Введение к работе
Актуальность проблемы. Сложность современной сельскохозяйственной техники, ее высокая стоимость и энергонасыщенность выдвигают на передний план проблему повышения эффективности использования машинно-тракторного агрегата (МТА). Для решения поставленной задачи необходимо в первую очередь оптимально управлять режимами работы МТА, что без эффективных методов и средств эксплуатационного контроля не представляется возможным. Однако, по возможности прогнозирования, существующие методы и средства можно считать исчерпавшими свои ресурсы для решения проблемы оптимизации режимов работы МТА. Поэтому разработка качественно нового направления в развитии методов и средств, основанных на непрерывном контроле интенсивности изменения эксплуатационных параметров МТА, может в значительной мере способствовать решению сформулированной проблемы. Результатами этого будут являться снижение себестоимости, а также повышение объемов и качества производства сельскохозяйственной продукции. Стратегией машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года создание отечественной интеллектуальной техники на базе качественно нового уровня развития науки и практических действий в сельском хозяйстве определено в качестве приоритетного направления. Кроме того, согласно Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации (РФ) (Указ Президента РФ от 30 января 2010 г. № 120), одним из приоритетных направлений экономической и производственной политики государства является поэтапное снижение зависимости отечественного агропромышленного комплекса от импорта техники и технологий, наблюдающегося многие годы на российском рынке сельскохозяйственной техники.
В связи с этим тема исследования, посвященная вопросам оптимизации режимов работы МТА на основе непрерывного контроля интенсивности изменения его эксплуатационных параметров, является актуальной и представляет практическую ценность.
Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» и соответствует научному направлению РАСХН по проблеме «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства»; межвузовской программой «Агрокомплекс» по госбюджетной теме № 53/19 - 98 «Моделирование режимов работы МТА с учетом динамических характеристик»; единым заказ-нарядом Министерства образования РФ по госбюджетной теме № 53/20 - 98 «Разработка методов управления эффективностью и уровнем безопасности мобильных энергетических средств»; республиканским конкурсом инновационных проектов НИОКР в сфере малого бизнеса по госбюджетной теме № 53/21- 01 «Разработка расходомера топлива», утвержденной Правительством Республики Мордовия (РМ) (Постановление № 142 от 5 апреля 2001 г.); программой развития АПК РМ до 2012 года.
Цель исследования. Повышение эффективности использования МТА за счет оптимизации режимов работы на основе непрерывного контроля интенсивности изменения его эксплуатационных параметров.
Объект исследования. МТА на базе энергонасыщенных тракторов при выполнении ими технологических операций.
Предмет исследования. Закономерности изменения текущих значений и интенсивности изменения контролируемых эксплуатационных параметров с учетом условий, срока эксплуатации и режимов работы МТА.
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения методов функций случайных аргументов, операционного исчисления, дифференцирования, динамического и нелинейного программирования, прогнозирования; теорий вероятностей и математической статистики, массового обслуживания, автоматического и автоматизированного управления, информатизации, многокритериальной оптимизации, измерительных систем, системной оценки погрешностей измерений; корреляционного и спектрального анализа. Проверка полученных результатов выполнена на имитационных моделях, а также на реальных объектах исследования.
Научная новизна и основные результаты работы, выносимые на защиту:
математическая модель функционирования МТА, представляющая основу для разработки моделей прогнозирования изменения эксплуатационных параметров с учетом способа реализации мощности двигателя трактора;
комплексная система математических моделей прогнозирования изменения контролируемых эксплуатационных параметров с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА;
математическая модель многокритериальной оптимизации режимов работы МТА с учетом методов эксплуатационного контроля;
аналитические методы по обоснованию и расчету допустимых режимов работы системы «оператор - МТА» в соответствии с функциональными возможностями оператора в процессе контроля и управления;
новые методы и средства эксплуатационного контроля, практическая реализация которых позволяет получать достоверную прогнозную информацию об изменении контролируемого эксплуатационного параметра.
Методами разработанной теории созданы и испытаны на реальных объектах: термостабильный электронный расходомер топлива (Патент 2205371); расходомер топлива (Патент 2247949); универсальный объемный расходомер топлива (Патент 2273001); устройство контроля расхода топлива МТА (Патент 77990); дифференцирующий расходомер топлива (Патент 88141); комбинированный поршневой расходомер топлива (Патент 98578); устройство контроля интенсивности изменения расхода топлива (решение о выдаче патента на полезную модель от 10.06.2011 по заявке № 2011117754). Достоверность теоретических положений работы подтверждена экспериментальными исследованиями, а также производственными испытаниями разработанных средств.
Практическая значимость результатов исследования состоит в разработке научных основ, методов и средств, позволяющих:
получать достоверную информацию об изменении контролируемых эксплуатационных параметров при всей совокупности факторов внешних условий и режимов работы МТА в функции текущих и предстоящих значений времени;
прогнозировать оптимальные режимы работы МТА с учетом реализуемых методов эксплуатационного контроля;
управлять режимами работы МТА с прогнозированием по времени;
снизить напряженность труда и оптимизировать деятельность оператора в процессе контроля и управления МТА;
повысить качество обучения по дисциплинам «Эксплуатация машинно- тракторного парка», «Тракторы и автомобили», «Безопасность жизнедеятельности».
Реализация результатов исследования осуществлялась путем использования научными организациями, испытательными центрами и производственными подразделениями, а именно: Министерством сельского хозяйства и продовольствия РМ при разработке республиканской программы развития АПК РМ до 2012 года в вопросах технической и технологической модернизации сельхозтоваропроизводителей; Научно-исследовательским институтом сельскохозяйственного машиностроения им. В. П. Горячкина (ОАО «ВИСХОМ», г. Москва) при разработке и испытании нового поколения машин для возделывания и уборки пропашных культур к высвобождаемому энергомодулю ВЭМ-220; Государственным научным учреждением (ГНУ) «Всероссийский научно- исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Россельхозакадемии» (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозака- демии, г. Москва) при разработке и совершенствовании методов и технологических процессов контроля технического состояния и обеспечения безопасных условий труда при эксплуатации машинно-тракторного парка; ГНУ «Мордовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозака- демии» (ГНУ Мордовский НИИСХ Россельхозакадемии, г. Саранск), Государственным унитарным предприятием РМ «Центр испытания и внедрения сельскохозяйственной техники и машинных технологий» (г. Саранск) при разработке новых технологий и технических решений, направленных на повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники; применения в производственном процессе агропредприятий РМ; применения в учебном процессе ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» (г. Саранск), ГОУВПО «Калмыцкий государственный университет» (г. Элиста), ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (г. Ульяновск), ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (г. Пенза) при изучении дисциплин «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Тракторы и автомобили», «Безопасность жизнедеятельности».
Результаты использования основных положений и выводов настоящего исследования подтверждены соответствующими документами, приведенными в приложении к работе.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были представлены и одобрены на научных конференциях ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» (Саранск, 1997 - 2011 гг.); Республиканских научно-практических конференциях «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса Республики Мордовия» (г. Саранск, 2001 -
-
-
гг.); Всероссийской научно-производственной конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (г. Ульяновск, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Совершенствование технологий, средств механизации и технического обслуживания в АПК», посвященной 75-летию В. И. Медведева (г. Чебоксары, 2003 г.); Международной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А. И. Селиванова (г. Москва, 2008 г.); Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (г. Саратов, 2008 - 2009 гг.); III Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (г. Саратов, 2009 г.); Международной научно- практической конференции «Тракторы и автомобили», посвященной 60-летию кафедры тракторов и автомобилей УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия» (Республика Беларусь, г. Горки, 2009 г.); IV Международной научной конференции «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых», посвященной 40-летию СО Россельхозакаде- мии (г. Новосибирск, 2010 г.); IV, V Международных научно-практических конференциях «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (г. Барнаул, 2009 - 2010 гг.); научной конференции профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Санкт- Петербург, 2011 г.).
По итогам работы VII Ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского федерального округа РФ, проходившей в рамках II Российского форума «Российским инновациям - Российский капитал», экспонировавшийся инновационный проект «Расходомер топлива» (Патент 2247949) по направлению «Базовые инновационные кластеры Поволжья - энергетика и ресурсосбережение», разработанный диссертантом в составе научной группы Института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», занял I место (г. Саранск, 2009 г.).
По итогам конкурса «Лучшее техническое решение, изобретение, полезная модель, рационализаторское предложение, направленные на решение актуальных проблем народного хозяйства Республики Мордовия» в номинации «Машиностроение» разработанный диссертантом «Дифференцирующий расходомер топлива» (Патент 88141) отмечен дипломом III степени (г. Саранск,
-
-
г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе 15 - в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, 1 монография, получено 7 патентов РФ на изобретения и полезные модели, решение о выдаче патента на полезную модель. Общий объем публикаций - 47,76 п. л., из них 36,25 п. л. принадлежит соискателю.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 218 наименований и приложения; изложена на 323 страницах, содержит 87 рисунков, 29 таблиц.
Похожие диссертации на Оптимизация режимов работы машинно-тракторного агрегата на основе непрерывного контроля интенсивности изменения его эксплуатационных параметров
-
-
