Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 15
1.1.Методы проведения испытаний сельскохозяйственной техники 15
1.2.Методы оценки эффективности работы и адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 17
1.3. Критерии оценки эффективности и адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 28
1.4.Методы и критерии оптимизации эксплуатационных параметров и режимов работы 32
1.5.Постановка вопроса и задачи исследований 36
2. Теоретические предпосылки оценки адаптивности сельскохозяйственных агрегатов к зональным условиям 40
2.1. Общая схема проведения исследований по оценке адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 40
2.2.Методы обоснования структуры показателей оценки адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 41
2.3. Построение системного критерия оценки зональной адаптивности агрегата 50
2.4. Принятие решения по результатам испытаний сельскохозяйственных агрегатов 62
2.5.Методы оценки уровня оптимальности регулируемого контура сельскохозяйственных агрегатов 63
3. Оценка качества функционирования и адаптивности картофелеуборочного агрегата к условиям северо-западной зоны 71
3.1.Обоснование объекта исследований 71
3.2.Цель и программа исследований 71
3.3 .Формирование информационной модели функционирования картофелеуборочного агрегата 72
3.4. Методика проведения экспериментальных исследований 83
3.5.Оценка точности результатов экспериментальных исследований 88
3.6. Анализ первичных показателей функционирования картофелеуборочных агрегатов 89
3.7.Расчет значений обобщенного критерия эффективности 100
3.8.Оценка адаптации картофелеуборочного агрегата с комбайном Е-686 101
3.9.Построение математических моделей функционирования картофелеуборочного агрегата 107
3.10. Принятие решения по результатам испытаний картофелеуборочного агрегата Е-686 114
4. Внедрение и эффективность использования результатов исследований 116
4.1.Основные положения методики оценки адаптивности сельскохозяйственных агрегатов к зональным условиям 116
4.2. Обоснование оптимальных регулируемых режимов и параметров работы картофелеуборочного агрегата при использовании в хозяйствах 118
4.3. Рекомендации заводу изготовителю по усовершенствованию регулируемого контура 121
5. Экономическая эффективность результатов исследования 125
5.1 .Экономическая эффективность внедрения методики оценки адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 125
5.2.Экономическая эффективность повышения адаптивности сельскохозяйственных агрегатов 127
Общие выводы и рекомендации 132
Литература 139
Приложения 154
- Критерии оценки эффективности и адаптивности сельскохозяйственных агрегатов
- Анализ первичных показателей функционирования картофелеуборочных агрегатов
- Обоснование оптимальных регулируемых режимов и параметров работы картофелеуборочного агрегата при использовании в хозяйствах
- Рекомендации заводу изготовителю по усовершенствованию регулируемого контура
Критерии оценки эффективности и адаптивности сельскохозяйственных агрегатов
Качество функционирования машин и их адаптивность должны быть оценены научно обоснованной системой показателей, которая необходима для проектирования и разработки перспективного производства машин научно-исследовательским и конструкторским организациям, предприятиям производящим высокоэффективную технику, отвечающую требованиям конкретных товаропроизводителей сельскохозяйственной продукции в условиях хозяйства.
Система показателей должна позволять устанавливать оптимальные типоразмеры и модели выпускаемых машин, определять эффективность и качество. производимых.и используемых машин. Разрабатывая техническую документацию на новые машины, необходимо проанализировать каждый показатель для выявления резервов повышения общей эффективности.
При определении эффективности и адаптивности машин должны учитываться интересы производителей и потребителей, а также технические и экономические показатели. Технико-экономические показатели связаны в единую систему. Такая система позволяет производственникам глубже анализировать особенности конструкции, найти оптимальный вариант; экономистам - выявить общий экономический эффект от производства и применения машин, изучить и установить весомость каждого показателя [87].
Предложенный в [61] критерий на основе принципа адекватного соотношения на равновеликие затраты труда и средств в сферах производства и использования техники не учитывает реальные процессы, происходящие при работе конкретного агрегата в реальных условиях эксплуатации.
Дальнейшим развитием известных и широко применяемых на практике технико-экономических критериев (производительности, трудовых и приведенных затрат, а также эффективности труда) в сторону снижения иерархического уровня, вплоть до безразмерно нулевого, являются обобщенные критерии ресурсоемкости, интенсивности ресурсовложений и индексы роста производительности относительно их собственного роста. Эти критерии позволяют определить за счет чего достигнуто увеличение производительности машин: за счет улучшения обобщенных качественных показателей конструкции (интенсивный фактор), или масштабного увеличения мощности, габаритных размеров и массы (экстенсивный фактор), который скрыт новой компоновкой, непривычными формами машины.
В работе Коршунова А.П. [49] проведены исследования некоторых экономических критериев оценки сельскохозяйственной техники. Известно несколько экономических критериев: приведенные затраты [89], общая прибыль производства (разность между ценой и себестоимостью реализованной товарной продукции), общая рентабельность (отношение балансовой прибыли к среднегодовой стоимости производственных основных фондов и нормируемых оборотных средств), уровень рентабельности (отношение прибыли к себестоимости реализованной продукции), общественно необходимые затраты [97], удельный рост прибыли (прирост на 1 руб. дополнительных капиталовложений) [49].
Исследование методов экономической оценки и коэффициента готовности отражено в работе Самойленко Е.М. и др. [90]. Существующие методы оценки надежности экономическими показателями частично решают вопрос учета в экономическом критерии всех негативных последствий, связанных с низким уровнем коэффициента готовности сельскохозяйственной техники в сфере её применения. В то же время в экономическом эффекте не находят своего отражения такие показатели, как дополнительные вложения капитальных средств, направляемых на укрепление материальной базы.
Экономические критерии не позволяют определить эффективность техники при изменении сортности продукции; в условиях рынка, цена меняется неуправляемо, поэтому приведенные затраты утрачивают роль критерия, не учитывают фондоотдачу вложенных средств и неполно характеризует экономическую роль техники. Экономические критерии оценки сельскохозяйственного агрегата являются одностороними, они не учитывают реальные процессы, происходящие при работе агрегатов в условиях хозяйств, отсутствует системное представление объекта, т.е. не учитывают состояние условий среды, эксплуатационные свойства агрегатов, функциональный уровень операторов.
Для обеспечения высокой достоверности оценки показателей качества, построения критериев эффективности и принятия решений испытания сельскохозяйственной техники должны проводиться с достаточным охватом характерных и экстремальных зональных условий, как при реальной эксплуатации, так и при моделировании требуемых условий.
Надежные комплексы машин невозможно создавать без учета условий работы агрегата. Адаптация машинной технологии к местным природно-производственным условиям требует дополнительных затрат, окупаемость которых возможна только при высокой её эффективности, либо замены на более экономичные технологические процессы или интенсификации.
Адаптация элементов агротехнологии к местным условиям, возможна за счет следующих мероприятий:
- адаптация приема за счет: смены рабочих органов или отдельных приспособлений к ним; изменения регулировок рабочих органов; автоматического изменения параметров и режимов работы рабочих органов;
- адаптация операции за счет: смены узлов агрегата или установки дополни-: тельного оборудования; автоматического изменения параметров и режимов работы агрегата;
- адаптация способа за счет: агрегатов в операциях; замены операций или их совмещения;
- адаптация технологических процессов;
- адаптация производственных процессов.
Адаптация агрегатов к конкретным условиям, как видно из выше изложенного, является важнейшей составной частью адаптированной агротехнологии. Оценка адаптивности МТА к условиям зоны, несмотря на достаточно активное обсуждение в литературе [15, 31, 50,66, 80, 92], исследована недостаточно.
В работе Пасечной Л.Д. [76] предложена математическая модель подбора технологических комплексов машин с учетом переменных условий внешней среды. Доказана необходимость учета условий работы агрегатов для рационального подбора технологических комплексов машин и достоверного; обоснования оптимального состава машинно-тракторного парка [65, 32]. При формировании зональной СТиМ для оценки эффективности работы агрегата используются такие критерии, как минимум затрат труда, минимум затрат энергии, минимум расхода металла, минимум расхода горюче-смазочных материалов. В работе [31] предложен критерий-минимум дифференциальных затрат, позволяющий учесть не только приведенные затраты, но и дефицит трудовых ресурсов села и сельскохозяйственной продукции. Таким образом, перечисленные критерии не в полной мере удовлетворяют требованиям эффективности и универсальности, не отражают количество и качество получаемой продукции, затраты труда и другие эксплуатационные свойства сельскохозяйственных агрегатов. Также общим недостатком является отсутствие системного подхода при построении критериев адаптивности и эффективности.
Анализ первичных показателей функционирования картофелеуборочных агрегатов
Для анализа процесса функционирования картофелеуборочных агрегатов воспользуемся методами корреляционного анализа. Связь между признаками может иметь линейный или нелинейный характер. Эффективность применения метода корреляции во многом зависит от того, насколько правильно будет установлена форма связи между признаками и в соответствии с этим подобрано математическое уравнение, выражающее эту связь. Решение вопроса о форме связи между признаками, может опираться на знание теории вопроса, на логический анализ, на предыдущие исследования, на данные статистических группировок.
Определенную ориентировку в определении формы связи между парами изучаемых признаков дает построение таблиц распределения численностей по двум признакам, или, как их еще называют, таблиц сопряженности - корреляционных таблиц [79].
Результаты корреляционного анализа первичных показателей функционирования картофелеуборочного комбайна представлены в таблице 3.9 (стр. 97).
При уровне вероятности Р=0,05, табличное значение коэффициента корреляции - гху=0,40, если полученные нами коэффициенты корреляции больше табличного, то связь между показателями считается значимой.
Большинство регулировок агрегата находятся в тесной взаимосвязи с показателями среды. Рабочая скорость агрегата связана обратной корреляционной зависимостью со средней твердостью (г= -0,51), с увеличением твердости почвы снижается рабочая скорость агрегата. Нами получена линейная зависимость, отражающая данную взаимосвязь (при табличном F(0,95, 1, 22) =4,30, получен F(l,22) = 7,77). В нашем примере коэффициент детерминации рабочей скорости агрегата с твердостью почвы равен (-0,51) 100 = 26 %, таким образом, вариация рабочей скорости агрегата на 26 % зависит от твердости почвы.
Из полученного уравнения видно, что с увеличением твердости на 0,1 МПа, рабочая скорость уменьшается на 0,15 км/ч (рис.3.3).
Построим поверхность, отражающую зависимость рабочей скорости от твердости и влажности почвы рис.3.4.
Модель адекватна (при табличном F(0,95, 2, 21) =3,47, получен F(l,22) = 6,69). Данная зависимость на 39 % описывает влияние приведенных показателей на скорость движения агрегата, что на 13 % вьппе, чем при рассмотрении взаимовлияния твердости почвы и скорости движения агрегата.
Между показателями глубина хода лемеха и количество растительной массы наблюдается высокая корреляция (г=-0,57), однако данная связь относится к ложной корреляции [115].
Амплитуда встряхивания второго встряхивателя находится в прямой корреляционной зависимости с влажностью почвы (г=0,49) и фактическим урожаем клубней (г=-0,42). На рис.3.5 приведена поверхность, отражающая взаимосвязь таких факторов как: амплитуда встряхивания второго встряхивателя, влажность почвы и фактический урожай клубней. Уравнение, описывающее поверхность с характеризует процесс на 54 %, что является высоким показателем для линейных математических моделей такого уровня.
Для показателя - давление в комкодавителях, не удалось получить адекватные математические модели, но при этом наблюдается положительная корреляция с температурой почвы.
На рис.3.6 показана зависимость между фактическим урожаем клубней, твердостью почвы и расстоянием между комкодавителями (критерий Фишера F(2,21)=54,8), модель описывает процесс на 84 %.
Из уравнения видно, - коэффициент при показателе твердость почвы равен -13,564, что свидетельствует о значительном влиянии данного фактора на расстояние между комкодавителями.
На угол наклона устройства отделения ботвы значительное влияние оказывает количество растительной массы (г=0,71) и камней (г=0,40). Данная взаимосвязь описывается уравнением рис.3.7 на 51 %, с критерием Фишера F(2,21)=l 1,033.
Приведенные коэффициенты парной корреляции свидетельствуют, что большинство изучаемых показателей достоверно влияют на эффективность работы агрегата.
Один из показателей качества - повреждение клубней, находится в прямой корреляционной зависимости с амплитудой встряхивания первого и второго встряхивателя (г = 0,51, 0,56, соответственно), с увеличением амлитуды встряхивания, повреждения увеличиваются. На повреждение клубней также оказывают влияние глубина хода лемеха (0,25), давление в комкодавителях (0,42) и другие регулируемые параметры, однако, между повреждениями клубней и глубиной хода лемеха корреляционная зависимость не высокая - 0,25, а между прочими регулировками еще ниже, что связано со сложностью процесса функционирования агрегата.
В нашем примере коэффициент детерминации повреждения клубней с амплитудами встряхивания первого и второго встряхивателя - 0,552 100 = 30 %, таким образом, вариация повреждения клубней на 30 % зависит от амплитуд встряхивания, что подтверждает большое влияние работы встряхивателей на качество клубней.
Данная модель адекватна, критерий Фишера F(2, 21)=4,93, при табличном значении F(0,95,2, 21)=3,47.
Приведенное уравнение, позволяет оценить уровень повреждения клубней в зависимости от изучаемых параметров, из него видно, что с увеличением амплитуды первого встряхивателя на 1 мм, повреждение клубней увеличивается на 1,87 %, а с увеличением амплитуды встряхивания второго встряхивателя на 1 мм, повреждение клубней увеличивается на 0,9 %.
Режимы и параметры работы, условия среды, в той или иной степени, влияют на показатели качества. Увеличение амплитуды первого и второго встряхивателя увеличивают повреждения рис. 3.8.
Существенное влияние оказывают на потери картофеля такие показатели среды, как: количество растительной массы г=0,47 и температура почвы г=0,36.
На чистоту картофеля в таре существенное влияние оказывает количество растительной массы и темпёрятзфа. Увеличение растительной массы, приводит к увеличению затрат труда (0,53), потерь картофеля (0,47), чистоты картофеля в таре (за счет увеличения регулировки угла наклона отделителя ботвы). Данные зависимости описываются уравнениям (рис.3.9).
Обоснование оптимальных регулируемых режимов и параметров работы картофелеуборочного агрегата при использовании в хозяйствах
Несмотря на низкую адаптацию картофелеуборочного агрегата с комбайном Е-686 к зональным условиям, эффективность агрегата может быть повышена за счет оптимальной настройки регулируемого контура в зависимости от условий, что в свою очередь приведет к повышению уровня адаптивности.
Общий диапазон изменения показателей условий среды, характерных при уборке картофеля, разбиваем на интервалы. Интервалы принимаем близкими к равномерным (в таблице 4.2 приведены интервалы всех показателей условий среды).
При исследовании отклика эффективности работы картофелеуборочного агрегата нами приняты следующие допущения:
- количество растительной массы принимаем, исходя из требований, предъявляемых к современным технологиям выращивания картофеля, которые предполагают полное отсутствие растительной массы. Однако, при уборке картофеля, на поле находятся ботва и прочие растительные остатки; в соответствии с "Альбомом статистических характеристик условий испытаний машин", количество растительной массы принимаем равным Pi=3,93, что является средне статистическим значением для картофельных полей в период уборки;
- количество клубней от 50 до 80 грамм, принимаем равным среднему значению, характерному для Северо-Западной зоны - Р9=27,02;
- количество камней - Рі4=15,65, что также является средним значением для зоны, кроме этого, на комбайне, заводом изготовителем предусмотрена постоянная регулировка отделения камней - до 25 т/га;
- температуру разбиваем на два интервала.
При дальнейших исследованиях подставим в полученные математические модели последовательно все сочетания характеристик принятых интервалов показателей условий; по алгоритму, приведенному в главе 2.4, осуществим оптимизацию параметров и режимов работы СХА.
В приложении 12 приведены оптимальные параметры и режимы работы картофелеуборочного агрегата с комбайном Е-686 в условиях Северо-западной зоны.
Настройку комбайна необходимо начинать с определения фактических значений показателей условий работы - урожайности, влажности, твердости, температуры и глубины хода лемеха. Показатели условий работы комбайна Е-686 при эксплуатации в хозяйствах рекомендуется измерять по следующей методике [130].
Глубина хода лемеха настраивается в зависимости от глубины залегания нижнего клубня + 2 см, при этом должны отсутствовать клубни с повреждениями; глубина залегания нижнего клубня определяется в 3-х кратной повторносте, как расстояние от нижнего обреза рейки, положенной на гребень, до нижней точки наиболее глубоко расположенного клубня.
Урожай клубней определяется также в 3-х кратной повторносте путем взвешивания одного бункера на пункте сортировки и замера площади участка, с которого произведена уборка.
Твердость почвы: 0,28...0,57 мПа- оптимальная твердость (характеризуется легким разрушением комков), 0,57...0,86 мПа - средняя твердость (характеризуется частичным разрушением комков), 0,86... 1,15 мПа — повышенная твердость (характеризуется большой стойкостью к разрушению).
Влажность почвы: 13... 19 % - низкая влажность (характеризуется недостаточной сепарируемостью из-за наличия комков), 19...24 % - оптимальная влажность (характеризуется хорошей сепарируемостью), 24...31 % - повышенная влажность (характеризуется недостаточной сепарируемостью почвы из-за залипання рабочих органов.
Температура почвы на глубине залегания клубней разбивается на два интервала: 3...7,5 С - низкая температура (характеризуется легкостью нанесения повреждения клубням картофеля частями картофелеуборочного комбайна), 7,5... 12 С - оптимальная температура.
Рекомендуемые значения регулируемых параметров рабочих органов и скорость движения комбайна устанавливается в соответствии со значениями, приведенными в приложении 12,
Контроль за фактическими значениями показателей условий и измерение настройки комбайна производится периодически в течение рабочей смены при изменении показателей условий по сравнению с предыдущей настройкой, или при переезде с одного участка на другой.
Рекомендации заводу изготовителю по усовершенствованию регулируемого контура
Проведем исследования регулируемого контура картофелеуборочного комбайна. Из полученных оптимальных режимов и параметров работы построим частотные гистограммы распределения. Гистограмма распределения (рис. 4.2) расстояния между комкодавителями показывает, что частота повторения интервалов на всем множестве условий одинакова (за исключением интервала 2-4 мм), т.е. регулировка расстояние между комкодавителями удовлетворяет зональным условиям и не требует изменения.
Гистограмма распределения скорости движения (рис.4.3) показывает, что скорость движения находится на границе интервала и для увеличения эффективности функционирования комбайна необходимо увеличивать скорость движения.
Гистограмма распределения амплитуды встряхивания первого встряхивателя (рис.4.4) указывает на возможность исключения из регулировки интервала встряхивания 1,5 - 2,5 см и необходимость увеличения данной регулировки до 5 - 5,5 см, так как наиболее встречающийся интервал 4 - 4,5 см.
Гистограмма распределения, амплитуды встряхивания второго встряхивателя (рис. 4.5) в отличие от распределения амплитуды первого встряхивателя распределена по отношению к условиям среды более равномерно и находится внутри интервала, поэтому изменение данной регулировки не требуется.
На рисунке 4.6 изображена гистограмма распределения давления в комокдавителях указывающая на то, что давление в комокдавителях не требует дальнейшего повышения (до 1 атм).Гистограмма распределения угла наклона устройства отделения ботвы (рис. 4.7) говорит о том, что изменения данной регулировки не требуется, т.к. опти-мальные углы находятся в регулируемом интервале.
Таким образом, после исследования оптимальных параметров регулируемого контура, можно сделать следующие выводы:
- в зависимости от условий среды оптимальные значения "угла наклона устройства отделения ботвы", "расстояния между комкодавителями", "давления. в комкодавителях" находятся внутри диапазонов изменения, предусмотренных конструкцией картофелеуборочного комбайна;
- "амплитуда встряхивания первого встряхивателя", "скорость движения" находятся на границе исследованного диапазона.
Для увеличения эффективности работы необходимо увеличить регулировку "амплитуду встряхивания первого встряхивателя" и требуется отделение "амплитуды встряхивания первого встряхивателя" от "амплитуды встряхивания второго встряхивателя", так как существующий механизм встряхиватеяеи не позволяет изменять амплитуду по отдельности. При этом требуется сохранить плавное изменение амплитуды встряхивания.
