Введение к работе
Актуальность проблемы. Производство зерновой продукции в России находится на новом этапе своего развития, поскольку оно все больше становится частью мирового экономического рынка. Тенденция к многоукладное в стране, внедрение рыночного механизма регулирования потребностей и возможностей производителей и потребителей, требует в этих условиях изыскания новых подходов к созданию качественной и эффективной зерноуборочной техники, как средства производства зерновой продукции, способной успешно конкурировать на мировом рынке и находить спрос на внутреннем.
Одним из главных средств производства зерновой продукции являются зерноуборочные комбайны. Однако если раньше централизованно обеспечивался массовый выпуск базовых однотипных зерноуборочных комбайнов с малым учетом зональных условий и требований непосредственно самих потребителей комбайнов, то теперь, с выходом страны на мировой рынок, появлением зарубежных конкурентов и потенциальных потребителей с разным уровнем товарной и финансовой состоятельности, а также широким спектром зональных условий эксплуатации, потребовалась корректировка ранее принятой технической политики.
Анализ состояния комбайновой уборки зерновых культур в стране указывает на ее невысокое качество и эффективность. За последние годы выпуск зерноуборочных комбайнов сократился в десятки раз, а имеющийся комбайновый парк в отдельных областях России просто не способен обеспечить уборку зерновых в агротехнические сроки, что приводит к недобору до 20-30 % выращенного урожая и снижению его качества. В целом, современное состояние отечественного комбайностроения не решает проблему технического обеспечения высокорентабельного производства зерна с минимальными потерями малой номенклатурой зерноуборочных комбайнов на огромной территории с разными климатическими зонами.
В результате этих и ряда других причин только прямые потери на уборке зерна в России достигают десятки млн. т, а затраты труда на единицу продукции постоянно увеличиваются и более чем в 4 раза превышают средний уровень, достигнутый в развитых странах Европы и Америки.
Вхождение российских производителей зерноуборочных комбайнов в мировую систему рыночного производства зерноуборочной техники требует скрупулезного учета новых условий по номенклатуре, универсальности, приспособленности к различным условиям работы, качеству и эффективности, проявляемых в различных зональных условиях эксплуатации.
В связи с этим актуальное значение приобретает научная проблема обеспечения достоверности учета полного комплекса зональных (региональных) условий эксплуатации на проектной стадии создания зерноуборочных комбайнов с целью повышения их качества и эффективности.
Решение проблемы совершенствования зерноуборочных комбайнов в настоящее время зависит даже не столько от отсутствия принципиально
новых конструкционных решений, сколько от недостаточного учета в конструкциях комбайнов многообразия основных факторов зональных условий, таких как: убираемая зерновая культура, вид уборки, урожайность, полег-лость, влажность зерна, влажность соломы, соотношение зерна к соломе, засоренность, масса 1000 зерен, влажность почвы, твердость почвы, ширина валка, высота растений, толщина валка, уклон поля и др.
Цель исследования. Разработка научных основ статистической оптимизации основных конструкционных параметров вновь разрабатываемых и модернизируемых зерноуборочных комбайнов, позволяющих учитывать зональные условия эксплуатации, обеспечивая максимальные агротехнологические показатели качества и эффективности.
Задачи исследования:
создание баз данных по результатам приемочных и периодических испытаний зерноуборочных комбайнов как в России, так и за рубежом;
проведение статистического анализа многомерного пространства состояний и определение границ существования параметров модели зерноуборочных комбайнов при постановке задач анализа и синтеза по зонам, культурам и видам работ;
разработка методологии статистического анализа влияния условий и режимов работы на агротехнологические показатели качества и эффективности зерноуборочных комбайнов;
создание информационного поля по зонам, культурам и видам работ за счет снижения размерности пространства условий и режимов работы зерноуборочных комбайнов;
разработка методологии синтеза и прогнозирования основных конструкционных параметров для вновь разрабатываемых и модернизируемых зерноуборочных комбайнов с учетом зональных условий;
разработка методики зональной оптимизации основных конструкционных параметров сельскохозяйственных машин.
Объект исследования. Основными объектами исследования являются модели зерноуборочных комбайнов с тангенциальным молотильно-сепариру-ющм устройством, которые выражены через многомерное пространство состояний экспериментальных данных по зонам, культурам и видам работ.
Научная новизна:
Разработана общая модель функционирования зерноуборочного комбайна, одновременно учитывающая не отдельные, а полное множество зональных условий эксплуатации.
Разработана оригинальная методология создания и обработки баз данных по результатам приемочных и периодических испытаний зерноуборочных комбайнов, основанная на объединении агротехнических и эксплуатационно-технологических оценок.
Впервые поставлены и решены задачи обоснования границ области существования условий и режимов работы комбайнов рассматриваемого типа и выявлены объективные ограничения на показатели их качества.
Построена математическая модель статистического учета влияния условий и режимов работы на агротехнические показатели качества и эффективность комбайна, позволяющая ставить и решать ряд прикладных задач проектирования, производства и эксплуатации комбайнов на общей научной основе. Построены математические модели-эталоны зерноуборочных комбайнов по классам, зонам, культурам и видам работ. Подтверждена возможность объединения результатов испытаний одной модели комбайна на разных МИС, расположенных в одной зоне.
Предложена новая научная методология создания информационного поля по зонам, культурам и видам работ комбайновой уборки зерновых, основанная на использовании специально разработанного алгоритма снижения размерности пространства состояний модели комбайна, базирующегося на теории анализа главных компонент.
Впервые сформулированы научные принципы постановки задачи синтеза конструкционных параметров зерноуборочных комбайнов с учётом зональных условий и предложена оригинальная методология их реализации, формализованная для использования ЭВМ.
Обобщением полученных научных результатов создана новая методология оптимизации конструкционных параметров любых машин сельскохозяйственного назначения с учётом зональных условий их использования. Практическая ценность работы заключается в создании формализованной
для ЭВМ методики зональной оптимизации на этапе проектирования основных конструкционных параметров зерноуборочных комбайнов, гарантирующей повышение их качества и эффективности при модернизации и разработке новых сельскохозяйственных машин.
Создана база данных для учебного и методического использования, в которую вошли, начиная с 1980 г., почти все известные официальные результаты испытаний зерноуборочных комбайнов как в России, так и за ее пределами.
Разработанные математические модели зерноуборочных комбайнов позволяют на проектной стадии оценивать приспособленность создаваемых машин к определённым условиям эксплуатации.
Построенные математические модели-эталоны позволяют производить оценку качества и эффективности новых и модернизированных зерноуборочных комбайнов без наличия физической модели-эталона.
Разработанный математический аппарат анализа влияния условий и режимов работы на агротехнологические показатели может быть использован для настройки зерноуборочных комбайнов с помощью ЭВМ.
Представленная в работе методология синтеза позволяет модернизировать и создать новые зерноуборочные комбайны под заданные условия эксплуатации, чем обеспечивается конкурентоспособность отечественных комбайнов на внутреннем и внешних рынках.
Использование полученных научных результатов позволяет выявлять наиболее подходящие к заданным зональным условиям существующие модели зерноуборочных комбайнов.
Результаты работы реализованы: при выполнении хоздоговорных работ для НПО ВИСХОМ, в «Автоматизированной системе обработки результатов испытаний зерноуборочных комбайнов» для ГСКБ ОАО «Ростсельмаш», в стандарте предприятия «Система качества комбайнов семейства «Дон» на базе МС ИСО серии 9000».
Проведены расчеты и получены оптимальные значения основных конструкционных параметров новых моделей зерноуборочных комбайнов, которые использованы в разработках ОАО «Ростсельмаш».
Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и научных советах в ДГТУ, РГАСХМ, ВНИПТИМЭСХ, ВИМ, НПО ВИСХОМ, ГСКБ ОАО «Ростсельмаш»:
на научно-технической конференции в ВНИПТИМЭСХ по итогам 1996 г., г. Зерноград, 22 мая 1997 г.;
на международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования зерноуборочной техники: конструирование, организация производства, эксплуатация и ремонт», г. Ростов-на-Дону, 21 апреля 1999 г.
Публикация результатов. Содержание диссертации опубликовано в 22 печатных работах, из которых 8 в центральной печати.
Объем и структура работы. Диссертация содержит 305 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 22 таблицы и список использованной литературы (123 наименования), а также отдельное Приложение, которое содержит 250 страниц с 320 таблицами.
Работа состоит из введения, 7-й глав и заключения.