Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 12
1.1 Агротехнические требования к выращиванию и уборке раннеспелой белокочанной капусты 12
1.2 Анализ технологий выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 13
1.3 Аналитический обзор конструкций технических средств выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 16
1.4 Особенности технологического процесса выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 29
1.5 Способы повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 30
1.6 Цель и задачи исследований 34
2 Теоретические основы повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 36
2.1 Математическая модель выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 37
2.1.1 Анализ закономерности роста массы кочанов капусты Ъ1
2.1.2 Общая математическая модель выборочной уборки капусты 42
2.2 Исследование технологического процесса работы уборочного агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 44
2.2.1 Операции технологического процесса работы Уборочного агрегата АА
2.2.2 Технологическая схема работы уборочного агрегата
2.3 Разработка модели работы агрегата для выборочной уборки 46
2.3.1 Модель работы первого блока А1
2.3.2 Модель работы второго блока 48
2.3.2.1 Исследование пропускного потока рабочих за столом доработки 50
2.3.3 Модель работы третьего блока
2.4 Определение основных параметров агрегата для Выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 56
2.5 Оптимизация параметров уборочного агрегата
2.5.1 Обоснование и разработка метода оптимизации параметров агрегата и количества обслуживающего персонала 57
2.5.2 Разработка компромиссных задач 59
2.5.3 Расчёт технико-экономических показателей работы агрегата 61
3 Программа и методика экспериментальных исследований 64
3.1 Программа экспериментальных исследований 64
3.2 Объекты исследований, приборы и оборудование 64
3.3 Характеристика условий экспериментальных исследований 68
3.4 Методы и порядок определения показателей технологического процесса, предусмотренных программой исследований 69
3.5 Агротехническая оценка 71
3.6 Эксплуатационно-технологическая оценка работы уборочного агрегата 71
3.7 Обработка результатов экспериментальных данных 72
4 Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований 76
4.1 Анализ статистической обработки данных 76
4.2 Анализ общей математической модели выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 83
4.2.1 Анализ экспериментальных данных 83
4.2.2 Компьютерная программа расчёта основных показателей выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 87
4.3 Анализ исследований модели работы агрегата для выборочной уборки 89
4.3.1 Исследование 1-го блока модели работы агрегата 89
4.3.2 Исследование 2-го блока модели работы агрегата 90
4.3.3 Исследование 3-го блока модели работы агрегата 91
4.4 Определение основных параметров уборочного агрегата 91
5 Оптимизация параметров уборочного агрегата и количества обслуживающего персонала 94
5.1 Разработка матрицы четырёхфакторной модели планирования экспериментов 94
5.2 Анализ результатов экспериментальных данных четырёхфакторной модели планирования экспериментов 97
5.3 Решение и анализ компромиссных задач 104
5.4 Разработка матрицы двухфакторного планирования экспериментов 105
5.5 Анализ результатов эксперимента данных двухфакторной модели планирования экспериментов 108
5.6 Определение рациональных параметров агрегата для Выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты и рационального количества обслуживающего персонала 110
6 Оценка экономической эффективности усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты 113
Основные выводы и рекомендации 118
Список литературы 121
- Аналитический обзор конструкций технических средств выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
- Исследование технологического процесса работы уборочного агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
- Методы и порядок определения показателей технологического процесса, предусмотренных программой исследований
- Компьютерная программа расчёта основных показателей выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
Аналитический обзор конструкций технических средств выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
Недостатки полунавесных транспортёров заключаются в том, что применение рассмотренных транспортёров возможно только при сплошной уборке белокочанной капусты, т.к. транспортёры работают в паре с прицепами для сбора продукции, колея которых не согласуется с междурядьями посадок растений, а клиренс не позволяет движение по посадкам капусты. Необходимы специальные схемы посадок, которые имеют технологические проезды. Отсутствует технологическая операция доработки и затаривания кочанов капусты.
При разработке агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты необходимо все достоинства и недостатки вышеперечисленных технических средств частичной механизации сбора овощей. Необходимо учитывать особенности технологического процесса выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.
Особенности технологического процесса выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты Использование технических средств частичной механизации на выборочной уборке раннеспелой белокочанной капусты должно обеспечивать наибольшую технико-экономическую эффективность уборочного процесса, при строгом соблюдении требований, предъявляемых к убранной продукции и к технологическому процессу уборки [76, 77].
В связи с дефицитом рабочей силы на уборку привлекаются наемные рабочие, не обладающие достаточным опытом работы (сбора годных к реализации кочанов капусты, их доработки), поэтому на уборочном агрегате для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты необходимо иметь рабочее место для инспекции и доработки убранной продукции (стол доработки).
Торговая сеть принимает продукцию при условии её затаривании в сетки (ящики). Как показывает опыт работы овощных хозяйств, возделывающих раннеспелую капусту, вывоз продукции с поля осуществляется в основном транспортом покупателя.
Поэтому необходимо затаривать собранные кочаны раннеспелой белокочанной капусты в сетки (ящики) на краю поля или в процессе сбора кочанов.
Конструкция уборочного агрегата должна обладать высокой маневренностью [26]. Основной культурой, на которой предстоит его использовать - раннеспелая белокочанная капуста, вследствие этого, конструкция агрегата должна обеспечивать движение по междурядьям, иметь большой клиренс и агрегатироваться с пропашными тракторами [98].
Исходя из вышесказанного, на основании особенностей технологического процесса, необходимо определить технологические операции, которые выполняются во время работы агрегата, основные параметры уборочного агрегата и количество обслуживающего персонала [100, 101].
На основе анализа конструкций технических средств частичной механизации для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты следует [79], что технические средства могут быть объединены в две группы: платформы и транспортёры. В свою очередь, транспортёры делятся по типу агрегатирования на навесные, полунавесные, прицепные. Платформы можно подразделить по видам выполняемых технологических операций: с накоплением; с доработкой; с накоплением и доработкой кочанов капусты. Платформы с накоплением и доработкой убранной капусты имеют рабочие места для проведения ревизии и накопления заполненных убранной продукцией сеток (ящиков). Средства частичной механизации можно классифицировать в виде следующей схемы (рисунок 1.17).
Разнообразность технологий выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты вручную и средствами частичной механизации состоит в том, что изменяется только последовательность выполнения операций технологического процесса [57], а их количество в процессе уборки не отличаются друг от друга (рисунок 1.18), что не позволяет выбрать единый подход решения задачи повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты [47, 48].
Научный поиск решений этой проблемы производится по многим направлениям, основными из которых в области частичной механизации выборочной уборки раннеспелой капусты являются [49, 102, 103]: - разработка новых конструктивно-технологических схем средств частичной механизации для выборочной уборки; - усовершенствование существующих технологий, технических средств частичной механизации, а также усовершенствование технологических операций [5, 9, 10, 50]; - оптимизация параметров технических средств с целью получения продукции высокого качества с минимальными затратами труда;
Исследование технологического процесса работы уборочного агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
Технологический процесс выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты с помощью агрегата осуществляется следующим образом. Каждый рабочий обслуживает одну борозду. Уборочный агрегат движется по полю, группа рабочих сборщиков собирает пригодные для реализации кочаны массой свыше 0,4 кг и укладывают их на горизонтальный транспортер - 1. Транспортёрами кочаны доставляется к наклонному транспортёру - 2, который поднимает их на стол инспекции - 3, где вторая группа рабочих производит ревизию кочанов капусты и при необходимости выполняют их доработку. Затем кочаны упаковывают в сетки (ящики). Заполненные сетки (ящики) складируются на платформе агрегата - 4. На краю поля заполненные сетки (ящики) перегружают в транспортное средство для доставки их к местам реализации или хранения [86, 87].
Эффективность выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты с применением технических средств частичной механизации, (в данном случае, уборочного агрегата), зависит от согласованной работы рабочих, занятых на сборе пригодных для реализации кочанов, и рабочих, производящих доработку и затаривание продукции в сетки (ящики) [52, 53].
Для этого должны выполнятся определённые условия технологического процесса работы агрегата [60].
Разработка модели работы агрегата для выборочной уборки Для проведения исследований по взаимодействию процессов при уборке капусты представим технологию выборочной уборки в виде модели взаимодействующих блоков процессов [38, 39], которая включает в себя весь технологический процесс выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты агрегатом (рисунок 2.7). 5з
В первом блоке модели работы агрегата необходимо исследовать производительность рабочих сборщиков, в зависимости от их количества и урожайности капусты, созревших на делянке поля кочанов, определить количество поступающих кочанов от одного и всех рабочих [70, 71].
Во втором блоке модели работы агрегата необходимо исследовать производительность рабочих за столом доработки. Определить их пропускную способность в зависимости от количества кочанов капусты, поступивших на стол доработки в единицу времени. В третьем блоке модели работы агрегата необходимо исследовать условия поточного непрерывного технологического процесса работы агрегата (взаимодействия блоков 1 и 2) [51, 61].
Поток кочанов от одного рабочего сборщика, единиц в единицу времени, является его производительностью. Суммарный поток кочанов капусты является суммарной производительностью всех рабочих сборщиков, который зависит от количества рабочих сборщиков, рабочей скорости движения агрегата и количества созревших на делянке поля кочанов [82].
Для определения производительности рабочего на сборе продукции используются следующие показатели:
Схема работы рабочих за столом доработки: 1 - наклонный транспортёр; 2 - стол доработки; 3 - заслонка, для изменения направления потока кочанов на столе доработки от одного рабочего к другому; 4 - сеткодержатели; 5 - рабочие, два человека за столом доработки.
Для затаривания кочанов капусты используется тара в виде стандартной сетки для транспортировки овощей.
Производительность рабочих за столом доработки является пропускной способностью для поступивших на стол доработки кочанов капусты. Доработка, затаривание и упаковка кочанов должны выполнятся без очереди и отказов [81].
Так как созревание кочанов происходит неравномерно, то их количество на единице площади, является случайной величиной. В процессе уборки уборочный агрегат двигается вдоль рядков и на него поступает случайная последовательность созревших кочанов, которая подчиняется закону распределения по Пуассону. Каждый кочан, доставленный на стол доработки, должен быть обслужен рабочими и упакован в сетку без очереди или отказа.
Представим технологический процесс работы агрегата как систему массового обслуживания (СМО) с отказами. Для простейшего потока заявок вероятность появления т заявок в единицу времени определяется по закону Пуассона [21,22]: В блоке 3 указаны условия, при соблюдении которых отказа обслуживания кочана не произойдёт, а значит, что все кочаны, поступившие на стол доработки, будут доработаны и упакованы в сетку.
Методы и порядок определения показателей технологического процесса, предусмотренных программой исследований
Программа производит расчёт и выводит в заданных ячейках следующие основные показатели выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты: - общее количество растений, кочанов капусты на поле, шт. (ячейка В6); - количество растений, кочанов на одной борозде, рядке, шт. (ячейка В7); - количество борозд (рядков) на поле, шт. (ячейка D6); - количество кочанов капусты пригодных к реализации на одном погонном метре рядка, шт. (ячейка D7); - время роста до первой уборки после посадки, дн. (ячейкаа F11); - интервал времени между уборками, дн. (ячейкаа F12); - среднюю массу кочанов капусты, пригодных к реализации, кг (ячейка Л1); - количество кочанов капусты, пригодных к реализации на одном гектаре поля, шт (ячейки Е17 - Е22); - масса пригодных к реализации кочанов на период уборки в зависимости от их количества и средней массы, кг. (ячейки F17 - F22); - суммарная масса собранных кочанов, т (ячейки G17- G22); - число пригодных к реализации кочанов капусты на одном метре рядка, шт. (ячейки HI7 - Н22); - интенсивность поступления кочанов капусты на стол доработки (ячейки 117-122). Программа позволяет специалисту спрогнозировать сроки выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, объём полученной продукции.
Из практики хозяйств Ленинградской области известно, что количество уборок раннеспелой белокочанной капусты на одном поле не превышает 5 раз, что подтверждается программой.
Для определения оптимальных параметров уборочного агрегата и количества обслуживающего персонала необходимо учитывать основные показатели математической модели выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты. Для этого необходимо исследовать технологический процесс работы агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.
При исследовании общей математической модели выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты произведён анализ закономерности изменения количества кочанов, достигших товарной годности. Из которого следует, что среднее количество кочанов капусты, пригодных к реализации (на 10 метрах рядка) составляют 5,4 шт (см раздел 4.2.1 таблица 4.2), на одном метре среднее количество кочанов составляет 0,54 шт (таблица 4.1). Общая производительность рабочих на сборе кочанов рассчитывается по формуле (2.13). В таблице 4.5 представлены результаты расчётов общего потока кочанов в зависимости от количества рабочих сборщиков, количества созревших кочанов капусты на одном рядке, рабочей скорости движения агрегата.
Из анализа данных таблицы 4.5 следует, что общая частота поступления кочанов на стол доработки в зависимости от количества рабочих сборщиков и рабочей скорости движения агрегата практически не изменяется. Это происходит в следствии изменения рабочей скорости движения агрегата в зависимости от количества годных кочанов капусты на каждом рядке делянки.
Таким образом, время обслуживания одного кочана доставленного на стол доработки рабочими составляет 1 сек/шт. Рассмотрим пропускную способность двух рабочих за столом доработки в зависимости от количества рабочих сборщиков и количества кочанов, доставленных на стол доработки и двух рабочих за переборочным столом, по формулам (2.27...2.29). Результаты расчётов приведены в таблице 4.6.
Из полученных данных, приведённых в таблице 4.6, следует, что рабочие за столом доработки обслуживают все поступившие кочаны с вероятностью 100% без очереди и отказов в том случае, если количество рабочих сборщиков не превышает 8-ми человек. Графическая зависимость изменения вероятности обслуженных кочанов капусты при различном количестве рабочих сборщиков представлена на рисунке 4.14.
Из анализа полученных данных (см. раздел 4.3) следует, что количество рабочих сборщиков должно составлять не более 8-ми человек. Таким образом, количество обслуживающего персонала составит не более 11 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки, не более 8-ми рабочих сборщиков.
По данным таблицы 4.7 сделаем вывод, что общая средняя масса собранных кочанов в зависимости от урожайности капусты, рабочей скорости движения агрегата, производительности рабочих сборщиков, среднего времени прохождения разной длины рядка и изменяется от 1.2 до 1.4 т.
Зная максимальное количество обслуживающего персонала, ширину захвата агрегата, необходимо определить рациональные параметры уборочного агрегата и рациональное количество обслуживающего персонала путём анализа влияния действующих факторов на технико-экономические показатели с целью получения продукции высокого качества при минимальных затратах труда и приведённых затратах на уборку раннеспелой белокочанной капусты
Компьютерная программа расчёта основных показателей выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты
Расчёт экономической эффективности усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты выполнялся на стадии экспериментального образца уборочного агрегата [27].
За основной (базовый) вариант принята технология выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты с помощью технических средств частичной механизации (на базе платформы ПНСШ-12А), а за новый вариант (конкурирующий) принимается усовершенствованная технология выборочной уборки на базе изобретённого уборочного агрегата.
Расчёт экономической эффективности произведён на основе исследований агрегата для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, разработанного в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии [63, 64]. При максимальной ширине захвата уборочного агрегата 6 метров, количестве обслуживающего персонала в количестве 11-ти человек (1 чел.- механизатор, 2 чел. - за столом доработки, 8 чел. - рабочих сборщиков). Урожайности разового сбора раннеспелой белокочанной капусты 7,5 т/га. При вышеперечисленных условиях производительность уборочного агрегата составляет 1,1 От/ч, трудозатраты составляют 9,97 чел.ч/т (см. раздел 5.1 таблица 5.2).
На тонну убранной продукции результаты анализа расчётов технико-экономических показателей технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты с помощью технических средств частичной механизации (платформы ПНСШ-12А), рассчитывались с учётом аналогичного количество обслуживающего персонала как в технологии на базе уборочного агрегата - 11 человек (1 чел.- механизатор, 10 чел. - рабочих сборщиков) и урожайности белокочанной капусты 7,5 т/га. Проведенные хронометражные наблюдения за работой платформы ПНСШ-12А показали, что производительность одного рабочего сборщика при применении платформы составляет 80 кг/ч (см. раздел 1.5). Отсюда следует, что общая производительность платформы составит 0,72 т/ч, трудозатраты 13,89 чел.ч/т. Расчёт экономической эффективности технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты уборочным агрегатом выполнялся по формулам 6.1 ... 6.9. Основные расчёты проводились по следующим показателям.
По результатам таблицы 6.1 следует, что при применении усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты на базе уборочного агрегата по сравнению с технологией выборочной уборки белокочанной капусты с помощью технических средств частичной механизации (платформы ПНСШ-12А) годовой экономический эффект составляет 146845,00 рублей (в ценах 2014 года). Повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты происходит за счёт уменьшения операций технологического процесса путём их объединения, оптимизации параметров агрегата и количества обслуживающего персонала. Затраты труда снижаются на 28,20% и составляют 9,97 чел.ч/т, наблюдается повышение производительности уборочного агрегата на 34,55% (0,38т/ч).
Срок окупаемости агрегата для выборочной уборки по технико-экономическим расчётам составил 31 месяц при лимитной стоимости агрегата 380 тыс. руб. Если агрегат выпускать серийно на заводах, то базовая цена его уменьшиться и срок окупаемости сократиться.
В настоящее время на уборку раннеспелой белокочанной капусты приходит до 67% трудозатрат от суммы затрат труда на её производство, что требует проведение исследований по их сокращению. Выполнен анализ технологий и технических средств выборочной уборки овощей. В результате которого определены возможные способы повышения эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты: за счёт уменьшения количества операций технологического процесса путём их объединения и оптимизации параметров уборочного агрегата.
Разработана общая математическая модель технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты, которая позволяет определить основные её показатели (время роста кочанов до первой уборки, средний интервал времени между последующими уборками и массу убранного урожая капусты). По общей математической модели можно определять общие показатели технологии, прогнозировать сроки уборок, состав технических средств и количество рабочих.
На основе анализа конструкций технических средств частичной механизации для выборочной уборки овощей и особенностей технологического процесса выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты разработана модель и конструктивно-технологическая схема уборочного агрегата на основе которых разработан и изготовлен агрегат для выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты.
При максимальной производительности ширина захвата агрегата составляет 6 метров, скорость его движения 0,23 м/сек, количество обслуживающего персонала 11 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки, 8 рабочих сборщиков кочанов капусты. При минимальных трудозатратах, энергозатратах и приведённых затратах, ширина захвата агрегата составляет 5,5 метров, рабочая скорость его движения 0,19 м/сек, количество обслуживающего персонала 10 человек: 1 механизатор, 2 рабочих за столом доработки и 7 рабочих сборщиков.
Уборочный агрегат с такими параметрами эффективно может быть использован для выборочной уборки капусты в хозяйствах Ленинградской области и сходных с ней по производственно-климатическим условиям областях Северо-западной зоны РФ.
При внедрении усовершенствованной технологии выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты в хозяйства Ленинградской области ЗАО «Победа» и ЗАО «Племхоз имени Тельмана» оценка экономической эффективности показала, что повышение эффективности выборочной уборки раннеспелой белокочанной капусты происходит за счёт уменьшения операций технологического процесса путём их объединения, оптимизации параметров агрегата и количества обслуживающего персонала. Затраты труда снижаются на 28,20% и составляют 9,97 чел.ч/т, наблюдается повышение производительности уборочного агрегата на 34,55% (0,38т/ч) по сравнении с технологией выборочной уборки капусты с помощью технических средств частичной механизации (платформы ПНСШ-12А). Годовой экономический эффект составил 146,85 тыс. рубл.
