Пастухов Валерій Іванович. Обґрунтування оптимальних комплексів машин для механізації польових робіт

Краткое описание

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

На правах рукопису

ПАСТУХОВ ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ

УДК 631.172

ОБГРУНТУВАННЯ ОПТИМАЛЬНИХ КОМПЛЕКСІВ
МАШИННИХ АГРЕГАТІВ ДЛЯ МЕХАНІЗАЦІЇ ПОЛЬОВИХ РОБІТ

05.05.11 машини і засоби механізації
сільськогосподарського виробництва

Дисертація
на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Науковий консультант
Бойко Анатолій Іванович,
доктор технічних наук, професор

Харків 2006

ЗМІСТ
ВСТУП................................................................................................................. 5

РОЗДІЛ 1
СТАН ПИТАННЯ ТА ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЬ.................................... 11
1.1. Аналіз методик урахування біопотенціалу рослин, ресурсів, та довкілля при механізованому вирощуванні сільгоспкультур.............................. 11
1.2. Аналіз методів прийняття рішень про раціональні варіанти виконання технологічних процесів, що здійснюються за допомогою МА............. 22
1.3. Особливості задач підвищення обґрунтованості вибору комплексів МА з врахуванням критеріїв витрат ресурсів, біопотенціалу рослин та стану екосистеми................................................................................................ 28
1.4. Задачі досліджень.................................................................................... 38
1.5. Висновки по розділу 1............................................................................ 41

РОЗДІЛ 2
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ОПТИМІЗАЦІЇ СКЛАДУ МТА ЗА КРИТЕРІЯМИ ВИТРАТ РЕСУРСІВ, РЕАЛІЗАЦІЇ БІОПОТЕНЦІАЛУ РОСЛИН ТА СТАНУ ДОВКІЛЛЯ......................................................... 43

2.1. Призначення комплексів машин для виконання польових робіт з врахуванням сукупності критеріїв.......................................................... 43
2.2. Формування множин стратегій ефективного виконання технологічного процесу..................................................................................................... 54
2.3. Прийняття рішення про оптимальний варіант комплексу МА під час розв’язання задачі ефективного виконання технологічного процесу.. 62
2.4. Реалізації технологічного процесу за типами комплексів МА та технологічними операціями.................................................................... 70
2.5. Висновки по розділу 2............................................................................ 74

РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ КРИТЕРІЇВ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ УМОВ ФУНКЦІОНУВАННЯ КОМПЛЕКСІВ МАШИН ПРИ ВИКОНАННІ ПОЛЬОВИХ РОБІТ................................................................................. 75

3.1. Задачі, напрямки і об’єкти досліджень.................................................. 75
3.2. Оцінка ресурсів при виборі і застосуванні комплексів машин для виробництва провідних сільгоспкультур............................................... 80
3.3. Критерій збереження біопотенціалу сільгоспкультур, як показник якості роботи комплексів МА............................................................................ 89
3.3.1. Дослідження МА з точки зору реалізації потенціалу сільгоспкультур 90
3.3.2. Вплив дії МА на реалізацію біопотенціалу цукрових буряків........... 108
3.4. Дослідження для визначення критерію збереження довкілля при роботі МА.......................................................................................................... 118
3.4.1. Методичні особливості досліджень з визначення критерію збереження довкілля.................................................................................................. 118
3.4.2. Узагальнення та обґрунтування граничних меж показників впливу на екосистему.............................................................................................. 119
3.4.3. Експериментальні дослідження ґрунтових показників екологічності при роботі МА.............................................................................................. 123
3.5. Аналіз технологій та засобів механізації при виробництві цукрових буряків................................................................................................... 131
3.5.1. Інтенсивна технологія виробництва...................................................... 131
3.5.2. Енергозберігаюча технологія вирощування цукрових буряків......... 137
3.5.3. Аналіз західноєвропейських технологій виробництва цукрових буряків................................................................................................................ 138
3.5.4. Комбінації українських та західноєвропейських технологій.............. 139
3.5.5. Технології та засоби для підвищення рівня збереження екосистеми.. 140
3.6. Висновки по розділу 3.......................................................................... 142

РОЗДІЛ 4 ЗАСТОСУВАННЯ НОРМАТИВНОГО МЕТОДУ.............................. 146

4.1. Визначення техніко-економічних показників комплексів машин у грошовому еквіваленті.......................................................................... 148
4.2. Визначення техніко-економічних показників комплексів машин у енергетичному еквіваленті.................................................................... 158
4.3. Комплексна оцінка ефективності комплексів машин........................... 164
4.4. Висновки по розділу 4.......................................................................... 166

РОЗДІЛ 5 МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИННИХ АГРЕГАТІВ............. 168

5.1. Основи алгоритму моделювання.......................................................... 168
5.2. Визначення критеріїв ефективності функціонування МА.................... 177
5.2.1. Визначення питомих витрат функціонування МА............................... 177
5.2.2. Коефіцієнт реалізації біопотенціалу..................................................... 206
5.2.3. Погіршення стану екосистеми............................................................... 217
5.3. Представлення вихідних даних результатів обчислень та приклад отримання.............................................................................................. 226
5.4. Висновки по розділу 5.......................................................................... 239

РОЗДІЛ 6 РЕЗУЛЬТАТИ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЇХ АНАЛІЗ............................. 240

6.1. Вихідні дані для моделювання.............................................................. 241
6.1.1. Вихідні дані для обчислення питомих витрат ресурсів та часу виконання технологічного процесу.............................................. 241
6.1.2. Формування вихідних даних для визначення коефіцієнтів реалізації біопотенціалу при виробництві цукрових буряків.............................. 242
6.1.3. Вихідні дані для визначення показника погіршення стану екосистеми 243
6.2. Результати оцінки комплексів з використанням формалізованих критеріїв та методів прийняття рішень.................... 245
6.3. Результати оцінки роботи комплексів з використанням експертних методів................................................................................ 249
6.3.1. Оцінка роботи комплексів по питомих витратах ресурсів та часу виконання технологічних операцій...................................................... 249
6.3.2. Оцінка комплексів машин по коефіцієнту реалізації біопотенціалу... 263
6.3.3. Оцінка показника погіршення стану екосистеми................................. 275
6.4. Реалізація результатів досліджень........................................................ 288
6.5. Висновки по розділу 6.......................................................................... 291

ВИСНОВКИ.................................................................................................... 294

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ........................................................ 297

ДОДАТКИ....................................................................................................... 315

Список литературы

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено нове вирішення наукової проблеми обґрунту­вання оптимальних комплексів машин для механізації польових робіт, що полягає в сукупності критеріїв ефективності функціонування комплексів машин та методі прийняття рішення про їх оптимальний комплекс в умовах невизначеності з врахуванням статистичної достатності реалізацій імітацій­ного моделювання технологічного процесу. Це дозволило розробити мето­дику визначення складу комплексів машин з мінімальними витратами ресурсів, погіршенням довкілля та забезпеченням максимальної реалізації біопотенціалу рослин.
1.Для існуючих методів обґрунтування оптимальних комплексів машин для механізації польових робіт характерними є неточність критеріїв з огляду на неврахування сукупної їх дії, а саме: ресурсів, необхідних для виконання технологічного процесу; реалізації біопотенціалу рослин та впливу машин на довкілля. Відсутні методи визначення імовірностних характеристик зазначених критеріїв та правила прийняття рішень про оптимальні комплекси для конкретних умов роботи та технічних характеристик машин.
2.Встановлено, що реалізація нових шляхів оптимального вибору комплексів машин з врахуванням такої сукупності критеріїв виконання технологічного процесу як витрати ресурсів, реалізації біопотенціалу рослин та стану довкілля можлива на основі створення статистичної імітаційної моделі технологічного процесу на комбінаторній множині стратегій різно­виду варіантів комплексів машин та реалізацій виконання технологічного процесу з одночасним врахуванням обмежень на вибір часткових стратегій, що визначаються експертно призначеними правилами прийняття рішення про оптимальність комплексу.
3.Доцільним методом побудови множин критеріїв ефективності технологічного процесу є згортання часткових критеріїв для кожної операції та стратегії її здійснення. Основним способом згортання критеріїв є застосу­вання адитивного підходу з відмінними значеннями ваги окремих критеріїв та методу визначення відносної відстані до мети. Під час згортання доцільно застосовувати операції нормування та інверсії критеріїв, що поліпшує ефек­тивність прийняття рішення про оптимальний варіант комплексу машин.
4.При імітаційному моделюванні розроблена методика, що містить сукупність нових відмінностей, які полягають в застосуванні карт поля з відомостями про рельєф та питомий опір ґрунту, що дає можливість отри­мати дійсну швидкість їх переміщення з врахуванням буксування агрегатів, а відтак реальні витрати палива; оцінити кількісно якість виконання технологічних операцій, технологічних матеріалів; а також дію сукупності характеристик екологічних показників та їх вагомість під час виконання технологічних операцій.
5.Визначення доцільного варіанту комплексу з використанням формалізова­них критеріїв дає логічні несуперечливі результати лише при значній відмінності у величинах критеріїв. Позитивним доповненням використання формалізованих критеріїв у інших випадках є застосування експертного методу аналізу результатів обчислення окремих критеріїв. При визначенні імовірності переваг певного комплексу досягається значне підвищення чутливості переваг порівнюваного комплексу. Наприклад, при порівнянні комплексів 3 та 4 по середніх значеннях сумарних питомих витрат різниця між показниками зазначених комплексів становить біля 20%. При попарному порівнянні імовірності переваг ці показники відрізняються в п’ять разів.
6.Коефіцієнт реалізації біопотенціалу культур обумовлюється якістю вико­нання технологічних операцій та якістю технологічних матеріалів, зокрема для технологічної операції сівби вплив фактору якості насіння на КРБП переважає вплив фактору якості виконання технологічного процесу. Для внесення добрив вплив якості виконання технологічної операції, що передається через коефіцієнт варіації норми внесення добрив, дещо переважає вплив якості матеріалу добрив (відповідні коефіцієнти кореляції 0,93 та 0,73).
7.Для технологічної операції збирання цукрових буряків встановлено, що КРБП суттєво залежить від густоти розміщення рослин та глибини ходу копачів під час збирання (відповідні коефіцієнти кореляції 0,89 та 0,98). При порівнянні альтернативних варіантів комплексів виявлено, що відмінність КРБП для різних комплексів є несуттєвою, що свідчить про те, що при її роботі, в основному, виконуються необхідні вимоги до якісного виконання технологічних операцій, для чого вчасно здійснюється технологічне налагодження машин та витримуються агротехнічні вимоги до терміну виконання технологічних операцій.
8.Екологічний стан ґрунту визначати доцільно такими характеристи­ками: сумарним енергетичним навантаженням, яке є інтегральною характе­ристикою пошкодження грунту та процентною кількістю часток ґрунту з розмірами меншими 0,25 м, що є характеристикою його ерозованості та ущільнення. Зменшення сумарного навантаження на грунт досягається збільшенням кількості операцій за один прохід МА та збільшенням ширини їх захвату. Для зменшення небезпеки ерозії грунту треба зменшувати вагу агрегатів та по можливості уникати застосування активних робочих органів.
9.По результатам досліджень розроблені технічні засоби для підви­щення якості виконання технологічних операцій: внесенню добрив, оранки, поверхневого обробітку грунту та сівби.
10.Методика і програмне забезпечення обґрунтування оптимальних комплексів машин використані Національним науковим центром ІМЕСГ УААН при розробці «Системи машин та технологічних регламентів вироб­ництва продукції рослинництва на 2006 - 2015 рр.» Відкритим акціонерним товариством УкрНДІСГОМ використані комп’ютерна програма та база даних при розробці нових і модернізації існуючих машин для вирощування та збирання врожаю цукрових буряків, кукурудзи та інших просапних культур.
Застосування методів обґрунтування вибору комплексів машин в господарствах, де проводилися виробничі дослідження дозволило зменшити питомі витати ресурсів по цукрових буряках більш як на 280 грн./га, що складає 24%, додатково отримати 7,6 ц/га соняшника, тобто збільшити його врожайність на 37%.
Результати досліджень по обґрунтуванню комплексів машин в рослинницт­ві прийняті до впровадження Головним управлінням агропромислового розвит­ку обласної державної адміністрації для реалізації «Комплексної програми розвитку сільського господарства Харківської області у 20012005 роках та на період до 2010 року». Очікуваний економічний ефект 20...25 млн.грн.