Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Состояние машинно-тракторного парка отечественных сельхозтоваропроизводителей 9
1.2. Анализ направлений совершенствования сельскохозяйственных тракторов 22
1.3. Характеристика ресурсосберегающих механизированных технологий и комплексов технических средств растениеводства для условий юга России 35
1.4. Цель и задачи исследований 47
2. Теоретические и методические аспекты обоснования технико-эксплуатационных
1 Параметров машинно-технологических агрегатов 49
2.1. Методика обоснования типоразмерного ряда мобильных энергосредств с бесступенчатой трансмиссией 49
2.2. Аналитический метод определения производительности сельскохозяйственных МТА 63
2.3. Информационное и алгоритмно-программное обеспечение расчета технико-эксплуатационных параметров машинно-технологических агрегатов 76
3. Обоснование параметров и определение потребности в перспективных мта для сельхозтоваропроизводителей юга России 89
3.1. Обоснование технико-эксплуатационных параметров типоразмерного ряда мобильных энергосредств 89
3.2. Определение ширины захвата и производительности машинно-технологических агрегатов на базе типоразмерного ряда МЭС с бесступенчатой трансмиссией 97
3.3. Расчет потребности в перспективных МТА для сельхозпредприятий юга России 110
4. Оценка экономической эффективности перспективных машинных технологий и комплексов технических средств 124
Выводы и предложения 143
Список использованной литературы 147
Приложения 162
- Состояние машинно-тракторного парка отечественных сельхозтоваропроизводителей
- Параметров машинно-технологических агрегатов
- Обоснование технико-эксплуатационных параметров типоразмерного ряда мобильных энергосредств
- Оценка экономической эффективности перспективных машинных технологий и комплексов технических средств
Введение к работе
В настоящее время по уровню энергообеспеченности и энерговооруженности сельскохозяйственное производство России отстает от экономически развитых стран в 3-4 раза. При этом предприятия отечественного АПК функционируют в более тяжелых природно-климатических условиях на фоне затянувшегося экономического кризиса отрасли. Существующий машинно-тракторный парк большинства сельхозпредприятий по своему структурному и количественному составу не отвечает требованиям производства. Фактическое наличие базовых средств механизации полеводства, например, ниже потребностей на 30 и более процентов. Износ техники в большинстве хозяйств страны приближается к 100%; более 80% средств механизации в составе парка; эксплуатируются за пределами сроков амортизации.
Преодолеть сложившееся кризисное состояние системы механизации
сельского хозяйства в короткие сроки, уменьшить, а в перспективе и
ликвидировать отставание в этом направлении от развитых западных стран
возможно только на основе активного и широкого внедрения инновационных
проектов, связанных с использованием новейших разработок в области
создания принципиально новых высокопроизводительных,
ресурсосберегающих машин и механизированных технологий производства сельскохозяйственной продукции.
К числу наиболее перспективных разработок данного направления можно > отнести создание мобильных сельскохозяйственных энергосредств с бесступенчатой трансмиссией, сменным колесно-гусеничным движителем И: возможностью передней и задней навески машин и орудий. Теоретическими, и экспериментальными исследованиями последних лет доказана высокая эффективность таких МЭС, обусловленная их лучшими тяговыми возможностями по сравнению с тракторами традиционной конструкции, а
также способностью выполнения ими более широкого круга механизированных работ.
В условиях засушливого земледелия юга России в последние годы все большее признание и распространение приобретают новые энерговлагосберегающие технологии послойной безотвальной обработки почвы, реализуемые с помощью универсальных многооперационных машин и орудий, многие из которых уже серийно выпускаются региональными заводами сельхозмашиностроения.
Важным условием успешного завершения работ в данном направлении: и широкого внедрения новых разработок в производственную практику является обоснование основных технико-эксплуатационных параметров машинно-технологических агрегатов, формируемых на основе перспективных МЭС. Однако существующие теоретические и методические положения по обоснованию оптимальных тяговых и скоростных режимов МТА, их рациональному агрегатированию разрабатывались применительно к тракторам с традиционной механической коробкой передач и не могут эффективно использоваться для обоснования параметров МТА на базе энергомашин с бесступенчатой трансмиссией. Требуют также уточнения и разработки вопросы информационного обеспечения компьютерного" моделирования новых механизированных технологий и комплексов технических средств для их реализации;
Изложенное определило цель настоящих исследований — уточнение и разработка теоретических и методических положений по обоснованию технико-эксплуатационных параметров перспективных машинно-технологических агрегатов для снижения ресурсоемкости выполнения механизированных работ в полеводстве, ускорения - и повышения, эффективности восстановления и обновления технической базы отечественных сельхозтоваропроизводителей.
Объектом исследования являлась система перспективных
ресурсосберегающих машинных технологий и реализующих их комплексов
технических средств для производства продукции полеводства.
Предметом исследований являлись механизмы моделирования теоретических тяговых характеристик мобильных сельскохозяйственных энергомашин с бесступенчатой трансмиссией и основанные на них принципы рационального формирования машинно-технологических агрегатов.
Методологической и теоретической основой исследований послужили труды И.П. Ксеневича, Н.В. Краснощекова, Э.И. Липковича, Г.Г. Маслова, Н.М1 Антышева, Л.Е. Агеева, Л.И. Гром-Мазничевского, Д.М. Чудакова, В.Б. Рыкова и других ученых в области разработки и обоснования новых сельскохозяйственных тракторов, машинно-тракторных агрегатов и механизированных технологий производства сельскохозяйственной продукции, а также А.Н. Каштанова,.А.А. Жученко,.В.И. Кирюшина, Н.Н. Бородина, И.Г. Калиненко и др. по вопросам разработки систем адаптивного агроландшафтного земледелия.
В ходе исследований применялись методы системного анализа, исследования операций, экономико-математического и компьютерного моделирования сельскохозяйственных технических систем, математической статистики. В качестве информационной базы исследований выступали труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов в рассматриваемой сфере, отчеты органов государственной; региональной и ведомственной статистики, результаты собственных теоретических расчетов и компьютерных экспериментов.
Научная і новизна исследований заключается ; в разработке и обосновании:
— аналитического метода построения типоразмерного ряда МЭС с
*'' бесступенчатой трансмиссией, основанного на определении граничных
тяговых усилий смежных членов ряда по их теоретическим тяговым характеристикам;
- методики расчета ширины захвата, оптимальных скоростных и
тяговых режимов машинно-технологических агрегатов с помощью решения
систем уравнений теоретических тяговых: характеристик МЭС и
сопротивлений агрегатируемых с ними машин и орудий;
системы информационного и алгоритмно-программного обеспечения для компьютерного формирования МТА и расчета их технико-эксплуатационных параметров;
оптимальных скоростных и тяговых характеристик типоразмерного ряда мобильных сельскохозяйственных энергомашин с бесступенчатой трансмиссией и рациональных значений ширины захвата формируемых на их базе МТА;
границ эффективного использования проектируемых МЭС различных классов тяги в условиях сельхозпредприятий южных регионов России.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Работа выполнялась в рамках федеральной научной проблемы 12 по заданию 01.03 на 2001-2005 гг. «Развить фундаментальные положения формирования технической и энергетической базы сельскохозяйственного производства с учетом зональных особенностей южных регионов России». Теоретические и методические положения диссертации могут быть использованы научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями АПК при разработке и создании новых средств механизации полеводства. Система информационно-компьютерного обеспечения* используется в настоящее: время: при проектировании и оценке эффективности сельскохозяйственных технических систем и может применяться также в учебном процессе при подготовке специалистов; сельского хозяйства инженерного профиля. Полученные в результате исследований технико-эксплуатационные характеристики машинно-технологических агрегатов использованы специалистами заводов-изготовителей юга России при доработке и постановке на производство комбинированных многооперационных почвообрабатывающих машин.
8 Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и одобрены на совещаниях ведущих специалистов Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области в 2003 году; на ежегодных научно-технических конференциях ВНИПТИМЭСХ в 1990-2003 гг. (г. Зерноград). Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах общим объемом 2,5 п.л., в том числе 4 публикации в центральных журналах «Механизация и электрификация сельского хозяйства» и «Тракторы и сельскохозяйственные машины». Получены четыре авторских свидетельства Роспатента о регистрации разработанных с участием автора баз данных и компьютерных программ. Основные положения, выносимые на защиту:
- обоснованный типоразмерный ряд мобильных сельскохозяйственных
энергомашин с бесступенчатой трансмиссией;
- методика и результаты расчета технико-эксплуатационных
параметров машинно-технологических агрегатов на базе перспективных
МЭС;
- система информационного и компьютерного обеспечения расчета
характеристик МТА;
- результаты расчетов по определению потребности в новых средствах
механизации сельхозтоваропроизводителей южных регионов России;
- результаты оценки экономической эффективности перспективных
средств механизации полеводства.
Состояние машинно-тракторного парка отечественных сельхозтоваропроизводителей
За годы реформирования АПК его технический потенциал претерпел значительные изменения, главным образом в. негативную сторону.. Износ основных фондов превысил их восстановление более чем в 10 раз. К 2000 году в сельском хозяйстве России осталось менее трети от былого (1990 г.) технического потенциала. В результате нерационально используется основное богатство страны - земля. Сроки проведения большинства агроприемов превышают оптимальные в 3-5 раз. Нехватка тракторов, комбайнов, плугов и сеялок, ГСМ и механизаторов в 2000 г. по сравнению с 1990 г. привела к сокращению подъема зяби на 26,3 млн. га, или в 2,1 раза, посева озимых культур, соответственно, на 7,9 млн. га, или в 1,7 раза. Только по этой причине недобор зерна по стране составляет примерно 20-25 млн. тонн или треть урожая /1/.
В настоящее время в Российской Федерации идет активный процесс деиндустриализации сельскохозяйственного производства, особенно в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении. При этом в аграрном секторе экономики нашей страны происходит резкое снижение уровня механизации. В результате оказалась практически полностью разрушенной материально-техническая база сельхоз товаропроизводителей, которая в значительной мере определяет развитие сельскохозяйственного производства; По данным Госкомстата России, в 90-е годы существенно снизилась обеспеченность сельскохозяйственных товаропроизводителей техническими средствами (табл. 1.1.). Так, в 1990 году на 1000 га пашни приходилось 10,6 трактора, а в 1999-7,1. Обеспеченность зерноуборочными комбайнами на 1000 га зерновых по этим годам составила соответственно 6,6 и 5,1 шт. За последние 15 лет парк тракторов сократился на 44,2%, зерноуборочных комбайнов — на 61,6%, картофелеуборочных комбайнов - на 75%, кормоуборочных комбайнов - на 61%, свеклоуборочных машин - на 53,7%. Пополнение машинно-тракторного парка в целом по Российской Федерации составляет менее 1% в год, а выбытие техники - 6-10% ежегодно.
Только за 2001г. машинно-тракторный парк агропредприятий сократился на 26 тыс. плугов, 9 тыс. культиваторов, 23 тыс. сеялок. В 2001 году для выполнения сельскохозяйственных работ в оптимальные агротехнические сроки недоставало более 600 тыс. тракторов, 420 тыс. плугов, 170 тыс. культиваторов, 150 тыс. сеялок и 160 тыс. зерноуборочных комбайнов. При этом обеспеченность сельхозтоваропроизводителей основными видами техники составляла: по тракторам - 53%, плугам - 37%, культиваторам - 60%, сеялкам - 63%, зерноуборочным комбайнам - 54%, что на 2-5% ниже, чем в 2000 году.
Нагрузка на технику (в расчете на одну машину) в 2001 году возросла: по тракторам - до 139 га при нормативе 73 га, по зерноуборочным комбайнам - до 244 га при нормативе 131 га 121.
При сложившихся в 90-е годы новых экономических отношениях произошло резкое снижение покупательной способности сельских, товаропроизводителей, вследствие чего многократно сократились закупки сельскохозяйственной техники агропредприятиями.. Приобретение тракторов в период с 1990 по 2001 год сократилось почти в 12 раз, зерноуборочных комбайнов - в 5 раз, кормоуборочных комбайнов - в 7 раз (табл. 1.2) Таблица 1.2 Приобретение основных видов техники сельскохозяйственными предприятиями (тыс. шт.)
Сложившееся положение усугубляется тем, что 50-70% машинно-тракторного парка выработало свой срок службы и требует повышенных затрат на поддержание его в работоспособном состоянии, что приводит к удорожанию производства сельскохозяйственной продукции (рис. 1.1) /3, 4/.
Средний возраст тракторов в составе машинно-тракторного парка сельских товаропроизводителей составляет 14,1 года, зерноуборочных комбайнов - 12 лет. Из-за этого участились поломки и простои техники. Недостаток запасных частей и ремонтно-эксплуатационных материалов не позволяет своевременно готовить к полевым работам и без того изношенную технику. Ее готовность ежегодно снижается на 3-5% .
Фактическая обеспеченность хозяйств тракторами, зерноуборочными и кормоуборочными комбайнами, комплексами машин для обработки почвы и посева зерновых в настоящее время ниже нормативной в 1,7-2,0 раза, что не позволяет выполнять основные сельскохозяйственные работы в полном объеме и в установленные агротехнические сроки.
Катастрофическое состояние в формировании материально-технической базы в сельскохозяйственном производстве можно проиллюстрировать следующими аналитическими данными.
Удельная насыщенность сельского хозяйства России мобильной энергетикой составляет сейчас всего 0,24 кВт/га, тогда как в США - 4, странах ЕЭС - 3-4, а в Японии -7,5 кВт/га/120/.
Техническая оснащенность растениеводческих отраслей снизилась по сравнению с 1990 г. более чем вдвое. В настоящее время она уступает по этому показателю развитым странам Запада примерно в 5 раз. В целом обеспеченность отраслей основными видами техники составляет сейчас 45-60 % от нормативной потребности.
В последние годы значительно снизился коэффициент обновления сельскохозяйственной техники. Коэффициент обновления уменьшился за годы реформ по тракторам с 10,5 до 1,5%, или в 7 раз, по зерноуборочным комбайнам - с 9,3 до 1,2%, или в 8 раз, по кормоуборочным комбайнам - с 11,2 до 2,7%, или в 4 раза 151. Наличный парк тракторов не соответствует потребностям отрасли ни по количеству, ни по структуре, ни по техническому уровню машин. Около 80% парка тракторов, 84% зерноуборочных комбайнов отслужили 10-15 и более лет. Поэтому многие технологические операции в растениеводстве: выполняются по упрощенным схемам с нарушением агротехники, с высокими затратами ручного труда и большими потерями продукции.
Дефицит техники, особенно уборочной, приводит к срыву и удлинению сроков выполнения работ и, соответственно, к большим потерям продукции. Оптимальные сроки уборки зерновых культур превышаются во многих хозяйствах. Недобор урожая озимой пшеницы на пятый день после оптимального срока уборки составляет 18%, на десятый день - 48%. При урожайности зерна 25 ц/га его потери с 1 гектара составляют соответственно 4 и 12 ц, или 1400 и 4200 руб. (в ценах 2003 г.) В целом по сельскохозяйственным предприятиям Российской Федерации при-увеличении фактических сроков уборки только на четверти посевных площадей озимой пшеницы потери составят примерно 4,9 млн. т. зерна или около 17 млрд. руб. 16, 7, 8, 38, 67/
Одной из главных причин низкой технической обеспеченности агропромышленного комплекса является кризис отечественного сельскохозяйственного машиностроения. В результате реформ большинство заводов-изготовителей сельскохозяйственной техники оказались в крайне трудном финансовом положении, что привело к сокращению объемов производства и поставок средств механизации для села.
Параметров машинно-технологических агрегатов
За. основу построения типажа тракторов у нас в стране принято номинальное тяговое усилие.
Номинальным называют наибольшее тяговое усилие, развиваемое на низшей рабочей передаче, которое позволяет трактору работать на стерне средней плотности и нормальной влажности почвы (от 8 до 18%) в зоне максимального значения тягового КПД при эксплуатационной массе, предусмотренной технической характеристикой при предельном буксовании.
Выбор тягового усилия в качестве основного параметра при формировании типоразмерного ряда энергетических средств дает то преимущество, что классы тяги (типоразмерный ряд) остаются стабильными независимо от изменения других параметров трактора (мощности двигателя, номинальной скорости движения и т.д.) /101/.
Так, в класс тяги 3 тс входят тракторы ДТ-75М (70 кВт), ДТ-175С (125 кВт), Т-150 (120 кВт) и др. Однако, несмотря на такие значительные изменения, классификация по тяговому усилию обеспечивает преемственность по агрегатированию с машинами равной ширины захвата для каждого типоразмера энергетических средств. Это позволяет сохранять производственную преемственность при создании сельскохозяйственных машин и агрегатов и, в первую очередь, почвообрабатывающих и посевных машин.
В условиях сельскохозяйственного производства для перекрытия всего диапазона тяговых сопротивлений необходимы энергетические средства различных тяговых классов, каждому из которых отводится своя тяговая зона, в которой работа выполняется с наиболее высоким значением тягового КПД /101/.
В хозяйственных условиях тракторы выполняют различные по тяговой нагрузке работы. Легкие работы способны выполнить тракторы малого размера, для тяжелых по тяге работ требуются более тяжелые тракторы. Одни и те же работы могут выполняться различными тракторами. Так, в малом фермерском хозяйстве вспашку почвы экономически выгоднее производить легким трактором, что требует значительно меньших затрат, чем при использовании здесь более тяжелых тракторов. При увеличении объемов работ улучшается использование более тяжелых тракторов. При изменении объемов выполняемых работ необходимо менять тяговый класс МЭС, что позволит улучшить экономические показатели работы МТП /27/. Диапазон тяговых усилий в сельскохозяйственном производстве вытекает из сложившегося комплекса сельхозмашин и может изменяться от 4 до 150 кН; При этом в общем диапазоне тяговых усилий не должно оставаться участков,, не перекрытых частными диапазонами типоразмеров, так как на неперекрытых участках нельзя эффективно использовать ни один типоразмер ряда.
Отсюда возникает задача определения экономически оптимальной плотности ряда энергомашин 794/, так как излишне плотный ряд дает много типоразмеров энергетических средств, что ведет к снижению эффективности из-за многомарочности машин. В то же время разреженный ряд не обеспечивает перекрытия всех возможных производственных условий; что также ведет в, конечном итоге к снижению эффективности из-за вынужденного использования имеющихся энергетических средств в составе МТА в зонах низких значений тягового КПД.
Обоснованию параметрических рядов сельскохозяйственных тракторов посвящены, работы /99, 100/. Существующие методики обоснования рядов МЭС основываются на применении всевозможных прогрессий. При гиперболическом изменении нагрузки оптимален геометрический ряд, при росте нагрузки по закону прямой применяется арифметический ряд, экспоненциальная форма хорошо согласуется в комбинированном ряду.
Арифметический ряд содержит большее количество членов, чем геометрический ряд, что плохо с точки зрения многомарочности, однако тяговые характеристики тракторов при этом лучше согласуются с загрузкой их сельскохозяйственными машинами. Наибольшую трудность при использовании такого методического подхода представляет выбор оптимального шага прогрессии. Существующая методика расчета типоразмерных рядов тракторов с помощью геометрических рядов в общем виде сводится к следующему /113/.
Обоснование технико-эксплуатационных параметров типоразмерного ряда мобильных энергосредств
Методика обоснования типоразмерного ряда мобильных сельскохозяйственных энергосредств с бесступенчатой трансмиссией основана на совместном решении уравнений тяговых характеристик соседних типажей МЭС в ряду. Поэтому при обосновании их параметров особенно важно корректно определить тяговые характеристики первого члена типоразмерного ряда. Ранее отмечалось, что при обосновании параметров энергомашины минимального тягового класса необходимо учитывать следующие соображения. Проектируемое энергосредство должно " обеспечивать выполнение всего комплекса механизированных работ в небольших крестьянских (фермерских) хозяйствах. Для этого в гусеничном варианте исполнения оно должно позволять выполнение наиболее энергоемкой операции (отвальная вспашка на глубину до 27 см) с четырехкорпусным плугом на минимально допустимой для этой операции скорости в 1,67 м/с (6 км/ч). С колесным движителем это энергосредство должно выполнять комплекс уходных, уборочных и транспортных работ с минимальными удельными эксплуатационными затратами.
Исходя из приведенных выше соображений, класс тяги проектируемого энергосредства определяется тяговым усилием на крюке, обеспечивающим устойчивое движение пахотного агрегата на базе этого МЭС с оговоренной рабочей скоростью. Величина этого тягового усилия определяется удельным сопротивлением плуга, которое, в свою очередь, зависит от удельного сопротивления деформации конкретных типов почв.
Для определения удельного сопротивления плуга на тяжелых южных черноземах нами использовались результаты тяговых испытаний, проведенные в Северо-Кавказской МИС.
Исходные данные для расчета: трактор — Т-150 + плуг ПН-4-35; рабочая скорость (Vp) - 2,16 м/с; глубина обработки (И) - 0,2836 м; ширина захвата плуга (Вр) - 1,4 м; тяговое сопротивление (Ркр) - 28,8 кН.
Вычисленное значение кп свидетельствует о том, что почвы Северо-Кавказского региона попадают в. группу тяжелых почв с удельным сопротивлением деформации 4450 кг/м .
При известном значении кп можно определить удельное сопротивление плуга для любой рабочей скорости агрегата. Для рассматриваемых нами условий удельное сопротивление четырехкорпусного плуга при рабочей скорости 1,67м/с (6 км/ч) составит: к0= 0,35-[1700 +1501(1,4-0,27 +4450+ 445-1,67і 6425 кгі м2. При этом номинальное тяговое усилие, развиваемое агрегатом первого типоразмера на гусеничном ходу с четырехкорпусным плугом равно: 9І Рн=1,4-0,27-6425 2430 кг или 24,3 кН. Отсюда эксплуатационная масса проектируемого энергосредства минимального тягового класса с гусеничным движителем при работе на стерневом фоне равна: Gi=P„/(pH=2430/0,55 &4420 кг. Коэффициент сопротивления перекатыванию /„=0,07 (для стерни); номинальное буксование, рассчитанное по формуле (2.10), 5=3,9%; КПД трансмиссии МЭС rjtp=0,82. Тогда из формулы (2.13) мощность двигателя ф первого энергосредства проектируемого типоразмерного ряда равна: .. 6,0-(2430 + 4420-0,07) оп , в v N-. = т ч —х 80л.с. (58 кВт). el 0,82-270-(1-0,039)-0,97 v По найденному значению эксплуатационной массы МЭС и предельно допустимому по буксованию коэффициенту использования сцепного веса на стерневом фоне (см. табл. 2.2) можно определить верхнюю границу тягового усилия машины: Pm = G- pmax = 4420-0,643 2840КГ{ИЛИ28,4КН). Часовой расход топлива рассматриваемого МЭС определяется из выражения (2.14): Gr= Ne-qy=80-170=13,6 кіі ч. Сравнение массовых характеристик серийных колесных и гусеничных тракторов одного класса тяги показало, что гусеничный движитель увеличивает эксплуатационную массу МЭС примерно на 28-30%. Учитывая это обстоятельство, были рассчитаны основные эксплуатационные характеристики первого типажа МЭС с колесным движителем: fc GIK=3180M; РНК=13,4 КН; РПК=15,1КН. Согласно разработанной методике, следующий типоразмер МЭС должен обеспечивать устойчивую работу пахотного агрегата при предельной для первого типажа нагрузке 28,4 кН на максимально допустимой для этой операции скорости 2,78 м/с (10 км/ч). При этом номинальному тяговому 9) усилию данного энергосредства должна соответствовать средняя скорость движения агрегата 2,22 м/с (8 км/ч). Подставляя в уравнение (2.18) известные значения максимальной и номинальной рабочих скоростей, а также предельного тягового усилия Ч первого типоразмера МЭС и решая данное уравнение относительно Gn, определили эксплуатационную массу (G2) последующего в типоразмерном ряду энергосредства с гусеничным движителем: ,_ 8-G2(0,55 + 0,07) _ „_Л 10 = -1 -—- - G2 « 6650 кг. {2840 + G2- 0,07) л Номинальное тяговое усилие этого МЭС равно: РН2 = G2-(pH = 6650 - 0J5 « 3660 кг(36,6 кН). Подставляя найденные значения G2 и Рц2 в уравнение (2.16), определяем номинальную мощность двигателя второго в ряду типажа МЭС: __ 8(3660 + 6650.0 07) х160дс(ШкВту е2 0,82-270-(1-0,05)-0,97 ч У Предельное (по буксованию) тяговое усилие этого МЭС равно: РП2 = &2 Ртах = 6650 643 4280 кг{42,8 кН). Аналогичные расчеты выполнены для последующих членов -., типоразмерного ряда проектируемых МЭС. Полученные результаты представлены в табл. 3.1. Из данных таблицы видно, что проектируемый ряд включает пять типоразмеров энергомашин. Их тяговый диапазон с гусеничным движителем лежит в пределах 20-145 кН. Два последних типоразмера ряда классов тяги 8,2 и 12,4 тс технологически нецелесообразно, на наш взгляд, использовать с колесным движителем из-за чрезмерно высокого удельного давления ходовых систем на почву. Предполагается, что более эффективно их %? использовать на выполнении больших объемов энергоемких работ в составе межхозяйственных машинно-технологических станций (МТС). Рассчитанные технико-эксплуатационные параметры членов типоразмерного ряда мобильных сельскохозяйственных энергосредств с бесступенчатой трансмиссией и сменным колесно-гусеничным движителем позволяют построить их теоретические тяговые характеристики и определить оптимальные тяговые и скоростные режимы работы.
Конструктивная возможность смены движителей позволяет значительно расширить диапазон тяговых усилий энергосредства. В данном случае он составляет 12-28 кН. Это повышает эффективность использования МЭС на комплексе механизированных работ, характеризующихся большим различием тяговых нагрузок.
Оценка экономической эффективности перспективных машинных технологий и комплексов технических средств
Экономическая: эффективность разработки и внедрения в производство перспективных мобильных энергосредств, а также формируемых на их базе машино-технологических агрегатов для выполнения механизированных работ в полеводстве, оценивалась в рамках традиционных на юге России технологий возделывания основных сельскохозяйственных культур, а кроме того, в рамках энерговлагосберегающих технологий с применением многооперационных комбинированных машин и орудий для послойной безотвальной обработки почвы.
Расчеты проводились на трех модельных сельхозпредприятиях Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев с типовыми для своих зон севооборотами, описанными в предыдущем разделе работы, с размерами пашни 5000 га. Выбранный размер землепользования соответствует либо среднему коллективному сельхозпредприятию зоны, либо двум производственным подразделениям крупного хозяйства. При таких размерах землепользования в состав, машинно-тракторного парка модельных хозяйств входят первые три типоразмера перспективных мобильных энергосредств классов тяги 2, 3 и 5 тс. При этом обеспечивается их приемлемая сезонная загрузка, снижающая удельные эксплуатационные затраты на выполнение комплекса механизированных работ в полеводстве.
Поскольку типоразмерный ряд перспективных МЭС обосновывался нами с учетом оптимальных перекрытий тяговых диапазонов соседних в ряду энергомашин, можно предположить, что для сельхозпредприятий с большими размерами землепользования, чем у рассматриваемых моделей, входящие в состав их парков МЭС больших тяговых классов (8 и 12 тс) будут использоваться так же эффективно, как и первые три из рассматриваемых энергомашин.
Агрегатирование модулей многооперационных машин КУМ с шириной захвата 3,55; 5,30 и 7,85 м осуществляется: в соответствии со схемой агрегатирования, представленной в табл. 3.11 предыдущего раздела работы.
Поскольку разработка перспективных мобильных энергосредств обоснованного типоразмерного ряда находится в настоящее время на стадии НИР и ОКР, их прогнозные цены рассчитывались с применением следующего методического подхода.
Во-первых, предполагалось, что все разрабатываемые МЭС типоразмерного ряда являются конструктивно подобными, поэтому их ценовые параметры должны изменяться пропорционально эксплуатационным массам и мощности двигателя. Во-вторых, учитывались их конструктивные особенности, вследствие которых происходит одновременно и упрощение и усложнение изготовления отдельных узлов и агрегатов энергомашин. К упрощению конструкции ведет отсутствие у новых энергомашин сложной коробки переключения передач и более простая конструкция ведущих мостов. К усложнению конструкции относятся наличие системы гидромоторов и гидронасосов, системы компьютерного управления гидротрансмиссией, наличие переднего и заднего ВОМ; сменного колесно-гусеничного движителя. Предварительные расчеты, проведенные на стадии . изготовления опытного лабораторного образца одного из МЭС ряда (класса 3 тс) с участием специалистов завода-изготовителя (Таганрогского комбайнового завода) показали, что по сравнению с серийными отечественными аналогами проектируемые энергосредства одной с ними эксплуатационной массы и мощности двигателя будут дороже на 15-20 %.
Вместе с тем, в настоящее время отсутствуют точные серийные аналоги новых МЭС, совпадающие с ними по этим эксплуатационным характеристикам. Более того, близкие по массам и мощности двигателя серийные тракторы разных заводов-изготовителей имеют довольно существенную разницу в цене (например, Т-150 - 840 тыс. руб.; ВТ-100 - 690 тыс. руб.).
Поскольку ценовые характеристики тракторов различных классов тяги, выпускаемых различными западными производителями, отличаются не столь существенно, нами были получены зависимости цен от эксплуатационной массы и мощности двигателя типоразмерных рядов тракторов фирм «Джон Дир», «Кейс» и «Массей Ферпоссон» /117/. Расчеты показали, что коэффициент множественной детерминации по всем рассмотренным рядам тракторов лежит в пределах 0,92...0,98, что указывает на высокую степень достоверности полученных уравнений регрессии. Однако использовать полученные зависимости для расчета цен проектируемых энергомашин в настоящее время не позволяет большая ценовая разница между западными и отечественными средствами механизации. Расчеты показали, что на момент оценки западные тракторы-аналоги стоили на российском рынке дороже отечественных в среднем в 2,7 раза. В качестве серийных тракторов-аналогов в таблице приведены машины, близкие к проектируемым МЭС по эксплуатационным массам и мощности двигателя. Однако следует учитывать и имеющиеся- у них: различия. Так, проектируемое энергосредство ЭГТ-5 класса тяги 5,5 тс имеет расчетную эксплуатационную массу около Ют, в то время как ближайший по классу тяги серийный аналог К-701М имеет массу около 13 т. Одинаковый класс тяги у них обеспечивается за счет возможности использования проектируемого МЭС с гусеничным движителем. В; ходе оценки экономической эффективности рассматривали два различных варианта использования комплекса перспективных технических средств. В первомслучае все механизированные работы по возделыванию сельскохозяйственных культур в модельных хозяйствах предполагалось выполнять с применением новых мобильных энергомашин в рамках существующих технологий. При этом перспективные МЭС в расчетах агрегатировались с серийными машинами и орудиями с учетом их тяговых возможностей. В качестве базы сравнения в этом случае выступал машинно тракторный парк хозяйств, в состав которого входят все серийные тракторы аналоги проектируемых МЭС и шлейф агрегатируемых с ними сельскохозяйственных машин.
Во втором случае база сравнения оставалась той же, что и в предыдущем варианте, а в качестве нового рассматривались технико-эксплуатационные и экономические характеристики машинно-тракторного парка модельных хозяйств на базе новых МЭС, работающих в рамках энерговлагосберегающих технологий обработки почвы.
