+7 (967) 233-32-50
                viktoriy-agro@bk.ru
                v.m.taratorkin@mail.ru

Ученые АПК - производству

« НазадНазад

Профессор Кузьмин М.В., доцент Сметнев А.С., ст. преподаватель Юдин Ю.Б. (ФГБОУ ВО РГАЗУ) Повышение эффективности использования высокопроизводительных МТА (опыт системного подхода) 24.10.2020 00:00

Сельскохозяйственные предприятия любой формы собственности от малых семейных до крупных агрофирм являются сложными био-техно-социальными системами, состоящими и биологической, технической и социальной подсистем. Эффективность системы в целом определяется эффективностью каждой подсистемы. В свою очередь эти подсистемы (первого уровня) состоят из нескольких подсистем более низкого уровня. Техническая подсистема включает подсистему производственной эксплуатации и подсистему технической эксплуатации (технического сервиса). Поэтому эффективность использования машинно-тракторных агрегатов определяется как минимум эффективной работой этих подсистем. 

Основной рабочей технической единицей в полеводстве является мобильный машинно-тракторный агрегат (МТА), поэтому эффективность его использования во многом определяет эффективность работы технической подсистемы и предприятия в целом. Поэтому настоящая статья посвящена изложению мероприятий, повышающих эффективность использования МТА. Содержание статьи определено на основе мониторинга затруднений по данному вопросу у студентов РГАЗУ, являющихся руководителями и специалистами с.-х. предприятий, а также фермерами. Статья может использоваться руководителями и специалистами с.-х. предприятий в повседневной работе. 

Полевые работ должны выполняться в соответствии с операционными технологиями возделывания и уборки любой с.-х. культуры. Операционная технология включает в себя комплекс агротехнических, технических и организационных правил по высокопроизводительному использованию МТА, обеспечивающих качество полевых механизированных работ, соответствующее агротехническим требованиям, а именно: 1) агротехнические требования; 2) расчёт, комплектование и определение режимов работы МТА; 3) подготовка агрегатов к работе;4) подготовка к работе поля; 5) организация работы агрегатов; 6) контроль качества работы; 7) охрана труда и окружающей среды, 8) оценка эффективности. Операционные технологии являются руководством для агрономов, инженеров, руководителей бригад, фермеров и механизаторов. Поэтому мы приводим рекомендации по эффективному использованию каждого её раздела.

В агротехнических требованиях вначале излагаются показатели качества выполняемой с.-х. работы; затем указывается связь данной операции с предыдущей и последующей, устанавливаются возможные технологические схемы работы МТА. Так как технологами в полеводстве являются агрономы, то мы не будем излагать рекомендации по этому вопросу.

При расчёте, комплектовании и определение режимов работы МТА выбирают типы тракторов и с.-х. машин в зависимости от агротехнических требований, возделываемой культуры, выполняемой работы и местных условийОсновным уравнением агрегатирования является                                              

Формула-1     (1)

где Ркр ― сила тяги на крюке трактора; ξ ― коэффициент её использования; Ri ― сопротивление сельскохозяйственной машины; n ― число машин в МТА.

Методы расчёта и комплектования МТА хорошо известны и изложены в учебной и справочной литературе [1], поэтому мы их не излагаем. Основной трудностью при агрегатировании в настоящее время является выбор значения Ркр, так как в литературе трудно найти тяговые характеристики современных тракторов. В технических характеристиках современных тракторов значения Ркр не указываются, поэтому для составления агрегата с с.-х. машинами необходимо ориентироваться на указания, приводимые в справочных данных по с.-х. машинам, — с тракторами каких марок их целесообразно соединять.

В связи с этим можно использовать приближенные методы расчета Ркр при условии, что трактор полностью загружен и работает на всех передачах с номинальной мощностью двигателя Nе.

1. Если в технической характеристике трактора указан его класс (иногда пишут класс тяги), то упрощенно выражение его в кН можно принять за величину Ркр на первой передаче. Например, классу 1,4 соответствует Ркр1= 14 кН, классу 2 — Ркр1 = 20 кН и т.д. Так как тяговое усилие Ркрi на i-й передаче уменьшается относительно Ркр1 в отношении Vi /V1 раз, то Ркрi определится по формуле:

                                             Ркрi = Ркр1V1 / Vi.                                                             (2)

Но в связи с тем, что реально Ркр на первой передаче отличается от значения класса трактора этот метод будет недостаточно точен.

2. Для определения Ркрi на передаче i можно использовать значение номинальной мощности двигателя, указанное в технической характеристике трактора. Для определения Ркр1 сначала определяется Nкр на основе Nе с учетом тягового КПД трактора для различных условий работы:

                                           Nкр = ηтягNе.                                                                     (3)

Значения ηтяг изменяются в зависимости от передаточного отношения трансмиссии трактора, состояния почвы и конструкции движителя. Можно считать, что на стерне ηтяг имеет примерно следующие значения: для колесных тракторов — 0,70‒0,75, для гусеничных — 0,75‒0,80. На рыхлых почвах ηтяг имеет примерно следующие значения: для колесных тракторов — 0,50‒0,55, для гусеничных — 0,65‒0,75. Тогда:

                                       Ркр1 = 3,6ηтягNе / V1 = 3,6Nкр /V1,                                      (4)

где Ркр1 измеряется в кН, Nкр — в кВт, V1 — в км/ч. 

Ркр на остальных передачах определяется по формуле (2).

3. На основе ГОСТ 27021—86 [2] номинальное тяговое усилие трактора (кН) составляет:

                                      Ркр ном = Аmэ,                                                                      (5)

где А — коэффициент, зависящий от массы трактора; 

mэ — эксплуатационная масса трактора, кг, приведенная в его технической характеристике.

Для сельскохозяйственных тракторов с эксплуатационной массой до 2600 кг А = 3,24 × 10-3, для тракторов с двумя ведущими колесами (4К2 и 3К2) с эксплуатационной массой свыше 2600 кг А = 3,73 × 10-3, для четырехколесных тракторов с четырьмя ведущими колесами (4К4) и эксплуатационной массой свыше 2600 кг А = 3,92 × 10-3, для гусеничных тракторов А = 4,9 × 10-3. При отсутствии данных для определения эксплуатационной массы тракторов ее рассчитывают на основе конструкционной массы mкmэ = 1,15mк для колесных тракторов, mэ= 1,08mк для гусеничных тракторов.

На основе этого можно приблизительно определить значения Ркр на любой передаче трактора, если считать, что трактор работает с полной загрузкой двигателя. Тогда принимаем, что: 

                                                   Nкр ном = Nкр1,

где Nкр1 — крюковая мощность на первой передаче. 

С учетом этого сила тяги на крюке (тяговое усилие) на первой передаче (в кН) определяется по формуле (5), а на остальных передачах — по формуле (2).

Недостаток последнего метода заключается в том, что значения А для современных тракторов могут отличаться от приведенных в ГОСТ 27021—86 [1]. Недостатком всех трех методов является то, что не учитываются условия работы трактора (например, его неполная загрузка), но их применение дает возможность получить достаточную для практических потребностей точность.

В конце любого расчета надо обязательно определить действительный коэффициент использования тягового усилия ξдейств:

ξдейств = Rагр действ /Ркр табл,

так как Ркр табличное (как правило) не совпадает с Ркр расчетным. При нормальном агрегатировании ξдейств = 0,85‒0,95. Если ξдейств намного меньше этих значений, необходимо использовать более высокую передачу, другой трактор, перейти на работу на частичных режимах, когда мощность двигателя меньше номинальной. Последнее возможно, так как ТНВД дизельных двигателей тракторов оснащены всережимными регуляторам.

Подготовку МТА к работе проводят на твердой ровной (горизонтальной) площадке. Агрегат на площадке устанавливается в рабочее положение. Затем проводят регулировку трактора и технологические регулировки с.-х. машин. Следует отметить, что 

технологические регулировки с.-х. машин необходимо выполнять обязательно 2 раза: на площадке при подготовке МТА к работе и при первых проходах по полю. Наиболее эффективным методом является регулировка машин во время работы с использованием методов точного земледелия. Нормы посева и посадки, внесения удобрений изменяются в зависимости от обеспеченности почвы питательными веществами, рабочие скорости комбайнов — от урожайности и состояния посевов и посадок.

При подготовке поля его разбивают его на загоны, по обоим концам отмечают поворотные полосы при невозможности поворота МТА за пределами загона. Соотношение длины загона L к его ширине С рекомендуется в пределах L/С = (5…8):1. Площадь загона целесообразно выбирать примерно равной сменной выработке агрегата. При возделывании пропашных культур поворотные полосы ими нельзя засевать, так как при уходе за растениями МТА на них всё сомнут. С поля необходимо убрать посторонние предметы и отметить препятствия, которые надо объезжать. Конфигурацию загона целесообразно выбирать прямоугольной формы. Дополнительно необходимо отметить линию первого прохода МТА и места заправки семенами, удобрениями, ядохимикатами.

Организация работы агрегата. Агрегат на поле движется одним из следующих основных способов: гоновым (челночный, вразвал, всвал, перекрытием, комбинированный), диагональным, перекрестным, диагонально-перекрестным, вкруговую (по контуру участка от периферии к центру и наоборот), фигурными с соответствующими поворотами.

При выполнении полевых механизированных работ с использованием широкозахватных МТА появляется проблема точности вождения. Пользоваться маркёрами, пенными и другими приспособлениями проведения линии (борозды, следа), для движения по нему колеса трактора крайне неудобно. Для точного вождения МТА необходимо использовать систему  параллельно вождения с использованием GPS/ГЛОНАСС- навигации для вождения МТА. Такое вождение возможно в трех вариантах.

  1. Вождение по указателю размеченной на экране монитора траектории с визуальной обратной связью (визуальным контролем отклонений фактической траектории от построенной бортовым компьютером аналогично вождению с использованием механического или пенного следоуказателя).
  2. Полуавтоматическое управление направлением движения. В этом случае трактор оснащается исполнительным механизмом (подруливающим устройством). Водитель вручную выполняет разворот агрегата в конце рабочего гона, въезжает в зону следующего рабочего прохода, включает режим автовождения – передает управление направлением движения бортовому компьютеру.
  3. Автоматическое управление направлением движения и на рабочем гоне, и на поворотной полосе. Этот вариант в настоящее время широкого распространения пока не получил, хотя имеется информация о разработке и использовании отдельных образцов таких полностью автоматизированных агрегатов – тракторов-роботов.

При оснащении машинно-тракторных агрегатов системами GPS/ГЛОНАСС навигации и бортовыми компьютерами, становится возможным решение целого ряда задач, повышающих эффективность использования агрегатов и растениеводства в целом: параллельное вождение, использование электронных карт для интегрального внесения удобрений, дистанционный контроль за передвижениями машинно-тракторных агрегатов, за неэкономным стилем вождения.

Количество выполненной МТА работы (га, кг, т, м3) установленного качества за единицу времени (в с.-х. за 1час) определяет его производительность. Производительность мобильных МТА за час сменного времени по формуле

                                                             W = ч τ = 0,1·ВрVрτ,                                            (6 )

где Wч ― производительность МТА за час чистой работы; τ – коэффициент использования времени смены; Вр ― рабочая ширина захвата; Vр ― рабочая ширина захвата.

Коэффициент τ = Трсм  (0 < τ <1) показывает, какую часть общего времени смены Тсм составляет рабочее время Тр. При расчётах принимают, что τ не зависит от Wч. Сменная выработка (в гектарах) определяется по формуле:

                                                 Wсв = 0,1 Вр vр τ Тсм,                                                   (7)

где Тсм – продолжительность смены, ч. 

Предельные законы теории производительности МТА. При определении W по формуле (6) τ является постоянной величиной, не зависящей от Wч. В производственных условиях при значительном увеличении Wчрост производительности замедляется. Величина τ определяется соотношением рабочего времени смены Тр и нерабочего временем смены Тнер , через соотношение которых определим 

                              τ = Тр/(Тр+Тнер) = 1/(1+(Тнер/Тр)).                                              (8)

Так как Wсм Wч τ Тсм = Wч Тр , то Тр = Wсм /Wч., Подставляя в (8) значение Трполучим, что 

                                         τ = 1/ (1 + Тнер Wч / Wсм)                                                     (9)

В (9) (Тнер / Wсм) = tнер есть удельное нерабочее время, приходящееся на единицу обработанной площади(ч/га). Тогда

τ = 1/ (1 + Wч tнер),                                                          (10)

                                                  W=Wч /(1 + Wч tнер),                                                      (11)

                                                   Wсв=Wч Tсм/(1+Wч tнер)                                                 (12)

                                                                           tнер =  (1-τ)Wч  τ                             (13)

Таким образом, имеем две предельные закономерности изменения W при увеличении Wч: линейная зависимость при постоянном значении τ (6)  и нелинейная при постоянном значении tнер  (12).В общем случае τне является константой, а зависит от Wч и tнер Для обеспечения линейности функции W = f(Wч) необходимо, чтобы tнер уменьшалось по гиперболе (13) при τ = const [3].

   На рис. 1 представлены зависимости W, τtнер  (1, 2, 3) от Wч при постоянном значении  и при постоянном значении tнер   (4, 5, 6) для МТА шириной захвата 10,8 м. При Vp = 6 км/ч, τ = 0,75,  Wч = 6,48 га/ч. Это значение Wч = 6,48 га/ч и τ = 0,75 приняты как начальные условия для расчета W по формуле (11), чему соответствует точка А. 

Таким образом, получаются две предельные закономерности изменения W: при onst (6), при tнер=const(11).Заштрихованная зона (рис. 1) между двумя указанными предельными закономерностями изменения Wхарактеризует возможность увеличения производительности МТА при уменьшении tнер по гиперболе (13) по сравнению с tнер const

Рис-1 к статье Кузьмина

Рис. 1 Зависимости Wτtнер от Wч  при постоянном значении τ:  1 – W = 0,75Wч;  2 –  τ = 0,75; 3 – tнер = 1/3Wч; при постоянном значении tнер:  4 – tнер = 0,25/6,480,75 = 0,05 ч/га; 5 – W = Wч /(1+0,05Wч); 6 – τ = 1/(1+0,05Wч)

 

В случае определения W по (11) при tнер const их значения будут существенно зависеть от начальных условий, что видно из графиков рис.2.

Рис-2 к статье Кузина

Рис.2. Зависимости W = f(Wч) и τ  = f(Wч), при Wчн = 6,48 га/ч, tнер = 0,05 ч/га:

1 и 3; при Wчн=10,8 га/ч, tнер= 0,03 ч/га: 2 и 4; Wчн– начальные значения Wч 

(в точке А и В соответственно).

 

Это свидетельствует о том, что приведенные в справочниках данные о значениях τ должны содержать Wч, при которых получены эти значения для каждого вида с.-х. машин. В общем случае экстраполяция назад (в области АО и ОВ), а также проведение зависимостей W из нуля некорректны. Это объясняется тем, что производительность реально получалась при VP>0 и ВР>0. Поэтому графики W=f(Wч) следует строить не с нуля, а со значений Wч, при которых экспериментально определялось или рассчитывалось значение τ, как это представлено на рис.2.

Всё изложенное свидетельствует о том, что значение τ не характеризует полностью совершенства организации полевых работ, так как при одном и том же значении τ (например при 0,7) при Wч = 1 га/ч потери времени при обработке одного гектара составят tнер ≈ 0,43 ч/га, а при Wч = 5 га/ч эти потери составят всего 0,086 ч/га.  Очевидно, что вторая операция организована лучше, и повысить W и τ при ее выполнении будет труднее. Поэтому совершенство организации выполнения любой операции правильнее оценивать значением tнер.

Значения tнер, соответствующие определенным величинам Wч и τ, приведены в таблице 1. Их можно использовать для определения W = f(Wчtнер при указанных в ней начальных условиях.

     Таблица 1 Значения нерабочего времени смены

Значения
Wч, га/ч
Значения  tнер в часах при указанных величинах τ
τ=0,85 τ=0,8 τ=0,75 τ=0,7 τ=0,65 τ=0,6
1 2 3 4 5 6 7
1 0,176 0,250 0,333 0,429 0,539 0,667
2 0,088 0,125 0,167 0,214 0,269 0,333
3 0,054 0,083 0,111 0,143 0,180 0,222
4 0,044 0,063 0,083 0,107 1,135 0,167
5 0,035 0,050 0,067 0,086 0,106 0,133
7 0,029 0,042 0,056 0,071 0,090 0,111
8 0,025 0,040 0,048 0,061 0,077 0,095
9 0,022 0,031 0,042 0,054 0,067 0,083
10 0,020 0,028 0,037 0,048 0,060 0,074
11 0,017 0,025 0,033 0,043 0,054 0,067

При неограниченном увеличении Wч→∞ и tнер const производительность МТА за час сменного времени стремится к пределу

                                               Wмакс lim Wч/(1+Wч tнер) = 1/tнер.                           (14)

Поэтому расчеты W и Wсм при τ=const (линия1 на рис. 1)дают завышенные значения указанных величин, при увеличении Wч эта ошибка возрастает.

При использовании более производительной техники без изменения организации вспомогательных операций (tнер=const) рост W и Wсм замедляется и ограничивается значением, указанным в (14). Поэтому большое внимание при значительном увеличении Wч следует уделять методам увеличения τ уменьшением составляющих показывает, что уменьшением какой-то составляющей Тнер нельзя значительно повысить W  МТА, так как  имеется 20 нормируемых составляющих Тнер. Более эффективным путём является уменьшение большинства (лучше всех) составляющих Тнер. В первую очередь надо заняться теми нерабочими затратами времени смены, которые имеют большую величину по времени.

Структура затрат нерабочего времени зависит от положения дел в предприятии, от уровня организации технического обслуживания, от качества обработки полей и т.п. В результате исследований и обобщения опыта работы установлено, что наибольшие затраты нерабочего времени приходится на выполнение следующих операций:

Торг ― по организационным причинам: ожидание подвоза семян и удобрений, транспортных средств отвозки продуктов урожая от уборочных комбайнов, ожидание указаний о выполнении работы и др. Тто ― технологическое обслуживание агрегата: загрузка семенами и удобрениями, ядохимикатами, водой, выгрузка продуктов урожая из бункеров комбайнов и др. Тунт ― время на устранение нарушений технологического процесса: очистка рабочих органов от соломы, частей растений и т. п.

Тдх ― холостые проходы агрегата, вызванные сложной конфигурацией; остановка из-за каменистости в результате недостаточной подготовки полей к работе МТА.

Тп.п. ― подготовка поля к работе (отбивка загонов, обкосы и др.)

Ту.е. ― устранение мелких неисправностей.

То ― объезд препятствий, мешающих движению агрегата (столбы, валуны, пни),

Ттн. ―  время на устранение неисправностей, которое зависит не только от состояния техники, но и от качества подготовки полей к работе.

Исходя из этого, нами предложена система мероприятий по уменьшению всех нормируемых составляющих Тнер, которые представлены в виде логистической матрицы [3, 4]. Их следует использовать при анализе эксплуатации МТП хозяйства и при организации работы по увеличению производительности МТА. Мероприятия подразделяются на технические, технологические, организационные (административные), мелиоративные, кадровые и социальные, обучающие, внедрение результатов НИР, изобретательской и рационализаторской деятельности, а также опыта передовиков и новаторов. Этот опыт, к сожалению, в последнее время перестал учитываться и распространяться.

Контроль качества работы. Требования к качеству выполнения различных полевых работ изложены в агротехнических требованиях. Их выполнение осуществляется проведением контроля. Существует три вида контроля: входной, текущий (оперативный) и приемочный. При использовании компьютеризированных МТА появляется возможность осуществлять контроль качества и регулировку машин с места оператора без остановки МТА, что значительно повышает качество работы и производительность МТА, но недостаточно полно используется.

Методы повышение эффективности использования МТА следует разрабатывать в с.-х. предприятии в соответствии со следующим алгоритмом:

  1. Определение фактических показателей производительности МТА и качества работы, выявление недостатков в работе МТА, анализ непроизводительных затрат времени при выполнении полевых работ.
  2. Определение причин появления выявленных недостатков.
  3. Разработка мероприятий по устранению недостатков в работе МТА и вызывающих их причин. 
  4. Составление плана реализации разработанных мероприятий.
  5. Организация и обеспечение (материально-техническое, финансовое, кадровое и др.) выполнения плана мероприятий по повышению производительности и качества работы МТА.

Литература:

1. Курочкин, И.М. Производственно-техническая эксплуатация МТП : учебное пособие/ И.М. Курочкин, Д.В. Доровских. – Тамбов : Издво ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012 – 200 с.

2.  ГОСТ 27021-86 (СТ СЭВ 628-85) Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Тяговые классы― М.: Издательство стандартов, 1986.

3.  Кузьмин М.В. Нетрадиционные рабочие органы для технико - технологической модернизации сельскохозяйственного производства: дисс… д-ра техн. наук. М.: 2009, 430 с.

4. Кузьмин М.В., Тараторкин В. М. Разработка системы повышения производительности МТА / М.В. Кузьмин, В. М. Тараторкин //Аграрный форум. – 2011. – 1 (83). –С. 30 –33. 

 


Спецпредложение

     Предлагаем разработку "Индивидуального инвестиционно - технологического проекта технологической реструктуризации сельскохозяйственного производства", включающего: технологический аудит, анализ выявленных нарушений, подбор наиболее эффективных технологий, технологические расчеты по обоснованию мероприятий преобразования Вашего существующего производства в высокоэффективный бизнес (собственно технологической реструктуризации), а также разработку бизнес-плана реализации Проекта.

   Предлагаем консультационное сопровождение Вашего бизнеса до выхода на проектные показатели по продуктивности земли и животных, себестоимости производимой продукции и уровню рентабельности предприятия в целом.