Машини, які використовуються в сільськогосподарському виробництві

Другий тип наукового прогнозу називається програмним прогнозом. Він походить з пізнаних суспільних потреб, тенденцій і закономірностей науково-технічного розвитку, а також даних, що отримані з дослідницького прогнозу. Він покликаний надати цим знанням прикладного характеру: сформулювати програму можливих шляхів, заходів і умов для досягнення цілей і розв'язку задач розвитку науки і техніки. Сформулювавши гіпотезу про перспективні для даних умов можливостей взаємного впливу різноманітних факторів, програмний прогноз (частіше за всього на своїй заключній стадії) прагне дати оцінку гіпотетичних строків і черговості досягнення різних можливих цілей. Тим самим програмний прогноз завершує почату на етапі дослідницького прогнозу формування можливостей розвитку.

Організаційний прогноз базується на знаннях і уявленнях про загальні закономірності і тенденції розвитку науки (як організаційної системи), в тому числі отриманих вищезгаданими типами прогнозів. Він походить з уявлень про наявні економічні ресурси і накопиченому науковому потенціалі. Організаційний прогноз покликаний сформулювати обґрунтовану гіпотезу відносно обсягів і складу ресурсів, які потрібні для того, щоб тими чи іншими шляхами досягти тих чи інших цілей. Поняття ресурс трактується не тільки в сенсі: час, гроші, люди, а також у випадку необхідності, і як комплекс організаційних і соціально-економічних основ ефективної реалізації прогнозованого складу ресурсів. Зазвичай найбільш складною і відповідальною фазою є оцінка гіпотетичних розмірів необхідної фінансової підтримки різноманітних програм досліджень і розробок.

Виступаючи в комплексі, охарактеризовані вище три етапи прогнозування взаємно доповнюють один одного. Офіційно вважається, що «прогнозування - це робота над різноманітними сценаріями майбутнього. Таким чином, воно відштовхується від даного, досліджує прикмети майбутніх тенденцій, що народжуються, і розглядає сучасні рішення на предмет їх можливих наслідків». В залежності від того, на який термін в майбутнє робляться прогнози, вони мають різний характер. Життя, успіхи наук, можливостей і потреб практики вносять в них кожен день суттєві корективи. Роблячи, на основі аналізу інформації про минуле і сучасне, висновки про майбутнє, прогнозист не може врахувати багато суттєвих факторів, які виникнуть і будуть впливати на розвиток прогнозованого процесу в майбутньому. При цьому відомо, що чим більше вдається вирішити проблем, тим більша кількість нових задач виникає перед дослідниками.

Сучасні методи науково-технічного прогнозування. Методом прогнозування називається «спосіб дослідження об'єкта прогнозування, що спрямований на розробку прогнозу». На основі методів прогнозування будується методика прогнозування, тобто сукупність методів і правил розробки прогнозів для конкретних об'єктів.

Джерелами інформації про майбутнє, що лежать в основі прогнозування, є: заснована на досвіді, аналогії оцінка шляхів розвитку і перспектив прогнозованого явища; екстраполяція відомих тенденцій; модель стану явища в майбутньому, заснована на врахуванні зміни (бажаної чи очікуваної) тих показників, перспективи розвитку яких досить відомі. Відповідно можливі три основних класи методів прогнозування в соціальній сфері (використовуються як взаємодоповнюючі):

1) опитування населення/експертів з метою впорядкування, об'єктивізації суб'єктивних оцінок прогнозного характеру;

2) екстраполяція і інтерполяція - побудова динамічних рядів розвитку показників прогнозованого процесу;

3) моделювання - побудова пошукових і нормативних моделей з врахуванням ймовірної чи бажаної зміни прогнозованого явища на основі наявних даних про масштаб і напрямок змін.

Два останніх класи методів є найбільш точними. Метод опитування швидше є загальнонауковим. В прогнозуванні використовуються також методи: аналогії, індукції і дедукції, статистичні, економічні, соціологічні та ін. Типова методика прогнозування включає наступні етапи:

1) передпрогнозна орієнтація (визначення об'єкта, предмета, проблеми, мети, задач, часу випередження, робочих гіпотез, методів, структури, організації дослідження);

2) збір даних прогнозованого фону (тобто таких, що впливають на розвиток об'єкта по непрофільних, суміжних галузях прогнозування);

3) побудова вихідної(базової) моделі (тобто системи показників, параметрів, що відображають характер і структуру об'єкта);

4) пошуковий прогноз (проекція в майбутнє вихідної моделі за тенденцією, що спостерігається, з врахуванням факторів прогнозного фону);

5) нормативний прогноз (проекція вихідної моделі в майбутнє у відповідності з заданими цілями і нормами по заданих критеріях);

6) оцінка степені вірогідності і уточнення прогностичних моделей;

7) вироблення рекомендацій.

Наукова прогностика нараховує на даний час декілька різноманітних за рівнем, масштабам і наукової обґрунтованості методів і прийомів прогнозування науково-технічного розвитку. Головні напрямки, в яких іде розвиток методичного забезпечення прогнозних робіт, становлять:

- поглиблену теоретичну і прикладну розробку декількох груп методик, що відповідають вимогам різних об'єктів і різноманітних видів прогнозів;

- розробку і реалізацію на практиці системних способів і процедур використання різноманітних методичних прийомів в ході одного конкретного прогнозного дослідження;

- пошук шляхів і способів алгоритмізації методик і розробка комп'ютерних програм для їх реалізації.

Прогнозування технічних рішень. Прогнозувати - значить предрікати, передбачати з певним ступенем точності. Прогнозування - дослідницький процес, у результаті якого одержують ймовірні дані про майбутній стан прогнозованого об'єкта.

При розробці нової техніки прогнозування необхідне, оскільки багато часу йде на проектування, налагодження виробництва кожної машини, і за цей час машина не повинна застарівати. З іншого боку, машина працює довгий час, протягом якого можуть змінюватись умови експлуатації, властивості оброблюваних і конструкційних матеріалів, технологічні процеси. Все це потрібно ретельно і глибоко осмислити, спрогнозувати, передбачити, щоб надійно забезпечити конкурентоздатність і довговічність машини.

Залежність економії і витрат від часу на втілення нової машини зображена на графіку (мал. 5). Після того, як розроблена документація на виготовлення машини проходить певний строк, який використовується для підготовки і налагодження її виробництва. При цьому економія Е від виробництва даної машини зростає за рахунок обґрунтованого підходу до вибору обладнання, приладдя, інструментів, матеріалів. Відповідно витрати В зменшуються. Але це відбувається до певного періоду, який називається часом випередження ТВ між початком випуску Т_пв продукції та її затвердженням Т_затв, тобто

ТВ = Т_пв - Т_затв. (4.1)

Мал. 5. Залежність економії Е і витрат В від часу ТВ

Якщо час випередження затягується, тобто затримується процес випуску нової, кращої від попередньої машини, яка може дати економічний ефект, то починається зворотній процес, при якому економія починає зменшуватись, а витрати збільшуватись. Оптимальний час випередження ТВ_opt відповідає оптимальній різниці між Е і В, тобто (Е - В)_opt. Якщо (Е - В) по ТВ і прирівняти до нуля, тобто d[(Е - В)]/dТВ = 0, то можемо знайти ТВ_opt, і далі підставивши його у (Е - В) знаходимо (Е - В)_opt.

Прогнозування може бути коротко-, середньо- і довготерміновим.

При короткотерміновому прогнозуванні оцінюється перспективний рівень розвитку конструкції створюваної машини, розрахований на 5…10 років.

При середньо- і довготерміновому прогнозуванні визначається значущість наявних відкриттів і винаходів, аналізується та розробляється технічна стратегія. Розраховані вони на 20…30 років.

При прогнозуванні встановлюються: функціональне призначення машини, основні техніко-економічні показники, потреба в машинах і план випуску, використання нових матеріалів і заготовок, застосування нових технологічних процесів виготовлення, потреба в обладнанні й технологічній оснастці та інші питання.

Короткотермінове прогнозування в основному базується на методі екстраполяції; середньо- та довготермінове - часто на методі експертних оцінок. Такий метод зручний, коли відсутня систематизована інформація про минуле та коли розвиток техніки залежить від рішень, що приймають спеціалісти і експерти.

Метод експертних оцінок полягає в тому, що враховується думка кожного спеціаліста чи експерта про напрямок розвитку конструкції даної машини. Потім усі міркування узагальнюються. Можливе також застосування методу моделювання (в основному це математичне моделювання).

На відміну від інтерполяції, яка полягає в тому, що відшукуються проміжні значення величин за рядом їх відомих значень, екстраполяція являє собою відшукування значень величини за межами інтервалу знаходження її відомих значень. Вона може бути числовою або графічною.

При прогнозуванні аналізується тенденція розвитку конструкції, під якою слід розуміти закономірність зміни залежної змінної від незалежної в статичному чи функціональному значенні. Як незалежна змінна при прогнозуванні найчастіше виступає час.

2. Застосовуючи метод екстраполяції для прогнозування, знаходимо спочатку тренд, а потім екстраполюємо його. Тренд - це не цілком точна графічна залежність залежної змінної від незалежної; він характеризує довготривалу тенденцію зміни явища при прогнозуванні. На практиці використовується лінійний тренд, степенева функція та експоненціальний. Частинним випадком степеневої функції є квадратична парабола.

Мал. 6. Приклад тренду та його екстраполяції

Як приклад, на мал. 2 показано тренд у вигляді квадратичної параболи. На ньому на осі абсцис відкладене час (десятиріччя), а на осі ординат - прогнозований показник (у даному випадку питома пропускна здатність зернозбирального комбайна q, кг/м·с, тобто пропускна здатність, що припадає на 1 м ширини молотарки). Точки на тренді - значення q машинах, що серійно випускались у період з 1960 по 2010 рр. Плавна крива АВС в зоні розміщення точок - це середня закономірність зміни q за роками, що зображена графічно; штрихова крива CD, яка є продовженням плавної кривої АВС, - результат графічної екстраполяції, застосованої у даному випадку для того, щоб прослідкувати закономірність зміни q в роки, наступні за 2000 р.

Крива CD побудована з припущенням, що в роки наступні за 2000 р. закономірність зміни q не переміниться. Очевидно, чим менше CD в порівнянні з АВС, тим більше ймовірно, що значення показника, який прогнозується по кривій CD, підтвердиться.

Коли необхідно спрогнозувати показник при умові зміни тенденції з криволінійної на прямолінійну, починаючи з певної характерної точки x₀, визначаємо рівняння дотичної до кривої У_Д в даній характерній точці за формулою:

У_Д = f(x₀) + f '(x₀)(x - x₀). (4.2)

За допомогою цієї дотичної можемо визначити значення показника як в майбутньому, так і у минулому за умови прямолінійності тренду.

Питання для самоконтролю

1. Які тенденції характеризують науку?

2. Дати структуру та зміст вихідних даних.

3. Що таке прогнозування?

4. Які є методи прогнозувань?

5. Що таке тренд та його екстраполяція.

Тема 3. Формування умов довговічності функціонування машин

Лекція 5. Основні параметри машин та обладнання

1. Оптимізація - це процес вибору найкращого розв'язання задачі з можливих варіантів, а також приведення системи у найкращий стан.

Параметр - це показник або величина, що характеризує властивість машини або пристрою. Параметрами оптимізації є показники, що виражають умови найвигіднішого використання машини. Параметрами оптимізації сільськогосподарських машин можуть бути зовнішні та внутрішні критерії проектування.

Зовнішні критерії - критерії, які фігурують у вихідних вимогах, наприклад продуктивність, витрати палива, тощо.

Внутрішні критерії - показники, які характеризують властивості оброблювальних та конструкційних матеріалів, складальних одиниць, тобто забезпечують значення зовнішніх критеріїв.

Вибір критеріїв для аналізу залежить від призначення машини. Критерії залежать від факторів - зміних величин, що впливають на процес, який вивчається. Фактори можуть бути найрізноманітніші, вони повинні суттєво впливати на оптимізований параметр.

Фактори можна згрупувати так:

а) конструктивні (конструктивне вирішення робочих органів і машин, геометричні розміри, якість технічної документації);

б) виробничо - технологічні (технологія виготовлення, характеристика обладнання);

в) експлуатаційні (режим роботи, характеристика оточуючого середовища та оброблюваних матеріалів, рівня технічного обслуговування, умови зберігання машини);

г) організаційні (кваліфікація обслуговуючого персоналу, організація робіт при виконанні процесу та перевірки якості виконання робіт).

Параметри оптимізації знаходять дослідним шляхом після обробки експериментальних даних або ж теоретично.

При плануванні експерименту важливо визначити параметр, який потрібно оптимізувати. Для цього ціль дослідження повинна бути сформульована чітко і допускати кількісну оцінку. Характеристика мети задана кількісно називається параметром оптимізації. Таким чином, параметр оптимізації є реакцією (відгуком) на вплив факторів, які визначають поводження обраної системи. Реакція об'єкта багатогранна і багатоаспектна. Метою дослідження вибирають аспект, який представляє найбільший інтерес. Вибір оптимального рішення або порівняння двох альтернативних рішень проводиться за допомогою деякої залежної величини (функції), визначеної проектними параметрами. Ця величина називається цільовою функцією (або критерієм якості).

Задача оптимізації зводиться до відшукування таких значень параметрів, при яких цільова функція досягає максимуму або мінімуму. Для однозначності загальних міркувань вважається оптимальним максимальне значення виходу.

Задачі оптимізації

Безумовні задачі оптимізації полягають у відшуканні максимуму або мінімуму дійсної функції від n дійсних змінних і визначення відповідних значень аргументів.

Умовні задачі оптимізації, або задачі з обмеженнями, -- це такі, при формулюванні яких задаються деякі умови (обмеження) на безліч.

Залежно від об'єкта і мети дослідження параметри оптимізації є дуже різноманітними. Щоб орієнтуватися в цьому різноманітті, вводять деяку класифікацію. Дана класифікація не є повна і детальна вона відображає умовну схему, яка включає ряд практично важливих випадків. Основна мета даної класифікації - це допомога експериментаторові орієнтуватися в реальних ситуаціях. Реальні ситуації переважно складні. Вони часто вимагають одночасного обліку декількох, іноді дуже багатьох, параметрів. У принципі кожний об'єкт може характеризуватися відразу всією сукупністю параметрів, наведених на мал. 7, або будь-якою підмножиною із цієї сукупності. Рух до оптимуму можливо, якщо обрано один-єдиний параметр оптимізації. Тоді інші характеристики процесу вже не виступають як параметри оптимізації, а служать обмеженнями.

Мал. 7. Наближена класифікація параметрів оптимізації

2. Історичний розвиток с/г агрегатів пройшов тяжкий шлях, який можна розділити на три основних етапи, якщо за критерій прийняти джерело енергії. Перший етап - застосування ручних знарядь (джерело енергії - людина), другий - машин і знарядь, що діють завдяки енергії запряжних тварин, третій - машин і знарядь, що мають механічний або електричний двигун.

Кожен етап є значним стрибком в підвищені виробництва. Для перших двох етапів характерно використання кількох людей або тварин для приведення в дію однієї машини (знаряддя), а для третього етапу - декілька машин з тягачем.

Після появи машинно-тракторних агрегатів машини з великим питомим опором (плуги, лущильники) почали обладнувати великим числом робочих органів і, як правило, приєднувати до трактора одну машину (без зчіпки). Наприклад, замість одно-двокорпусних плугів виготовляють трьох-, чотирьох- і навіть восьмикорпусні, а не об'єднують їх за допомогою зчіпки.

Це одна з основних рис розвитку с/г техніки - злиття зчіпки з машиною і отримання більш широкозахватної машини. Машини з невеликим питомим опором (зубові борони, культиватори, сівалки і т.д.) поки не вдалося об'єднати в одну машину, й агрегат складають з декількох таких машин, приєднуючи їх до зчіпки, і за її допомогою до трактора.

Перехід від причіпних машин до навісних та напівнавісних може вважатись подальшим значним кроком в розвитку машинно-тракторних агрегатів.

Якщо розглянути схеми сучасних машинно-тракторних агрегатів, то можна помітити, що у відношенні до трактора с/г машини можуть розміщатися самим різними способами: ззаду, спереду, з правого і лівого боків, а також з комбінацією цих способів, коли приєднуються декілька машин.

У деяких випадках трактор роз'єднується на частини і з'єднується до машини з різних боків. Так агрегатується, наприклад, хлопкозбиральна машина з трактором.

Застосування самохідних шасі дозволяє значно збільшити кількість варіантів агрегатування, оскільки з'являється можливість розташувати машини знизу і зверху тягача.

Зустрічаються машини, які можуть переміщатись при роботі відносно тягача (скиртоскидачі, навантажувачі), а також машини, окремі частини яких перебувають у різному положенні відносно тягача, наприклад гербіцидо-аміачна машина ГАН.



Мал. 8. Основні схеми агрегатів

Основні схеми широкозахватних машинно-тракторних агрегатів, складених на базі трактора, наведені на рис. 8.

Питання розрахунку і складання агрегатів достатньо повно викладені в підручниках з експлуатації машинно-тракторного парку. При проектуванні машини важливо знати переваги і недоліки різноманітних типів агрегатів, складених з причіпних, навісних і напівнавісних машин, шляхи їх вдосконалення і методи досягнення максимальної продуктивності.

Схеми основних широкозахватних машинно-тракторних агрегатів:

а і б - ешелонний і шеренговий агрегати на базі причіпної зчіпки; в, г і д - ешелонні агрегати на базі напівнавісної або навісної зчіпки; е - агрегат з однієї широкозахватної машини; ж - агрегат з використанням зчіпки-шасі; з - агрегат, що складається з робочих органів, закріплених на рамі зчіпки (наприклад, ОСК-12); і - агрегат з центрально розташованим бункером; 1 - трактор; 2 - зчіпка; 3 - с/г машина; 4 - додаткова сниця; 5 - зчіпка-шасі; 6 - робочі органи; 7 - бункер; 8 - рама машини

Машинно-тракторні агрегати з причіпними машинами мають такі переваги:

- дозволяють швидко приєднати (від'єднати) трактор;

- вузькозахватні агрегати легко переводяться в транспортне положення;

- за допомогою універсальних зчіпок можна складати широкозахватні високопродуктивні агрегати;

- одна універсальна зчіпка може використовуватися з декількома видами машин (сівалками, культиваторами, катками, та ін);

- машин легко регулюються на задану глибину обробітку і задовільно копіюють рельєф поля;

- тягач виконується у вигляді універсального трактора, який може працювати майже з будь якою с/г машиною.

Основні недоліки цих агрегатів такі:

- велика довжина (більше 9 м у ешелонованого посівного агрегата), що призводить до збільшення ширини поворотних смуг;

- потрібно багато часу для переводу широкозахватного агрегата в транспортне положення;

- ширину захвату агрегата можна змінити, збільшуючи або зменшуючи кількість машин в агрегаті на величину, не меншу за ширину захвату однієї машини.

Навісні агрегати мають наступні переваги:

- агрегат маневрений, складає одне ціле з трактором і не збільшує радіус його повороту;

- іноді покращується оглядовість робочих органів;

- менша маса с/г машин, простота їх будови.

Недоліки навісних агрегатів:

- при роботі з трактором звичайної схеми погіршується розподілення ваги по колесам, що змушує застосовувати на колісних тракторах спеціальні пристрої для довантаження їх коліс;

- неможливо без зчіпки складати широкозахватні агрегати, а зчіпка для них складніша і важча, ніж для причіпних машин;

- широкозахватні навісні агрегати з напівнавісними зчіпками і машинами, що мають свою раму, громіздкі, погано керуються, маса їх в окремих випадках більша, ніж з причіпними машинами;

- потрібно багато часу на з'єднання і роз'єднання машин і трактора.

Напівнавісні агрегати мають наступні переваги:

- маневрені;

- рама машин розвантажується, оскільки є допоміжна опора (колеса);

- частина ваги машини передається на тягач;

- несучі колеса роблять машину зручнішою і безпечнішою при обслуговувані і зберіганні.

Недоліком таких агрегатів є затрати великої кількості часу на з'єднання та від'єднання машини від трактора - майже такі самі, як для навісних машин.

Аналіз розвитку вітчизняних і закордонних машинно-тракторних агрегатів показує, що в наш час намітились такі тенденції покращення їх експлуатаційних показників.

1. Застосування однієї широкозахватної ашини замість декількох (мал. 8, е, ж, з,), наприклад лущильника ЛД-20 до трактора К-700, комплексу ОСК-12, сівалки «Massey-Ferguson» і т.д.

Особливість агрегата за схемою (мал. 8, е) - наявність допоміжної сниці 4, за допомогою якої машина приєднується до трактора в транспортному положенні.

Застосування машин з центрально розташованим бункером і дозатором, що займають частину ширини захвату машини (мал. 8, і). В останньому агрегаті застосований принцип розподілення матеріалу за допомогою повітря, а сівалка не має традиційних робочих органів і механізмів приводу. Недоліки таких агрегатів - невелика ємність насіннєвого ящика і бункера для добрив, незручність навіски їх на трактор, значні витрати часу на переведення у транспортне положення широкозахватного агрегату, складеного за допомогою зчіпки.

3. Застосування зчіпки-шасі (мал. 8, ж), особливістю якої є наявність сниці, встановленій на двох колесах, - свого роду передка, до якого прикріплюються різні робочі органи, змонтованих на рамах типу брусів зчіпки. Такий агрегат значно легше, ніж складений з окремих машин на базі стандартної зчіпки, оскільки в ньому рами, на яких кріпляться робочі органи, служать і брусами зчіпки. Крім того, такий агрегат може легко переводитися у транспортне положення поворотом знарядь відносно передка. За такою схемою поки складають тільки ґрунтообробні агрегати, але вона може бути застосована для посівних і інших агрегатів.

Питання для самоконтролю

1. Які основні етапи розвитку с.-г. агрегатів?

2. Які є схеми основних широкозахватних агрегатів?

3. Переваги і недоліки причіпних агрегатів.

4. Переваги і недоліки навісних агрегатів.

5. Які тенденції покращення експлуатаційних показників агрегатів?

Узгодження параметрів машин і агрегатів

Якщо технологічний процес здійснюється кількома машинами, параметри цих машин повинні бути узгоджені. Критеріїв, за яким узгоджуються параметри машин, може бути багато. Головні з них:

а) у технологічних процесах, де слід забезпечити поточність, наприклад у лініях з приготування кормів, пропускна здатність наступної машини не повинна бути меншої від попередньої:

Qi ? Qi+1 ? Qi+2 ? … ? Qi+n,

де Q - пропускна здатність машини; і - номер операції; n - число операцій; якщо ця умова порушується, то між машинами доводиться ставити додаткове обладнання чи компенсатори (бункери);

б) коли дане питання вирішується для мобільних машин, потрібно виходити з того, що машини повинні працювати на однакових швидкостях;

в) при використанні агрегатів, які обслуговуються транспортними засобами, необхідно узгоджувати місткість машин з вантажопідйомністю транспортних засобів і враховувати час накопичення (витрачання) матеріалу; як правило, місткість бункера повинна відповідати вантажопідйомності транспортного засобу.

Форма сільськогосподарських машин

Створення форми машини є творчою діяльністю людини і одержала назву художнього конструювання чи дизайну.

У сільськогосподарському машинобудуванні можуть бути такі форми: відкриті, коли підкреслюється призначення та особливості конструкції машин; закриті, при яких машина набуває закритого вигляду; змішані, в яких поєднуються відкриті та закриті форми.

Форма машини залежить від особливості робочих процесів і механізмів, що застосовуються, та впливає на їх схоронність при зберіганні.

Основою формоутворення є композиція. В сільськогосподарському машинобудуванні використовуються такі форми композиції:

а) тектоніка, відповідно до якої форма пов'язана з навантаженням несучих конструкцій, стійкістю та іншими характеристиками;

б) композиційна рівновага, коли всі елементи збалансовані між собою;

в) симетрія, відповідно до якої є повторення, відображення лівого в правому, верхнього в нижньому тощо;

г) асиметрія, коли в елементів відсутня вісь симетрії;

д) динамічність, коли форма має активну та односторонню спрямованість;

е) статичність, відповідно до якої форма підкреслює стан спокою, стійкість.

Композиція досягається багатьма факторами: пропорційністю, масштабністю, контрастом та ін.

3. Вплив машин на оточуюче середовище

Використання сільськогосподарських машин покликане полегшити виробництво продуктів харчування для людини і сировини для промисловості, може нанести природі непоправних збитків.

За рахунок механічного впливу на ґрунт і його ущільнення колесами та гусеницями можливе зниження родючості ґрунту. Прагнення до збільшення продуктивності машин за рахунок підвищення потужності енергетичних засобів призвело до різкого збільшення маси машин і тиску їх опор на ґрунт. У той самий час для збереження структури ґрунту тиск опор на нього не повинен перевищувати деякого допустимого значення. Шкідливі для ґрунту також часті проходи агрегатів по тих самих полях. Враховуючи це, в останні роки намагаються створити комбіновані машини з меншою кількістю проходів полем. Необхідно також створювати машини, в яких тиск опор на ґрунт незначний.

Застосування сільськогосподарських машин наносить великий збиток окремим видам фауни і флори. Так, косовиця і жнива шкідливі для тетеруків, перепілок, зайців та інших птахів і звірів. Рухаючись полем, косарки та збиральні машини порівняно часто наїжджають на звірів, птахів та їх потомство. Для надання можливості звірам своєчасно вийти з небезпечної зони машини слід обладнувати спеціальними звуковими, оптичними або іншими пристроями, які могли б завчасно попередити звірів про наближення небезпеки. Необхідно також, щоб у водія агрегата був добрий огляд.

При використанні сільськогосподарської техніки застосовується бензин, дизельне паливо, солідол, добрива, отрутохімікати та інші матеріали, шкідливі для природи і людини.

З викладеного видно, що питання екології стосовно механізації сільського господарства дуже важливі. Конструктор сільськогосподарських машин повинен постійно їх враховувати.

Лекція 6. Загальні поняття про надійність машин

1. Для якісного забезпечення максимальної механізації та автоматизації виробничих процесів у сільськогосподарському виробництві необхідно постійно оновлювати техніку через: модернізацію, надійність і ремонтопридатність машин.

Модернізація (від французького moderne - новий, сучасний) - це зміни в конструкції машини відповідно до нових вимог виробництва. При плануванні випуску сільськогосподарських машин закладається потенціал прогресивності техніки, що застосовується в сільському господарстві. Цей потенціал виражається в роках і характеризується періодом, протягом якого показники будуть відповідати рівню кращих вітчизняних і зарубіжних машин. Конструктори при створенні нової машини повинні так її сконструювати, щоб був резерв удосконалення конструкції шляхом її модернізації. Модернізація здійснюється кілька разів. При цьому необхідно, щоб був забезпечений високий рівень наступності конструкції.

При модернізації треба використовувати досвід передових механізаторів, враховувати наявність ремонтної бази та умови експлуатації машин. Розрахунки, що проводяться при модернізації машин, ведуться в напрямку зміни необхідних показників, при цьому завдання модернізації розглядається як створення квазіподібної конструкції. Розрахунки здійснюються за методами теорії подібності.

Терміни та поняття стосовно надійності застосовуються згідно з спеціальними стандартами. Надійність, як наука, пройшла декілька етепів.

Перший етап (1943-1958 рр.) називають “олівцево-паперовим”. Цей період характеризується накопиченням статистичної інформації про відмови технічних об'єктів, причому подія відмови розглядалась як фатальна неминучість. Перші організації з питань дослідження надійності технічних об'єктів були створені у США.

Другий етап (1958-1968 рр.) характеризується широким експериментуванням з метою виявлення фактичної надійності технічних об'єктів і перегляду концепції про фатальну неминучість відмов.

Третій етап (1968-по тепер. час) характеризується зближенням теорії надійності як математичної науки з технічними дисциплінами, що призвело до її інженерної спрямованості. Встановлено необхідність промислового контролю надійності технічних об'єктів на підприємствах. Найбільш застосовувані терміни:

Надійність - властивість об'єкта виконувати задані функції та зберігати їх у часі.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати роботоздатність протягом певного часу.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати роботоздатність тривалий час до настання граничного стану.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта пристосовуватись до попередження відмов шляхом проведення ремонтів і технічного обслуговування.

Відмова - подія, яка полягає в порушенні роботоздатності об'єкта.

Відновлюваний об'єкт - це об'єкт, ремонтопридатність якого підлягає відновленню.

Ремонтований об'єкт - об'єкт, справність і ремонтопридатність якого підлягає відновленню.

Основні напрямки підвищення надійності машин:

Конструкторський напрямок: при проектуванні особливу увагу слід звертати на локалізацію динамічних навантажень та вібрацій, що виникають при роботі машини, оскільки ці фактори суттєво впливають на інтенсивність спрацювання деталей. Важливо також підбирати матеріали деталей так, щоб спрацьовувались в основному найдешевші та прості деталі. При проектуванні закладаються необхідні характеристики надійності машини.

Технологічний напрямок: особливістю обладнання харчових виробництв є їх експлуатація в умовах підвищеної дії різних видів корозії, тому особливо важливо дотримуватись технології нанесення на поверхню деталей гальванічних, лакофарбових, пластмасових, емалевих та ін.. покриттів. Також знижує надійність обладнання відхилення в технології виготовлення деталей відливанням, обробкою під тиском та зварюванням. Технологічний процес виготовлення обладнання повинен забезпечувати необхідний рівень надійності.

Експлуатаційний напрямок: правильно організований процес експлуатації технологічного обладнання в значній мірі впливає на підвищення надійності, особливо велике значення для обладнання має правильне зберігання та обслуговування сучасними засобами технічної діагностики.

Сільськогосподарські машини є виробами, які ремонтуються. При проектуванні машин і розробці конструкторської документації необхідно прагнути до підвищення рівня їх надійності для забезпечення можливості виконання технологічних операцій сільськогосподарського виробництва в заданий агротехнічний строк. Для підвищення надійності і ремонтопридатності машин використовується наявний досвід конструювання, випробування, експлуатації та ремонту машин і на основі цього розробляються необхідні конструктивно-виробничі, експлуатаційні та ремонтні заходи.

Час відновлення роботоздатності машин повинен бути мінімальним. Для його зменшення потрібно підвищити надійність машин і відповідного конструктивного оформлення.

Роботоздатність машин досягається заходами технічної експлуатації та ремонту. Практикою та досвідом розроблені заходи, спрямовані на підвищення надійності та ремонтопридатності машин:

- для підвищення надійності - вибір матеріалу та форми деталей з урахуванням характеру навантаження і умов роботи; раціональне поєднання матеріалів у парах тертя; добре змащення поверхонь, що труться; оптимальні температурні режими; застосування ефективних ущільнювачів і герметизація з'єднань; віброзахист; підвищення точності та якості виготовлення деталей; зміцнення поверхонь деталей, шляхом нанесення покриттів проти спрацювання та корозії; обкатка машин і складальних одиниць; забезпечення пристосованості машин до навантажування, транспортування і зберігання;

- для забезпечення ремонтопридатності - доступність елементів для регулювання, обслуговування та ремонту; раціональне оформлення місць рознімання і спряження; виконання замінних елементів і застосування регулювань там, де зовнішнє середовище діє найбільш інтенсивно; створення раціональних форм елементів машин, що забезпечують їх відновлення; забезпечення машин запасними частинами і матеріалами; складання необхідної документації на ремонт і експлуатацію машин.

При проектуванні машин, складаючи ремонтні документи, потрібно розробити номенклатуру та норми витрат запасних частин для поточного і капітального ремонтів.

Номенклатура запасних частин входить в систему ЗІП (З - запасні частини, І - інструмент, П - приладдя) - сукупність предметів, які належать машині або є на забезпеченні для технічного обслуговування і ремонту машин.

Вибір номенклатури запасних частин будується на таких вимогах: використання запасних частин повинно бути доступне обслуговуючому персоналу, розбірно-складальні та приганяльні роботи при використанні запасних частин повинні бути нетрудомісткими; заміна несправних частин повинна повністю усувати можливі відмови і відновлювати роботоздатність машин; кількість запасних частин повинна бути технічно й економічно обґрунтована.

Норми витрат запасних частин розробляються конструкторськими організаціями за стандартними методиками. При цьому використовується середньостатистичний метод прогнозування витрат деталей. Норми визначаються за фактичними даними витрат, одержаними в результаті спостереження за машинами-аналогами. Ці норми коригуються з урахуванням можливості відновлення деталей.

2. Зберігання сільськогосподарських машин

Проектуючи машину, конструктор повинен вирішувати також питання її зберігання.

Машини повинні зберігатись в закритих приміщеннях або під накриттям. Допускається зберігання на відкритих обладнаних майданчиках при обов'язковому проведені робіт по конструкції, герметизації та зняттю вузлів і деталей, які потребують складського зберігання.

Машини можуть ставитись на міжзмінне (до 10 діб), короткочасне (від 10 діб до 2-х місяців) і довготривале (більше 2-х місяців) зберігання.

Кожна машина перед зберіганням повинна пройти черговий технічний огляд, пошкоджене пофарбування на деталях повинно бути відновлене шляхом нанесення лакофарбного покриття або захисного мастила. Вузли, які потребують складського зберігання, треба зняти і здати на склад, а болти і гайки для їх кріплення закріпити на своїх місцях. Поверхні робочих органів, наприклад полиць і дисків, деталей передач, штоків циліндрів, нарізних поверхонь повинні бути змащені.

Машини слід ставити на підставки. Всі отвори потрібно закрити кришками, а нижні отвори відкрити, щоб мати можливість злити конденсат. Ланцюги, паси, натяжні пристрої розвантажуються. Ланцюги змащуються, тиск у шинах зменшується до 70…80% нормального.

Одним з головних елементів ремонтно-обслуговуючої бази сільськогосподарського підприємства є машинний двір. Функції машинного двору наступні:

- Зберігання техніки та проведення періодичних видів ТО;

- Доставка нової техніки і налаштування агрегатів;

- Розбирання старої техніки.

Вимоги до машиного двору викладені в ГОСТ 7751-85 "Зберігання машин". Машинний двір повинен бути відокремлений від секторів ТО і ремонту машин. У пояснювальній записці потрібно дати обґрунтування за структурою об'єкта машиного двору і застосовуваному устаткуванню.

Склад машиного двору може включати в себе наступні об'єкти;

1. Майданчик для очищення і зовнішньої мийки повина мати оборотне водопостачання і комплектується ОМ-5361 з витратою холодної води 1м³ / ч або ОМ/226 пароводоструйной очисної машиною.

2. Пост консервації техніки повинен забезпечувати ТО та підготовку машин для зберігання і комплектується установками для підготовки до зберігання ОЗ-18022, пристроєм для консервації ланцюгів ОР-16352 мастильно-заправної станції ОМ-16361, а також інструментом для слюсарних та інших робіт.

3. Стенд для зберігання знімаються складальних одиниць, гумотехнічних і інших виробів і вузлів, обладнується гідропідйомників ОПТ-3964, краном консольним 1-3,2 (3,7) вантажопідйомністю 3,2 т, візки для перевезення вантажів по складу ОПТ-700.

4. Машинний двір має також навіси відкриті і закриті, пристосовані для заїзду великогабаритної техніки, наприклад, зернозбиральних і кормозбиральних комбайнів.

5. Майданчик для регулювання, настройки і комплектування агрегатів повина мати розмітку, нівелювати поверхню, шаблони, обладнання, інструмент для виконання робіт по налаштуванню вузлів МТА.

Відкриті, профільовані з твердим покриттям майданчики передбачають для зберігання плугів, сівалок, культиваторів, борін, зчіпок, лущильників та інших видів сільгоспмашин. Майданчики повинні мати ухил 2-3^о у напрямку водовідвідних каналів. Розмір відкритих площадок визначається кількістю, габаритними розмірами машин, машинний двір обмежується по периметру. Машини розміщують з інтервалом між ними рівним 0,7 м, з міжрядних 6 м. При дворядному розміщенні машин ширина смуги 6 м.

Питання для самоконтролю

1. Як узгоджуються параметри машин і агрегатів?

2. Які є форми композиції?

3. Що таке модернізація машин?

4. Що таке надійність і ремонтопридатність машин?

5. Які є правила зберігання машин?

Тема 4. Розробка документації при проектуванні сільськогосподарських машин

Лекція 7. Стадіії та етапи проектування машин

1. Розробка та постановка сільськогосподарської машини на виробництво в загальному випадку передбачають такі етапи: розробка “Технічного завдання”; розробка технічної та нормативно-технічної документації; виготовлення та випробування дослідних зразків сільгоспмашин; приймання результатів розробки; підготовка й освоєння виробництва.

Окремі з цих етапів (робіт) можна суміщати, а також змінювати їх послідовність та доповнювати іншими роботами залежно від специфіки сільгоспмашини та організації її виробництва.

Конструкторську документацію на сільськогосподарську машину розробляють за правилами, встановленими стандартами ЄСКД, якими передбачаються відповідні стадії проектування.

Процес створення конструкторської документації поділяють на певні стадії робіт для забезпечення послідовного наближення розробки до вимог замовника і можливості здійснення контролю за виконанням цих робіт.

Стандарти ЄСКД передбачають такі стадії розробки конструкції нової машини:

“Технічне завдання” (ТЗ) на розробку;

“Технічна пропозиція”,

“Ескізний проект”;

“Технічний проект”;

Розробка робочої конструкторської документації для дослідного зразка (дослідної партії) і серійного виробництва.

Виконання всіх перерахованих стадій не завжди є необхідним. Тому обов'язкові стадії проектування обумовлюються замовником і розробником у “технічному завданні”. Крім того, на розсуд розробника допускається суміщати або не проводити окремі види робіт різних стадій, які передбачені стандартом.

Вихідними документом для початку розробки нової сільгоспмашини є “Технічне завдання” - компромісний документ між спеціалістами сільськогосподарського виробництва (замовником) і спеціалістами-машинобудівниками (виконавцем) з виконання вихідних вимог, враховуючи конкретні умови виробництва техніки, яка замовляється, її ціну та ін. “Технічне завдання” повинно вміщувати техніко-економічні вимоги до сільгоспмашини, які визначають її споживчі властивості та ефективність використання, перелік документів, що потребують спільного розгляду, порядок здачі та приймання результатів розробки.

У “Технічному завданні” вказують:

- призначення машини;

- область використання;

- стадії розробки конструкторської документації, її склад, строки виконання, а також вихідні або інші особливі вимоги, обумовлені специфікою самої машини чи умовами її експлуатації.

Як правило, “Технічне завдання” складають на основі аналізу результатів попередніх досліджень (табл. 1).

Таблиця 1. Порядок побудови, виклад та оформлення «Технічного завдання»

Основні розділи	Приблизний перелік питань, що розглядаються
Найменування та область використання виробу	Найменування й умовне позначення виробу (сільгоспмашини). Коротка характеристика області використання виробу. Його загальна характеристика
Основа для розробки	Повне найменування документа, на основі якого розробляється виріб; організація, яка затвердила цей документ та дата його затвердження
Ціль та призначення розробки	Експлуатаційне й функціональне призначення і перспективність виробу
Джерела розробки	Перелік науково-дослідних та інших робіт. Перелік експериментальних зразків або макетів
Технічні вимоги	Склад виробу та вимоги до його конструктивного виконання. Вимоги до надійності, технологічності, рівня уніфікації й стандартизації, техніки безпеки. Естетичні та організаційні вимоги, вимоги до патентної чистоти, складових часток виробу, сировини, вихідних і експлуатаційних матеріалів. Умови експлуатації. Додаткові вимоги. Вимоги до маркування та пакування, транспортування й зберігання. Спеціальні вимоги
Економічні показники	Орієнтовна економічна ефективність та термін окупності витрат. Лімітна ціна. Передбачувана річна потреба у виробі. Економічні переваги розроблюваного виробу порівняно з аналогами
Стадії та етапи розробки	Стадії розробки, етапи робіт і строки їх виконання (строки, які наведені у «ТЗ» є орієнтовними)
Порядок контролю і приймання	Перелік конструкторських документів, які підлягають узгодженню та затвердженню, і перелік організацій, з якими треба узгодити документи. Загальні вимоги до приймання робіт на стадіях розробки; кількість дослідних зразків виробу, що виготовляється
Додаток до «Технічного завдання»	Перелік науково-дослідних та інших робіт,які обґрунтовують необхідність проведення розробки, Креслення, схеми, опис, обґрунтування, розрахунки та інші документи, які повинні бути використані під час розробки. Перелік зацікавлених організацій, з якими узгоджують конкретні технічні рішення під час розробки виробу. Перелік нового технологічного устаткування, яке необхідне для випуску нового виробу

Конкретний зміст «Технічного завдання» визначають замовник та розробник, а при ініціативній розробці - розробник. «Технічне завдання» розробляють і затверджують у порядку, встановленому замовником та розробником. До розробки «Технічного завдання» можуть залучатись інші зацікавлені організації (підприємства): виробник, головна організація по даному виду сільгоспмашин, зовнішньо-торгівельна організація, організація-проектувальник та ін. Як «Технічне завдання» допускається також використовувати будь-який документ (контракт, протокол, ескіз та ін.), який вміщує необхідні і достатні вимоги для розробки та визнаний замовником і розробником, а також зразок сільгоспмашини, призначеної для відтворення. При згоді замовника та розробника в «Технічне завдання» можуть бути внесенні зміни і доповнення.

Вихідні (агротехнічні) вимоги - це документ, складений спеціалістами сільськогосподарського виробництва з питання наближення до оптимальних природних умов стану оброблюваного середовища при механічних впливах на нього сільськогосподарським и машинами з мінімально допустимими матеріальними витратами, тобто не спеціальні вимоги до сільськогосподарських машин щодо якості вирощування сільськогосподарських культур з метою забезпечення їх високої врожайності при мінімальних затратах праці й коштів на одиницю продукції. Вихідні вимоги розробляються на визначений (обмежений) строк дії.

Технічну пропозицію розробляють для виявлення додаткових або уточнених вимог для сільгоспмашин (технічні характеристики, показники якості тощо), які не могли бути вказані в «Технічному завданні». Це доцільно робити на основі попередньої конструкторської проробки і аналізу різних варіантів сільгоспмашин. «Технічна пропозиція» є сукупністю конструкторських документів, які вміщують технічні й техніко-економічні обґрунтування доцільності розробки документації сільськогосподарських машин на основі аналізу «Технічного завдання» замовника і різних варіантів можливих конструктивних рішень сільгоспмашин, порівняльної оцінки рішень з урахуванням конструктивних і експлуатаційних особливостей розроблюваних та існуючих конструкцій, а також патентні дослідження.

У загальному випадку розробка «Технічної пропозиції» передбачає проведення таких робіт:

- виявлення варіантів можливих рішень, встановлення особливостей варіантів (принцип дії, розміщення функціональних складових частин тощо), їх конструкторська проробка. Глибина останньої має бути достатньою для порівняльної оцінки варіантів, які розглядаються;

- перевірка варіантів на патентну чистоту і конкурентоспроможність, оформлення заявок на винаходи;

- перевірка відповідності варіантів вимогам техніки безпеки та виробничої санітарії;

- порівняльна оцінка варіантів, які розглядаються;

- вибір оптимального варіанта (варіантів) конструкції сільгоспмашин, обґрунтування вибору.

«Технічна пропозиція» після погодження та затвердження в установленому порядку є основою для розробки конструкції виробу і виконання наступних погоджених стадій робіт.

2. Ескізний проект розробляють для встановлення принципових (конструктивних, схемних та інших) рішень сільгоспмашин, які дають загальне уявлення про принцип роботи і будову виробу, коли це доцільно зробити до розробки «Технічного проекту» або робочої документації. «Ескізний проект» розробляють по самохідних і складних сільськогосподарських машинах. «Ескізний проект» - це сукупність конструкторських документів, які повинні вміщувати принципові конструктивні рішення, що дають загальне уявлення про будову і принцип роботи машини, а також дані, які визначають призначення, основні параметри і габаритні розміри машини, що розробляється.

У загальному випадку при розробці «Ескізного проекту» виконуються такі роботи:

- виконання варіантів можливих рішень, встановлення особливостей варіантів (характеристика варіантів складових частин тощо), їх конструктивна проробка. Глибина такої проробки повинна бути достатньою для порівняння варіантів, які розглядаються;

- попереднє вирішення питань упакування і транспортування сільгоспмашини;

- виготовлення та випробування макетів для перевірки принципів роботи сільгоспмашин і (або) її складових частин;

- розробка і обґрунтування технічних рішень, спрямованих на забезпечення показників надійності, які встановлені «Технічним завданням» і «Технічною пропозицією»;

- оцінка сільгоспмашин на технологічність і метрологічність;

- оцінка сільгоспмашин за показниками стандартизації й уніфікації;

- оцінка виробу щодо його відповідності вимогам ергономіки, технічної естетики;

- перевірка варіантів на патентну чистоту і конкурентоспроможність, оформлення заявок на винахід;

- перевірка відповідності варіантів вимогам техніки безпеки і виробничої санітарії;

- порівняльна оцінка варіантів, що розглядаються;

- вибір оптимального варіанта (варіантів) конструкції машини, обґрунтування вибору, прийняття принципових рішень;

- виявлення на основі прийнятих принципових рішень нових виробів до сільгоспмашини, що розробляється, в тому числі засобів вимірювання і матеріалів, які повинні бути розроблені іншими підприємствами (організаціями), складання технічних вимог до цих виробів і матеріалів;

- складання переліку робіт, які потрібно провести на наступних стадіях розробки в доповнення або уточнення переліку робіт, передбачених “Технічним завданням” і “Технічною пропозицією”;

- проробка основних питань технології виготовлення (при необхідності).

“Ескізний проект” розробляють з метою виявлення кінцевих технічних рішень, які дають повне уявлення про будову розробленого виробу, і вихідні дані для розробки робочої конструкторської документації.

Технічний проект розробляють для виявлення кінцевих технічних рішень, які дають повне уявлення про конструкцію сільгоспмашин, коли це доцільно зробити до розробки робочої документації. Технічний проект” - це сукупність конструкторських документів, які повинні вміщувати кінцеві технічні рішення, що дають повне уявлення про будову машини, яка розробляється, і вихідні дані для розробки робочої конструкторської документації.

У загальному випадку при розробці “Технічного проекту” виконують такі роботи:

- розробка конструкторських рішень сільськогосподарської машини та її основних складових частин;

- виконання необхідних розрахунків, у тому числі тих, які підтверджують техніко-економічні показники, що встановлені “Технічним завданням”;

- виконання необхідних функціональних схем, схем з'єднань та ін.;

- розробка і обґрунтування технічних рішень, які забезпечують показники надійності, встановлені “Технічним завданням” і попередніми стадіями розробки (якщо ці стадії розроблялися);

- аналіз конструкції сільгоспмашин на технологічність з урахуванням відгуків підприємств-виробників щодо забезпечення технологічності в умовах конкретного виробництва;

- розробка, виготовлення та випробування макетів;

- оцінка сільгоспмашини щодо відповідності вимогам ергономіки, технічної естетики;

- оцінка експлуатаційних даних машини (взаємозамінність, зручність обслуговування, ремонтопридатність, стійкість проти впливу зовнішнього середовища, можливості швидкого усунення відмов, контролю якості роботи, забезпеченість засобами контролю технічного стану та ін.);

- кінцеве оформлення заявок на розробку і виготовлення нових виробів для машини, яка розробляється, у тому числі засобів вимірювання і матеріалів, що використовуються в розроблюваній машині;

- проведення заходів щодо забезпечення заданого в “Технічному завданні” рівня стандартизації та уніфікації машини;

- перевірка конструкції сільгоспмашини на патентну чистоту і конкурентоспроможність, оформлення заявок на винаходи;

- виявлення номенклатури покупних виробів, узгодження використання покупних виробів;

- узгодження із замовником або основним споживачем габаритних. Установчих та приєднувальних розмірів;

- оцінка технічного рівня та якості машини;

- розробка креслень складальних одиниць і деталей, якщо це викликано необхідністю прискорення видачі завдання на розробку спеціалізованого обладнання для їх виготовлення;

- перевірка відповідності рішень, які приймаються, вимогам техніки безпеки і виробничої санітарії;

- складання переліку робіт, які треба провести на стадії розробки робочої документації, з метою доповнення та (або) уточнення переліку робіт, передбачених “Технічним завданням”, “Технічною пропозицією” та “Ескізним проектом”.

“Технічний проект” розробляють на складні машини. Після узгодження та затвердження в установленому порядку він є основою для розробки робочої конструкторської документації. Слід зазначити, що на стадіях “Ескізного проекту” та “Технічного проекту” не повторюють роботи, проведені на попередніх стадіях, якщо вони не можуть дати додаткових даних. У цьому випадку результати раніше виконаних робіт відображають у пояснювальній записці.

...