню лазерного термоядерного реактора (National Ignition Facility(NIF) Лівермор, Каліфорнія, США):

- використання в військових цілях;

- використання в наукових дослідах;

- одержання дешевої енергії.

4. Проект - це:

- сукупність певних документів, які допомагають реалізувати творчий задум;

- сукупність дій, документів, попередніх текстів, задум чи план створення матеріального об'єкта, предмета, різного роду теоретичних продуктів;

- практична діяльність людини.

5. Діяльність, під час якої обґрунтовується й розробляється проект, називається:

- моделювання;

- проектування;

- конструювання.

6. Основний зміст проектування полягає в:

- забезпеченні реалізації проектованих показників та якісних характеристик майбутнього об'єкта;

- обґрунтування сукупності засобів, що допомагають розв'язати поставлені завдання і проблеми, досягти визначеної мети.

7. Вказати правильне твердження:

- проектування полягає не лише в конструюванні, а й у плановій діяльності, обґрунтуванні такого плану та корекції одержаних результатів.

- конструювання включає в себе процес проектування, який полягає в розроблені детальної схеми виготовлення задуманого об'єкта.

8. Діяльність, за якої матеріальні, фінансові та людські ресурси організовано новаторським шляхом для виконання унікальної роботи з обмеженнями у витратах і строках виконання, щоб досягти позитивних змін, визначених кількісними та якісними параметрами - це:

- проектування;

- моделювання;

- конструювання.

9. Вказати вірний зв'язок:

- мета проекту - планування - обґрунтування - собівартість;

- мета проекту - обґрунтування - планування - собівартість;

- мета проекту - обґрунтування - норма часу - планування -самоконтроль.

2. Поняття про оптимальне проектування

Проектувамння (від латинського projectus - кинутий вперед) -- процес створення проекту, прототипу, праобразу майбутнього об'єкта, стану та способів його виготовлення. У проектуванні застосовують системний підхід, який полягає у встановлені структури системи, типу зв'язків, визначені атрибутів, аналізуванні впливів зовнішнього середовища.

Проектувамння -- це комплекс робіт який складається з пошуку, досліджень, розрахунків та розрахування з метою отримання опису достатнього для створення нового об'єкту або виробу, його реконструкції, модернізації, що відповідає заданим вимогам.

У техніці -- розробка проектної, конструкторської та іншої технічної документації, призначеної для забезпечення будівництва, створення нових видів та зразків. В процесі проектування виконуються технічні та економічні розрахунки, схеми, графіки, пояснювальні записки, кошториси, калькуляції та описи.

Проектування будь-якого виробу чи технічного об'єкта пов'язане з розв'язуванням задач пошукового конструювання трьох типів [11].

Задачі першого типу - пошук і вибір найефективнішого фізичного принципу дії об'єкта для конкретних умов роботи. Наприклад, при проектуванні вантажопідйомного пристрою в основу може бути покладений ручний, електричний чи гідравлічний привод або можлива комбінація їх.

Задачі другого типу - пошук і вибір найраціональнішого технічного рішення для прийнятого фізичного принципу дії. При розв'язуванні цих задач варіюють конструктивними елементами та їхніми ознаками для знаходження найдоцільнішого поєднання їх. Розв'язування таких задач є матеріалізацією фізичного принципу дії або технічної ідеї.

Задачі третього типу - визначення оптимальних значень параметрів прийнятого технічного рішення. При розв'язуванні цих задач комбінують параметри до тих пір, поки не дістануть їхні оптимальні співвідношення.

Проблема вибору найкращого конструктивного рішення, що складається із задач трьох вказаних типів, розв'язується методами оптимізації.

Дістати оптимальне рішення - це значить вибрати такий варіант конструкції машини, який мав би більші переваги при зведених до мінімуму недоліках, тобто йдеться про вибір ліпшого варіанта, що найбільше задовольняє поставлену мету. Наприклад, машина повинна мати високу надійність та продуктивність при малій масі та малих затратах енергії.

Вибір варіанта передбачає наявність критерію порівняння, що дає змогу зазначити ліпший із наявних варіантів. Критерій порівняння різних варіантів називається критерієм оптимізації. Кожній меті оптимального проектування відповідає певний критерій оптимізації. Наприклад, якщо метою оптимізації деталі або машини в цілому є забезпечення мінімальної маси, то критерієм оптимізації буде маса об'єкта.

Порівняння варіантів конструкції машини при проектуванні може здійснюватись за кількома критеріями одночасно. У такому разі мають бути багатокритеріальні задачі оптимального проектування.

Із підвищенням класу виробу мета оптимізації стає більш загальною, а для об'єктів великої складності (комплексів) має соціально-економічний характер (наприклад, умови оптимізації комплексу устаткування для автоматизованого виробництва певних деталей). У більшості випадків можна використовувати локальну або внутрішню оптимізацію окремих елементів чи складальних одиниць об'єкта, яка є корисною і для глобальної оптимізації.

Математична модель, що відображає взаємозв'язок критерію оптимізації з параметрами оптимізації називається цільовою функцією.

Із ростом складності сучасних технічних об'єктів стає все важче оцінювати конкретний варіант проекту, його відповідність вихідним вимогам та найпрогресивнішим тенденціям сучасної техніки. Ускладнення конструкції сучасних об'єктів і, як наслідок, збільшення обсягу потрібної для конструктора інформації, сприяла появі нових методів опрацювання та практичного застосування технічної інформації у вигляді автоматизованого проектування. При автоматизованому проектуванні конструктор ставить задачу для ЕОМ, а машина обробляє весь обсяг потрібної інформації, систематизує його і робить первинне підбирання варіантів розв'язків. За конструктором залишається право вибору остаточного рішення. Для такого взаємного спілкування конструктора з ЕОМ створені системи автоматизованого проектування (САПР).

Загалом до початку проектування необхідно вивчити стан питання з врахуванням останніх досліджень у відповідній галуззі знань та у сіміжних. При цьому при проектуванні, як правило використовуються елементи науко-технічних досліджень. Виконавець проектних робіт повинен володіти прийомами вказаної роботи на рівні раціоналізатора та, у деякій мірі, дослідника. Для створення високоякісної техніки вожливо також знати та звертати увагу на ті параметри машини, які будуть встановлюватись упроцесі випробувань. До початку проектування необхідно також ознайомитись із виробництвом сільськогосподарської техніки, особливостями технології виготовлення виробів на заводах, їх обладнанням, сучасними технологіями та іншими особливостями технологічних процесів.

Лекція 2. Сільськогосподарська техніка, як об'єкт проектування

1. Сільськогосподарська техніка, сільгосптехніка -- широкий спектр технічних засобів, призначених для підвищення продуктивності праці в сільському господарстві шляхом механізації і автоматизації окремих операцій або технологічних процесів. [Вікіпедія]

У сільському господарстві техніка, зазвичай, використовується на сільськогосподарських об'єктах і підприємствах. Для постійного використання сільськогосподарської техніки для сільськогосподарських потреб створюються сільськогосподарські бази, що відповідають за базування, використання та ремонт сільськогосподарської техніки, а також за утримання домашніх тварин, заготівлю кормів і ринковий продаж на інших більш дрібних сільськогосподарських об'єктах.

Темхніка (від грец. techne -- мистецтво, майстерність) -- сукупність засобів, створених людством для обслуговування своїх потреб виробничого і невиробничого характеру. У техніці матеріалізовані знання і виробничий досвід, накопичені людством у процесі розвитку суспільного виробництва.

У вужчому сенсі під технікою маються на увазі машини, механізми, прилади, пристрої, знаряддя тієї чи іншої галузі. Часто у поняття техніки і до об'єктів технічних наук включається також технологія (від грец. techne + logos -- слово, вчення) -- сукупність виробничих процесів у певній галузі виробництва, а також опис способів виробництва. Це так тому, що техніка і технологія є двома основними опорами будь-якого виробництва.

Основне призначення техніки -- звільнення людини від виконання фізично важкої або рутинної (одноманітної) роботи з метою підвищення ефективності і продуктивності праці, раціональнішого використання природних ресурсів, а також зниження ймовірності помилки людини при виконанні складних операцій.

Області застосування техніки:

створення матеріальних і культурних цінностей;

вироблення, перетворення і передача різних видів енергії;

збір, обробка та передача інформації;

проведення наукових досліджень;

створення і використання різних засобів пересування;

забезпечення обороноздатності.

Сільське господарство - прадавнє заняття людства, а сільськогосподарське машинобудування -найстаріша галузь виробництва. Технічні засоби у сільськогосподарському виробництві почали створювати для полегшення ручної праці. Від простих знарядь : ціпа, мотики, серпа , зернотерки, сохи, борони - людство прийшло до створення найскладнішої сільськогосподарської техніки.

Але з історії відомо, що у 1655 році вже було створено молотарку з водяним приводом - Андрієм Тєрєнтєвим і Мойсей Криком. В подальшому створювались технічні засоби для полегшення ручної праці. Проте інтенсивній її розвиток розпочався в умовах накопичення капіталу у кінці 18-го ст., коли виникла потреба нарощування обсягів продукції для перетворення її у капітал. Триваливалий час передові капіталістичні країни концентрували заводи виробники на власні території. У кінці останього старіччя така схема виробництва сільськогосподарської техніки себе вичерпала, що призвело до міждержавного кооперування її випуску.

Сільськогосподарське машинобудування є високоінтегрованою галуззю і характеризується глобалізацією, яка постійно наростає. Більшість великих продуцентів -- John Deere, Case, New Holland (CNH Global), AGCO Corporation -- є транснаціональними корпораціями, які мають спільні виробничі або складальні підприємства в усьому світі. Інші компанії, які не виготовляють своєї техніки на зарубіжних підприємствах, мають у багатьох країнах своїх торговельних агентів і канали збуту продукції. Комплектуючі, вузли й деталі тракторів, сільськогосподарських машин та обладнання відвантажують до різних країн і використовують під час виробництва техніки за контрактами ОЕМ, які передбачають виготовлення постачальником продукції за специфікацією і з фірмовою маркою замовника для дальшої реалізації через канали замовника як його власної продукції.

Так, комплектуючі, виготовлені в США, постачаються дочірнім підприємствам американських компаній за кордоном та іншим продуцентам, а під час виготовлення сільгосптехніки в США часто використовують вузли й деталі, вироблені в інших країнах. Це ускладнює визначення частки власних компонентів у конструкції тієї чи іншої машини. Сільськогосподарська техніка, виготовлена в США або Канаді, призначена здебільшого для великих високорозвинених господарств.

Більшість техніки та обладнання середньої потужності в Європі виготовляється європейськими фірмами й дочірніми підприємствами американських компаній. Зростає випуск техніки середньої потужності в Мексиці, Бразилії та Аргентині, де її виготовляють за ліцензіями європейських та американських виробників або в рамках спільних з ними підприємств. На світовому ринку сільськогосподарської техніки малої потужності домінує Японія.

Нарощують виробництво такої техніки Республіка Корея, Індія та Китай. Світове сільське господарство має тенденцію до збільшення розмірів фермерських господарств, зростання рівня їх механізації. Найпомітніше ця тенденція проявляється в США, Канаді, Австралії та 6 країнах Західної Європи. Тому більшість сільгосптехніки, що реалізується на ринках цих країн, йде на заміну малопродуктивної застарілої техніки.

Відомо, що великомасштабне виробництво тієї чи іншої сільгосптехніки ефективне і рентабельне там, де її використовують найбільшою мірою. Через це усередині 80-х років світове сільськогосподарське машинобудування пережило структурну перебудову, зумовлену надлишком у низці країн виробничих потужностей. У результаті перебудови виробники сільгосптехніки здійснили глобальну реструктуризацію підприємств і скоротили свої витрати завдяки зосередженню виробництва окремих машин у якомусь одному регіоні. Це сприяло підвищенню ефективності виробництва, зниженню закупівельних цін для дилерів і збільшенню обсягів продажів техніки.

Характерною ознакою сучасного ринку сільгосптехніки за рубежем є широка гама типорозмірних рядів енергетичних засобів і шлейфу робочих машин, що дає змогу якнайшвидше задовольняти потреби всіх груп споживачів щодо продуктивності МТА та умов їх використання, способів агрегатування сільгоспмашин з тракторами, комфортності умов роботи, фінансових можливостей споживачів, технологій вирощування сільгоспкультур тощо.

Ринок сільськогосподарської техніки в Україні дотепер не сформувався. Низька купівельна спроможність сільськогосподарських товаровиробників призвела до того, що обсяги продажів сільгосптехніки за останні 10 років скоротились у 10-20 разів і більше, а окремих машин -- зовсім припинились. У період планової економіки підприємства України виготовляли лише близько 30% найменувань техніки, потрібної сільськогосподарському виробництву. Із переходом до ринкової економіки до виробництва сільгосптехніки підключилася низка підприємств інших галузей, розширили номенклатуру виробництва підприємства сільськогосподарського машинобудування.

Останніми роками ними освоєно виробництво понад 500 найменувань сільгосптехніки, яку раніше в Україні не виготовляли, і нині вони здатні задовольнити попит. За своїм технічним рівнем, зокрема за надійністю, вітчизняна техніка поступається зарубіжним аналогам, але значно дешевша і більш пристосована до умов використання. Проте обсяги виробництва і продажів нової сільгосптехніки залишаються малими, через що машинно-тракторний парк (МТП) сільгосппідприємств морально та фізично старіє, зменшується кількісно. Такий МТП не забезпечує вчасного виконання потрібного обсягу робіт, що веде до розтягування строків польових робіт і втрат урожаю. В Україні мають свої представництва практично всі провідні західноєвропейські фірми, що виготовляють сільськогосподарську техніку. Обсяги продажів зарубіжної техніки, як і вітчизняної, теж обмежені. За висновками експертів, технічний рівень сільськогосподарської техніки провідних фірм практично вирівнявся, через що конкуренція на ринку змістила свій акцент із технічного рівня техніки на рівень її сервісного забезпечення. Малі обсяги продажів сільськогосподарської техніки в Україні ускладнюють організацію належного забезпечення.

2. Сільське господарство як галузь має низку особливостей, що значною мірою визначають результати діяльності аграрних підприємств. Водночас, як і в інших галузях народного господарства, тут діють загальні економічні закони, хоча вони виявляються саме з урахуванням цих специфічних особливостей. Пізнання, урахування особливостей і вміле застосування механізму дії законів можуть мати значний позитивний вплив на ефективність господарської діяльності аграрних підприємств.

1. Особливість полягає в тому, що засобами виробництва тут є живі організми - рослини і тварини, які розвиваються згідно з біологічними законами. Тому в сільському господарстві дія економічних законів тісно переплітається з дією природних законів.

2. Ще одна особливість виявляється в тому, що головним засобом виробництва тут є земля. Якщо в промисловості, за винятком добувних галузей, земля - це лише просторовий операційний базис, місце розташування підприємств, то для аграрних підприємств вона головний і незамінний засіб виробництва. Процес праці та виробництво продукції в аграрних підприємствах безпосередньо пов'язані з землею, її якістю і родючістю, характером використання.

3. Аграрні підприємства працюють в умовах ризику та невизначеності, оскільки на результати виробництва значно впливають природні умови. І, як наслідок, кінцеві результати значною мірою залежать не лише від кількості та якості застосованих ресурсів, а й від конкретних умов, за яких здійснюється виробництво.

4. Виробництво в аграрних підприємствах діє на значній території. Територіальний спосіб виробництва пов'язаний з великим обсягом перевезень і техніки, матеріалів (насіння, пальне, добрива), і виробленої продукції (зерно, цукровий буряк, картопля).

5. Важливою особливістю роботи аграрних підприємств є те, що вироблена ними продукція й надалі бере участь у процесі виробництва. Як засоби виробництва використовують насіння і садивний матеріал (зерно, картопля і под.), корми, а також значна частина поголів'я тварин на відновлення і розширення основного стада.

6. У сільському господарстві робочий період не збігається з періодом виробництва. Тут процес виробництва здійснюється тоді, коли є безпосередня участь людей (оранка, посів, догляд, збирання врожаю) і коли він відбувається під прямою дією природних чинників (ріст, формування врожаю).

7. Незбігання періоду виробництва і робочого періоду зумовлює сезонність виробництва, що значною мірою впливає на організацію праці, ефективне використання техніки, трудових ресурсів.

8. Особливість виробництва в аграрних підприємствах полягає ще й у тому, що в галузі особлива роль належить водним ресурсам. Вода тут - речовий і незамінний елемент. У тих районах, де спостерігається її дефіцит і воду подають штучно, вона підвищує вартість продукції.

9. Однією з головних особливостей є те, що в сільському господарстві, зазвичай, пересуваються засоби виробництва (трактори, машини, комбайни, сільськогосподарська техніка), а предмети праці (рослини) перебувають на одному місці. Це зумовлює велику потребу в енергетичних ресурсах і кількості техніки.

10. Працюючі не мають постійного місця роботи. Механізатори виконують різні види робіт (посів, догляд, заготівля кормів, збирання врожаю) і тому вузької спеціалізації у них не існує.

Зазначені особливості практично не можуть бути ліквідовані й вимагають всебічного аналізу та їх урахування при створенні технічних засобів, формуванні матеріально-технічної бази підприємства, організації й управлінні виробництвом, визначенні економічної ефективності використання виробничих ресурсів з метою збільшення обсягів виробництва продукції та її здешевлення.

Основними об'єктами проектування для забезпечення максимальної механізації сільськогосподарського виробництва є: робочі органи, знаряддя, машини, агрегати, комплекси, системи машин. Під вказаними об'єктами проектування розуміють:

Робочий орган - пристрій, який під час роботи діє на матеріал, що обробляється (ґрунт, рослини, тощо).

Знаряддя - обладнання, яке включає робочі органи та забезпечує виконання певної сільськогосподарської операції.

Машина - (від французького - machine) - пристрій, що виконує механічні рухи з перетворенням енергії, змінює властивості матеріалу та інформацію.

Сільськогосподарський агрегат - поєднання сільськогосподарських машин з джерелом енергії, який призначений для виконання однієї або декількох сільськогосподарських операцій.

Комплекс машин - сукупність сільськогосподарських машин, які здатні протягом календарного року виконати всі заплановані сільськогосподарські операції в оптимальні агротехнічні строки з мінімальними затратами праці.

Система машин у сільськогосподарському виробництві -- це набір окремих робочих машин, які доповнюють одна одну і виконують послідовно технологічні операції при виробництві тих чи інших продуктів. Системи машин створюються для виробництва окремих видів продукції. За підрахунками науково-дослідних установ, для сільського господарства в цілому потрібно понад 4 тис. найменувань технічних засобів. При обґрунтуванні системи машин потрібно враховувати такі вимоги до них:

виконання робіт відповідно до агрозоотехнічних вимог;

узгодженість окремих машин системи за потужністю і продуктивністю;

забезпечення найменшої матеріаломісткості, особливо паливно-мастильних матеріалів, а також металомісткості на 1т готової продукції;

забезпечення найменшої енергомісткості на 1 т продукції;

забезпечення найвищої продуктивності системи і окремих машин за одиницю часу;

зниження щільності тракторних робіт за рахунок виключення зайвих робіт, особливо за рахунок використання комбінованих агрегатів;

забезпечення найменших експлуатаційних витрат на одиницю продукції.

Дотримання цих вимог є особливо важливим в умовах ринкових відносин. Виробники, які їх чітко дотримуються, мають більше шансів ефективно працювати в умовах конкуренції. У сільському господарстві нашої держави рівень механізації виробничих процесів ще недостатній, використовуються машини і механізми застарілих конструкцій.

Потрібна для господарств нова високоефективна техніка має відповідати таким вимогам:

універсальність (машина повинна виконувати не одну, а кілька операцій одночасно або в різний час);

економічність (споживати менше палива і витрачати менше металу на одиницю потужності);

висока продуктивність за одиницю часу;

уніфікація і взаємозамінність окремих вузлів і деталей;

відповідність сучасному рівню технології і організації виробництва по зонах і галузях сільського господарства;

взаємне узгодження окремих машин між собою за потужністю, шириною захвату, розстановкою робочих органів тощо;

створення нормального робочого місця для тракториста-машиніста.

З експлуатаційної точки зору, при вирощуванні та збиранні сільськогосподарських культур, найбільше поширення знаходить таке визначення, як машинно-тракторний агрегат (МТА). МТА за основними експлуатаційними ознаками класифікують за:

- призначенням - орні, посівні, транспортні, збиральні тощо;

- способом виконання робіт - рухомі, стаціонарні, стаціонарно-пересувні;

- характером використання джерел енергії - тягові, тягово-приводні та приводні;

- розміщенням робочих органів машин відносно поздовжньої осі агрегата - симетричні, асиметричні;

- кількістю машин в агрегаті - одно- та багатомашинні;

- кількістю одночасно виконуваних технологічних операцій - прості, складні (комбіновані), комбіновані (комплексні);

- способом з'єднання машин з трактором - причіпні, напівначіпні, начіпні.

Конструкція сільськогосподарської машини включає: робочі органи, механізми передачі руху, джерело енергії, ходову частину, несучу конструкцію.,механізми керування (управління).

Тема 2. Загальна послідовність проектування машин

Лекція 3. Необхідні умови початку проектування технічних засобів

1. Необхідною умовою початку проектування машини є її включення у систему машин, що вимагає значних узгоджень на різних рівнях і у різних організаціях. Головною умовою у такому випадку вважають сумарні витрати. Вони мають бути мінімальними.

T_сум.= Т_пром.+Т_с.г. (2.1)

де Т_пром., Т_с.г - затрати праці відповідно у промисловості та сільському господарстві.

При внесені пропозиції щодо випуску нової машини, необхідно враховувати безліч чинників, які на даний період визначають перспективу продажу машини. Тому, правильно сформована система машин дозволяє винахідникам спрямовувати свої зусилля на користь державі. У сільськогосподарському виробництві фондоозброєність ще нижча, ніж у промисловості, а має бути навпаки, тому що багато машин працює протягом року тільки кілька днів. Найбільший економічний ефект можна мати тоді, коли техніка використовується комплексно, тобто коли машини об'єднані в системи.

Система машин являє собою сукупність машин, взаємоузгоджених за технологічним процесом, техніко-економічними параметрами і продуктивністю, за допомогою яких забезпечується механізація виробничих процесів. Розробляють таку систему з урахуванням основних природно-кліматичних зон. Її постійно удосконалюють, доповнюють і змінюють на основі досягнень науки і техніки.

До системи машин належать енергетичні, транспортні, технологічні, контрольно-керуючі і кібернетичні машини. Сільськогосподарські машини є технологічними. Кожна з них виконує певний технологічний (робочий) процес, що включає одну або кілька технологічних операцій, за яких відбуваються якісні зміни матеріалу, що обробляється, його розмірів, стану, форми, фізичних і біологічнихвластивостей. Система машин розробляється провідною науково-дослідною установою.

На початку проектування машини на неї повинні бути розроблені вихідні вимоги (агротехнічні), які розробляються також провідними галузевими науково-дослідними установами (інститути, ГСКБ). До їх формування залучаються і інші спеціалісти різних установ.

Вихідні вимоги розробляються на основі науково-дослідних робіт аналогічних машин, результатів наукового прогнозування, аналізу досягнень науки і техніки у світі, вивченні патентних матеріалів та інших джерел. Складаються з таких розділів:

а) призначення;

б) місце у системі машин (вказується взамін якої машини передбачається її розробка);

в) зона застосування;

г) показники якості виконання технологічного процесу (процеси, які виконуються машиною, і показники її роботи);

д) показники якості виробу (техніко - експлуатаційні вимоги та показники, що регламентують надійність);

е) економічні вимоги (підвищення продуктивності праці, зниження прямих витрат, економічний ефект і лімітна ціна);

є) строк дії вихідних вимог;

ж) розроблювач вихідних вимог.

З удосконаленням техніки вихідні вимоги переглядаються.

Правельно складені вихідні вимоги сприяють виготовленню сільськогосподарської техніки, яка спрямовується на максимальну механізацію усії галузей сільськогосподарського виробництва, підвищення продуктивності, економічності та надійності сільськогосподарських машин, впровадженню нових, прогресивних технологічних процесів, зменшеню енергетичних матеріалів, широкому впровадженню автоматичних пристроїв.

Передують створенню вихідних вимог пошук інформації щодо розвитку техніки через винахідницку діяльність, яку слід вважати складовою проектування. Винахідництво -- один із найбільш поширених і масових видів творчості, що практично доступний кожному. Інша справа, що здатність до винахідництва в одних більша, в інших -- менша. Країни з високорозвиненою економікою відзначаються високою винахідницькою активністю. У нашій державі винахідницька діяльність регулюється Законом України «Про охорону прав на винаходи і корисні моделі».

Винахід -- це технологічне (технічне) вирішення у будь-якій галузі суспільно-корисної діяльності, що відповідає вимогам патентоздатності, тобто є новим, має винахідницький рівень і придатне для використання. Винахід відповідає умовам патентоздатності, якщо він новий, має винахідницький рівень і відповідає промисловій придатності.

Винахід є новим, якщо його сутність не відома з рівня техніки. Такий рівень щодо заявленої пропозиції визнається за всіма видами інформації, загальнодоступними в Україні та за кордоном до дати пріоритету винаходу. Це означає, що до дати пріоритету заявки сутність цього або тотожного рішення не була розкрита ні в Україні, ні за кордоном для невизначеного кола осіб настільки, що стало можливим його використання. Бувають випадки, коли новатор самостійно вирішує певні задачі. Інколи виявляється, що така задача вже вирішена, але відомості про це ще не дійшли до винахідника. Винахід повинен давати нове технічне рішення, не відоме сучасному рівню техніки. Тому не може бути визнана винаходом пропозиція, описана у вітчизняній чи зарубіжній літературі або впроваджена у виробництво в Україні чи за її межами.

Не визнається винаходом пропозиція, на яку вже подано заявку або видано авторське свідоцтво чи патент. Причому не має значення, де видано авторське свідоцтво чи патент -- в Україні чи за кордоном. Новизна пропозиції втрачається, коли відомості про її сутність розголошені іншим шляхом до її заявки і роблять можливим її використання третіми особами. Тому автор пропозиції, що може бути визнана винаходом, а також інші особи, які мають відношення до пропозиції, повинні уникати будь-якого розголошення змісту пропозиції до її заявки. Це має значення не лише для автора, а й для держави. У разі розголошення суті пропозиції до її заявки, хоча б і самим автором, останній втрачає право на одержання охоронного документа, оскільки держава не може гарантувати охорону такої пропозиції. У цьому випадку втрачається можливість патентування пропозиції за кордоном і вона може бути використана іноземними особами без будь-якого дозволу і без виплати винагороди за її використання.

Закон України «Про охорону прав на винаходи і корисні моделі» в ст. 6 п. 2 визначає об'єкти винаходу. Ними можуть бути:

-- продукт (пристрій, речовина, штам мікроорганізму, культура

клітин рослин і тварин тощо);

-- спосіб;

-- застосування раніше відомого продукту чи способу за новим призначенням.

Винаходи, промислові зразки, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем, раціоналізаторські пропозиції не існують якось окремо. Вони втілюються у виготовленій продукції та засобах виробництва, які застосовуються для випуску відповідної продукції. Згадане вище у патентознавстві називають "об'єкти техніки". Тому патентну чистоту продукції слід розуміти як патентну чистоту об'єктів техніки. Певна частина цієї продукції та послуг надходить у сферу зовнішньої торгівлі.

Патентна чистота -- це юридична властивість об'єкта техніки, яка полягає в тому, що відповідний об'єкт може вільно використовуватися в певній країні без порушення чинних на її території патентів, які належать третім особам. Патентно чистими є такі об'єкти техніки, які не підпадають під дію чужих охоронних документів на винаходи, корисні моделі, промислові зразки, товарні знаки та інші об'єкти "промислової власності".

Те, що в нас відоме як "патентна чистота", за кордоном може мати іншу назву. У колишній НДР це йменувалося "патентна невразливість". У США патентна чистота називається "свобода від прав, що охороняються". Вважаємо, що в колишній НДР була досить вдала назва.

2. Роботи із створення нових сільгоспмашин проводяться згідно з планами науково-дослідних (НДР) і дослідно-конструкторських (ДКР) робіт. Плани складаються з урахуванням сучасних досягнень науки, техніки і виробництва. Науку характеризують такі тенденції: перетворення її в безпосередньо продуктивну силу, розширення сфери застосування, прискорений розвиток, випереджаючий розвиток відносно техніки і виробництва, “математизація” і автоматизація процесів наукових досліджень. Тенденції, що характеризують техніку: використання досягнень науки, збільшення номенклатури і ускладнення конструкції об'єкта, автоматизація робочих процесів, порівняно швидка змінюваність об'єктів. Тенденції, що характеризують виробництво: динамічність, ускладнення виробництва, диференціація виробничих процесів, їх комплексна механізація та автоматизація.

Стадіями НДР у загальному випадку є: технічне завдання на проведення НДР, технічна пропозиція щодо НДР, теоретичні та експериментальні дослідження, оформлення результатів НДР та їх здача замовнику.

Стадії та етапи ДКР при плануванні ті самі, що й при проектуванні (технічне завдання, технічна пропозиція, ескізний проект, технічний проект, робоча документація), вони доповнюються строками виготовлення макетів, дослідних зразків, проведенням випробувань та доробкою технічної документації. Вихідні дані складаються з розділів.

Природно-кліматичні зони. Характеризуються назвою, площею, рельєфом, метеорологічними умовами, співвідношенням оброблюваних культур, середньою площею полів, довжиною гонів, типом ґрунту, відстанями внутрішньогосподарських перевезень, врожайністю культур і продуктивністю тваринництва.

Технологічні процеси сільськогосподарського виробництва. У кожній зоні застосовуються свої типові технологічні процеси одержання сільськогосподарської продукції, які характеризуються певним переліком операцій, обсягом робіт на кожній операції, вимогами агро- і зоотехнічної науки щодо кожної операції, календарним строком виконання кожної операції та нормою внесення (витрачання) сільськогосподарських матеріалів або кількістю продукту, що вивозиться.

Властивість оброблюваних матеріалів. Збираються дані про фізико-механічні властивості матеріалів, властивості, що проявляються під дією робочих органів машини, і властивості, що їх набувають після обробки.

Техніка. Вихідні дані подаються у вигляді відомостей про машини-аналоги (вже застосовувані аналогічні машини); про машини, що взаємодіють з проектованою машиною, і про різноманітні технічні рішення, що мають відношення до проектованої машини.

Виробництво сільськогосподарських машин. Вказується підприємство, що буде виготовляти машину. Особливості виробництва машин на даному підприємстві слід врахувати для того, щоб зменшити затрати праці на виготовлення машин.

Експлуатація. Умови експлуатації машин залежать від природно-кліматичних зон. При збиранні вихідних даних з питань експлуатації машин слід враховувати досвід використання машин-аналогів у цих зонах, наявність технічної бази для обслуговування та ремонту машин, організацію руху агрегатів у полі, забезпечення агрегатів експлуатаційними матеріалами і транспортом, кваліфікацію обслуговуючого персоналу, а також вимоги техніки безпеки та промислової гігієни.

Наука. При використанні результатів наукових досліджень у першу чергу становлять інтерес результати експериментальних і теоретичних досліджень об'єктів розробки та наявність математичних моделей, що описують умови експлуатації, властивості оброблюваних матеріалів, функціонування робочих органів, механізмів і машин як системи, а також результати досліджень силового навантаження елементів конструкції, кінематичного аналізу механізмів машин, їх розрахунок на міцність.

Лекція 4. Роль досліджень у проектуванні сільськогосподарської техніки

1. Класифікація прогнозів. В основу класифікації науково-технічних прогнозів як інструмента управління розвитком науки і техніки покладена ідея, що витікає з прийнятого визначення прогнозу на основі комплексу взаємозв'язаних оцінок: цілей, шляхів їх досягнення і потреб в ресурсах. Кожен з типів прогнозів є фактично результатом спеціального етапу прогнозних робіт, що використовують свої специфічні методи.

Прогноз першого типу, що спирається на пізнання тенденції і закономірності, на накопичений досвід конкретних наук, покликаний виявити і сформулювати нові можливості і перспективні напрямки науково-технічного розвитку. Цей тип прогнозу в науковій прогностиці називається дослідницьким прогнозом. Його найбільш важкою і відповідальною, частіше за всього заключною фазою є оцінка гіпотетичної результативності, чи значимості можливих варіантів розвитку. Отримані таким чином відомості є суттєвою частиною формованої за участю наукової прогностики концепції майбутнього науки і техніки.

...