close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Технико-технологическое обеспечение уборки зерновых на основе позиционирования и мониторинга....pdf

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Тихоновский Виталий Владимирович
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ НА ОСНОВЕ
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА
Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства
механизации сельского хозяйства»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Новосибирск - 2015
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный аграрный университет»
Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор
Блынский Юрий Николаевич
Официальные оппоненты: Ловчиков Александр Петрович
доктор технических наук, доцент,
ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»,
заведующий кафедрой уборочных машин
Бурьянов Михаил Алексеевич
кандидат технических наук, ФГБНУ
СКНИИМЭСХ, с.н.с., отдела механизации уборочных работ
Ведущая организация
ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный аграрный университет»
Защита состоится 22 июня 2015 г. В 1200 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СибИМЭ), по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район,
р.п. Краснообск, а/я 460. Телефон (факс): 8(383) 348-12-09;
e-mail:sibime@ngs.ru
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направить в адрес диссертационного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале ФГБНУ СибИМЭ, автореферат и диссертация размещены на сайте: www.sibimerashn.ru.
Автореферат размещен на сайте:
www.vak2.ed.gov.ru
.
Автореферат разослан « » апреля 2015 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук
2
В.В. Коротких
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В соответствии с государственной программой
развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы агропромышленный комплекс и его базовая отрасль – сельское хозяйство являются ведущими системообразующими сферами экономики страны, формирующими агропродовольственный рынок, продовольственную и экономическую
безопасность, трудовой и поселенческий потенциал сельских территорий.
В растениеводстве предстоит освоить интенсивные технологии, базирующиеся на новом поколении тракторов и сельскохозяйственных машин.
Детальное рассмотрение работы уборочно-транспортной системы
(УТС) на уборке, транспортировании и разгрузке транспортных средств в
отделении приемки послеуборочной обработки зерна (ПОЗ) позволяет выявить ряд не решённых проблем, связанных с рациональным использованием техники. Следует учесть, что новое поколение машин, применяемых в
технологических схемах, оснащенных системами позиционирования, не
используют при работе все возможности, заложенные в базовую стоимость,
из-за отсутствия опыта и методик, и это свидетельствует о недостаточном
изучении данного направления. Поэтому вопросы, связанные с применением средств позиционирования и мониторинга машин на уборке, транспортировании и разгрузке транспортных средств в ПОЗ, являются актуальными.
Научная гипотеза. Повысить эффективность функционирования уборочно-транспортной системы при уборке зерновых возможно сокращением
непроизводительных пробегов машин на поле и применением средств позиционирования и мониторинга.
Цель исследования – повышение производительности уборочнотранспортной системы путем сокращения непроизводительных пробегов
машин за счет позиционирования, мониторинга и совершенствования технических средств.
Объект исследования – процесс взаимодействия технических средств в
подсистемах при различных схемах транспортного обслуживания в условиях позиционирования и мониторинга.
Предмет исследования – закономерности изменения временных параметров выполнения операций в условиях позиционирования и мониторинга
машин на поле.
Методика исследования. Поставленные задачи решены путём теоретических и экспериментальных исследований. В работе использован математический аппарат теории вероятности, математической статистики, теории массового обслуживания, а также методика многофакторного эксперимента с обработкой результатов исследований на ПК с помощью пакета
прикладных программ.
3
Научная новизна:
- математическая модель определения времени цикла технических
средств в условиях случайного распределения мест выгрузки бункера в
кузов транспортного средства (ТС) с учетом применения средств позиционирования и мониторинга;
- зависимости влияния средств позиционирования и мониторинга на
показатели, характеризующие производительность функционирующей
УТС (коэффициенты простоя уборочных машин (Кк), транспортных
средств (Кт)) при различных схемах транспортного обслуживания.
Новизна технических решений подтверждена двумя патентами [Пат.
РФ № 108398; № 128595].
На защиту выносятся:
- технологические схемы транспортного обслуживания зерноуборочных машин с применением средств позиционирования и мониторинга;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по
обоснованию рациональных пределов применения технологических схем
транспортного обслуживания уборочных машин (УМ) на уборке зерновых
с применением средств позиционирования и мониторинга;
- технические решения устройств для интенсификации транспортных
операций.
Практическая значимость работы:
1. Разработаны рекомендации по применению позиционирования и мониторинга машин на поле при различных технологических схемах транспортного обслуживания.
2. Результаты исследований могут быть использованы в учебном и
научном процессах.
Достоверность исследований подтверждается:
- корректностью применения апробированного математического аппарата теории вероятности, теории массового обслуживания;
- количеством экспериментов, проведенных с использованием поверенных приборов и оборудования по признанной методике;
- согласованностью результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены в Кочковском
районе, ООО «Пролетарка» Ордынского района Новосибирской области, а
также используются в учебном и научном процессе ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на научно-техническом семинаре «Организационно-экономические проблемы и перспективы развития АПК» ( ГНУ СибНИИЭСХ п. Краснообск, 2007 год); на ежегодной научно-практической
конференции инженерного института, (ФГБОУ ВПО НГАУ г. Новосибирск, 2008,2009 год); на международной научно-практической конферен4
ции, посвящённой 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И.
Селиванова «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», (ГНУ СибИМЭ п. Краснообск, 2008 год); на VII региональной научно-практической конференции
молодых учёных и специалистов Сибирского федерального округа «Инновационный потенциал молодых ученых в развитии агропромышленного
комплекса Сибири», (ФГБОУ ВПО НГАУ г. Новосибирск, 2009 год); на II
научно-практической конференции посвящённой памяти Анфиногенова
М.А., (ФГБОУ ВПО НГАУ г. Новосибирск, 2010 год); на международной
научно-практической конференции «Актуальные вопросы научного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири», (ГНУ
СибИМЭ, п. Краснообск, 2011 год); на международной научнопрактической конференции молодых ученых «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых», (СО Россельхозакадемии п. Краснообск, 2012 год).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано
17 печатных работ, в том числе 5 публикаций в изданиях, рекомендованных
ВАК РФ, получено 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, рекомендаций, библиографического списка,
включающего 149 наименований, из них 10 на иностранных языках и приложений. Общий объем составляет 161 страницу машинописного текста,
который включает 19 таблиц, 61 рисунок.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность работы, ее практическая значимость, цель исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований»
представлено обоснование выбранного направления исследований.
На основе анализа официальных источников приведены данные по посевным площадям и о валовом сборе зерновых. Изучены особенности природно-производственных условий Западной Сибири. Представлены данные
по обеспеченности автомобильными дорогами всех категорий. Представлен
обзор количественного и модельного ряда зерноуборочных комбайнов зоны. Проведён анализ исследований по вопросам эффективного использования технологических уборочно-транспортных систем, из которого следует,
что большую значимость при этом имеет организация уборочного процесса
и схема взаимодействия транспортных средств с уборочными машинами.
Проблеме взаимодействия уборочных машин и сборочно-транспортных
средств, разработке уборочных, транспортных и других процессов в сельскохозяйственном производстве в разное время посвящены труды Ю.Н. Блынского, В.В. Ботороева, А.И. Бурьянова, Ю.А. Гуськова, Б.Д. Докина, Ф.С. Зава5
лишина, А.А. Зангиева, А.Ю. Измайлова, В.Д. Игнатова, М.С. Каплановича,
А.М. Крикова, Э.И. Липковича, А.П. Ловчикова, Н.И. Овчинниковой, А.В.
Пискарёва, С.Г. Плохова, А.Н. Скороходова, И.П. Терских, В.Р. Торопова,
Ю.Н. Упкунова, Г.Е. Чепурина и других ученых.
В настоящее время применительно к зональным условиям возделывания зерновых ещё не достаточно изучены методы комплексного решения
задач уборки, транспортирования и разгрузки ТС в ПОЗ с применением
средств позиционирования и мониторинга. Научные исследования в области построения технологических процессов с применением средств позиционирования и мониторинга выполнены относительно отдельных звеньев
системы, что вызывает необходимость комплексных разработок.
Анализ существующих технологических схем и операций уборки и
транспортировки зерновых показал, что резерв повышения производительности уборочно-транспортной системы заключается в применении средств
позиционирования и мониторинга машин (ПиМ) и специализированных
технических средств.
Для подтверждения гипотезы и достижения поставленной цели исследования с учетом изученности вопроса сформулированы следующие задачи:
- разработать математическую модель определения времени цикла
технических средств в условиях случайного распределения мест выгрузки
бункера в кузов транспортного средства (ТС) с учетом применения средств
позиционирования и мониторинга;
- определить эффективность использования позиционирования и мониторинга машин на производительность УТС при различных схемах
транспортного обслуживания, обосновать рациональные пределы их использования;
- дать оценку эффективности основных результатов исследований.
Во второй главе «Логистическое построение взаимодействия уборочных и транспортных машин» проведён теоретический анализ функционирования УТС при различных схемах транспортного обслуживания
уборочных машин (УМ), при прямоточных перевозках, с использованием
оборотных прицепов и большегрузных прицепов-перегружателей (ПП), в
основу которого положены методы теории вероятности и теории массового обслуживания. В результате получены теоретические зависимости взаимодействия подсистем УТС с применением и без систем позиционирования
и мониторинга.
Эффективность работы уборочно-транспортной системы позволяет
оценить её производительность WУТС:
n
WУТС ≤ ε
∑W
k =1
6
Кk
≤ W ПОЗ ,
(1)
n
∑W
где
Kk
– суммарная теоретическая производительность комбай-
k =1
нов, т/ч;
m
ε=
∑W
n
ТС k
k =1
/
∑W
Kk
– коэффициент поточности, ε →1, ε ≤1;
k =1
m
∑W
ТСk
– суммарная фактическая производительность ТС, т/ч;
k =1
WПОЗ – производительность отделения приемки ПОЗ, т/ч.
Увеличение выполнения машинами операций при рациональных режимах их работы в течение сменного времени способствует повышению эффективности использования их потенциальных возможностей. При построении УТС учитывались не только рациональные параметры уборочных и
транспортных машин, но и продолжительность выполняемых операций,
входящих в цикл, влияющих на функционирование системы.
Тогда, при условии, что УМ не должны простаивать в соответствии с
выражением (1), производительность УТС будет зависеть от ε. Но в производственных условиях ε значительно ниже 1. Из этого следует, что целесообразно представленное соотношение изучить в сложившихся условиях и
найти пути его повышения.
1. Взаимодействие машин при прямоточных перевозках
Для исследования взаимодействия машин при прямоточных перевозках
представим УТС как замкнутую систему массового обслуживания с временной избыточностью, где подсистема обслуживания – уборочные машины, а транспортные средства (ТС) – заявки. Так как в УТС одновременно не
может находиться более m транспортных средств, тогда она в момент времени t может находиться более чем в m+1 различных состояниях, определяемых числом транспортных средств, находящихся на обслуживании и
ожидающих его.
Представим, что поток ТС поступает в пункт А (край поля либо разгрузочная магистраль), где они ожидают заполнения первого бункера
комбайна. На поле работает подсистема, состоящая из Nn уборочных
машин (рисунок 1), функционирование которой определяется следующими ограничениями:
- суммарный объём бункеров комРисунок 1 – Схема процесса формирования времени цикла ТС при байнов равен объёму кузова ТС;
обслуживании по схеме прямоточных перевозок
7
- время переезда от места стоянки составляет ТЦТС = t0→1→2→....к......0.
Тогда время цикла сбора и выгрузки ТС можно определить по следующей формуле:
Т цтс =
L1
VТП
+
QБ n
QБ 2
( LБ − ∆LПиМ
)
L
L
n
+ tOK 2 + 2 +
+ tOK n + n
+
+ П + t В , (2)
WВШ1
V2 WВШ 2
Vn
WВШ n VТГ
QБ1
где L1 , L2 , L П − расстояние, пройденное ТС от ПОЗ до первого, от первого
до второго комбайна, от последнего комбайна до ПОЗ, км;
( LБn − ∆LПиМ
) − расстояние, пройденное ТС до n-го комбайна, км;
n
∆LПиМ
= LБn − LПиМ
− изменение расстояния, проходимого ТС до n-го
n
n
комбайна с ПиМ, км. Без применения ПиМ ∆LПиМ
= 0 км;
n
− расстояние, пройденное ТС до n-го комбайна с ПиМ, км;
LПиМ
n
LБn − расстояние, пройденное ТС до n-го комбайна без ПиМ, км;
VТП , VТГ , V n − средняя скорость ТС порожнего, с грузом, по полю, км/ч;
3
Q Бn − объём бункера n-го комбайна, м ;
W ВШ n − производительность выгрузного шнека n-го комбайна, м /ч;
3
t OК n − время ожидания намолота бункера последующего комбайна, ч;
t В − время выгрузки ТС на ПОЗ, ч.
С учетом вышеизложенного обозначим Рк(t)=(к=0,1,2,..) как вероятность того, что в момент времени t в УТС находится к транспортных
средств. Опишем состояния, в которых может находиться УТС, следующей
системой дифференциальных уравнений:
 dР0
 dt

 dРk
 dt

 dР
 k
 dt
 dР
 m

 dt
= −mλP0 (t ) + µP1 (t )
= −[(m − κ )λ + κµ ]Pk (t ) + (m − κ + 1)λPk −1 (t ) + (κ + 1)Pk +1 (t ), при 0 < к < n
= −[(m − κ )λ + nµ ]Pk (t ) + (m − κ + 1)λPk −1 (t ) + nµPk +1 (t ), при n ≤ к < m
(3)
= −λPm−1 (t ) + nµPm (t ), при к = m,
где λ – интенсивность поступления ТС;
µ – интенсивность загрузки ТС;
n – уборочные машины, находящиеся в УТС;
m – транспортные средства, находящиеся в УТС;
к - транспортные средства, находящиеся на поле.
Решение системы (3) позволяет определить основные показатели, характеризующие производительность функционирования УТС, такие как
8
коэффициенты простоя уборочных машин (Кк), транспортных средств (Кт)
и пропускная способность машин в подсистемах α=λ/μ: λ – интенсивность
поступления ТС; µ – интенсивность загрузки ТС.
В результате исследования
зависимости
числа
простаивающих
уборочных машин и
транспортных средств от
пропускной способности
системы с применением и
без ПиМ (рисунок 2),
получим, что с увеличением α число простаиваРисунок 2 – Расчетная зависимость числа проющих комбайнов снижастаивающих комбайнов и транспортных
ется, а транспортных
средств от пропускной способности системы с
средств увеличивается,
применением и без ПиМ
имеется резерв снижения простоев машин (ΔКк, ΔКт). При значениях α ≈1,1
– 1,23 достигаем состояния системы, когда Кк→0, а её производительность
для высокопроизводительных отечественных и зарубежных комбайнов
увеличивается за счет роста времени чистой работы.
Такое состояние системы целесообразно рассматривать при ограниченном времени уборочного периода, что характерно для Западной Сибири изза погодных условий. Построение таких систем влечет за собой увеличение простоев транспортных средств, но обеспечивает бесперебойную работу уборочных машин.
2. Взаимодействие машин при перевозках оборотными прицепами
При организации перевозок по данной схеме (рисунок 3 а,б) взаимодействия машин опишем двумя системами массового обслуживания:
- обслуживание прицепов комбайнами будем рассматривать как систему массового обслуживания с неограниченным потоком заявок, где подсистемой обслуживания являются комбайны, которые обслуживают тракторные прицепы (рисунок 3 а);
- обслуживание прицепов тракторами-тягачами будем описывать системой массового обслуживания с групповым поступлением заявок. Подсистема
обслуживания – тракторытягачи, заявки – прицепы
(рисунок 3 б).
Проанализируем работу первой системы, состоРисунок 3 – Схема взаимодействия машин при ящей из n комбайнов и m
прицепов. При этом время
обслуживании оборотными прицепами: а –
взаимодействие комбайна и прицепа; б – взаи9
модействие трактора-тягача и прицепа
загрузки прицепа будет формироваться следующим образом:
t ЗП = (t ЗК 1 + t ВК 1 ) + ... + (t ЗКN + t ВКN ),
(4)
– время заполнения бункера комбайна, соответственно
где tЗК1, tЗКN
первого и N-го;
tВК1, tВКN – время выгрузки бункера комбайна, соответственно первого и
N-го.
Возможные состояния СМО опишем системами дифференциальных
уравнений, решение которых позволяет определить коэффициенты простоя
УМ и ТС по следующим зависимостям:
n −1
KК =
∑
k =0
n−k k
α P0
k!
,
n
(5)
∞
n
n − Nз
= 1−
KT =
n
∑
kPk +
k =0
∑ nP
k
k = n +1
n
.
(6)
Рассмотрим работу системы состоящей из двух комбайнов Енисей 1200М, одного Т-150К и двух прицепов ОЗТП-9557, при урожайности зерновых 1,2 – 3,2 т/га. Зависимости Кк и Кт от расстояния перевозки зерна с
поля на ток приведены на рисунке 4 при урожайности 1,2 т/га.
Анализ полученных зависимостей показывает, что при увеличении расстояния перевозок более 5 км, коэффициент простоя комбайнов значительно растет, а простои
тракторовтягачей в ожидании
груженого прицепа
будут стремиться к
нулю, при этом
применение ПиМ
снижает
простои
технических
Рисунок 4 – Расчетное распределение коэффициента средств (ΔКк, ΔКт).
простоя комбайнов – 2,4 и трактора-тягача – 1,3 от Таким
образом,
расстояния перевозок
данная
схема
транспортного обслуживания рациональна на малых расстояниях перевозок.
3. Взаимодействие уборочно-транспортных машин при перевозках
с использованием большегрузного прицепа-перегружателя
При рассмотрении подсистем можно представить как сложную СМО
со смешанным поступлением заявок, где подсистема обслуживания –
большегрузный прицеп перегружатель (ПП), заявки – комбайны, поступающие в подсистему с параметром λ1 и магистральные автопоезда, посту10
пающие с параметром λ2. Так, при обслуживании УМ время цикла ПП для
обеспечения их бесперебойной работы опишем выражением следующего
вида:

Т цпп(1фаза) = 


∑ ((t
n
Б
n
2

− ∆t nПиМ + t nвыгр )  + (tТС + t ТСвыгр ) + t1 ,


)
(7)
которое справедливо при условии, что в звене УМ n ≥ 2,
где (t nБ − ∆t nПиМ ) − время переезда от одного комбайна к следующему, ч;
∆t nПиМ = t nБ − t nПиМ − изменение времени переезда от одного комбайна к
следующему с ПиМ, ч. Без применения ПиМ ∆t nПиМ = 0 ч;
t nПиМ − время переезда от одного комбайна к следующему с ПиМ, ч;
t nБ − время переезда от одного комбайна к следующему без ПиМ, ч;
ч.
tnвыгр – время выгрузки комбайна в прицеп-перегружатель, ч;
tтс – время переезда от последнего комбайна к ТС, ч;
tТСвыгр – время разгрузки ПП в магистральный автопоезд, ч;
t1 – время переезда от магистрального автопоезда до первого комбайна,
При обслуживании магистральных автопоездов время цикла ПП опишем выражением следующего вида:
k
Т цпп(2фаза) =
∑
i =1
n
Т ПП k +
∑Т
ВК n
+ Т ВПП ,
(8)
i =1
k
где
∑Т
ПП k
− время переездов ПП от исходной точки до возвращения к
i =1
ней, ч;
n
∑Т
ВК n
− общее время выгрузки комбайнов, ч;
i =1
Т ВПП − время выгрузки перегружателя, ч.
Состояния системы в процессе её функционирования описано системами дифференциальных уравнений, решение которых приводит к формулам
для определения КК и КТ вида:
N
КК =
∑
k =0
P0, n , =
α2
P ,
1−α2 0
N
(9)
КТ =
∑P
n1 ,0 , =
k =0
α1
1 − α1
P0 ,
(10)
11
С
использованием
выраженй (9) и (10) получены зависимости, отражающие
изменение
показателей функционирования рассматриваемой
УТС (рисунок 5).
Анализ полученных
зависимостей позволил
определить,
что
при
обеспечении пропускной
=
α2
Рисунок 5 – Зависимость коэффициента про- способности
0,98…..1,2
простои
мастоя комбайнов и магистральных автопоездов
шин будут минимальныот пропускной способности α2
ми, что увеличит время
полезной работы, а, следовательно, и увеличит производительность УТС в
целом.
4. Взаимодействие транспортных средств с отделением послеуборочной обработки зерна при разгрузке
При исследовании рассматриваемой системы взаимодействие подсистем ТС и ПОЗ можно представить как СМО при групповом поступлении
заявок, где отделение приема (приемный бункер, завальная яма, площадка
временного хранения) – подсистема обслуживания, а груженые ТС – заявки. В результате решения системы дифференциальных уравнений получена
формула для определения коэффициента простоя транспортных средств КТ
при разгрузке.
На основании расчётных
данных с использованием временных характеристик, полученных экспериментально и
представленных в диссертации,
выявлены и построены зависимости изменения коэффициента
простоя ТС от производительности ПОЗ (Wпоз, т/ч) ( рисунок
6).
Таким образом, установлеРисунок 6 – Зависимость коэффициента но, что при обеспечении достапростоя транспортных средств от произ- точных мест разгрузки простои
водительности отделения приемки после- ТС будут минимальными, что
снижает время оборота ТС и
уборочной обработки зерна
обслуживание УМ.
12
Полученные результаты позволяют производить расчёты простоев машин при различных схемах транспортного обслуживания УМ в целях повышения производительности системы. Данный алгоритм положен в основу обоснования рациональных пределов исследуемых схем транспортного
обслуживания УМ.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа и методика их проведения. Программа
исследований предусматривает решить следующие вопросы: проверка правомерности принятых допущений в теоретических исследованиях, сборка
статистических данных для расчета изменения производительности УТС,
определение уравнения связи между выбранными факторами и производительностью системы; описание технических средств, принятых способов
обработки экспериментальных данных.
Объектом исследований является процесс взаимодействия машин в
подсистемах при различных схемах транспортного обслуживания в условиях позиционирования и мониторинга технических средств на поле. Измерение затрат рабочего времени смены машин в УТС проводили посредством наблюдений с поэлементным анализом всех составляющих рассматриваемого технологического процесса. Для точности и достоверности результатов исследований при работе УТС применялись современные средства позиционирования, мониторинга и обработки данных («Автограф
GSM», систем спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС Garmin, ноутбук
Asus) (рисунок 7).
Экспериментальная
проверка
адекватности разработанной аналитической модели, а также исследование влияния существенных факторов на производительность системы проводилась в условиях лесостепной зоны Западной Сибири, где
нашли применение исследуемые
уборочно-транспортные комплексы
Рисунок 7 –Мониторинг УТС в ре- машин, с урожайностью зерновых
до 3,2 т/га, расстоянием перевозок
жиме реального времени
до 21 км на протяжении семи лет с
2007 по 2013 гг.
После выбора исследуемого поля объезжали его по контуру для фиксации геометрической конфигурации, соотношения сторон, площади и получали карту поля в электронном виде, которую переносили на ПК для дальнейшей обработки и занесения в базу бортового самописца «Автограф
GSM». При этом точность измерений без дополнительных систем и поправок при повышенной облачности составляла до ±4 м. Дальнейшая работа
заключалась в регистрации новых данных в приборах и листах наблюде13
ний. Для каждого намолоченного бункера в памяти прибора и листе
наблюдения заносили его порядковый номер и позицию в виде широты и
долготы, а бортовой самописец фиксировал все перемещения и остановки.
Для ТС все его перемещения и простои фиксировались посредством самописца аналогично УМ. Затем данные передавались через сотовую сеть
GSM на сервер, с которого мы запрашивали информацию через Интернет
для дальнейшего анализа. Полученные данные по пробегам и распределениям мест намолота бункеров позволили спроектировать возможные варианты прокладки разгрузочных магистралей на загоне.
В результате изучения УТС и анализа литературы были определены
основные факторы, влияющие на изменение потока зерна при различных
технологических схемах транспортного обслуживания УМ, априорно и на
основании поисковых экспериментов выделены наиболее существенные
см. таблицу. За функцию отклика принималась производительность УТС.
Уровни и интервалы варьирования факторов
Факторы
Урожайность, U, т/га
Объём бункера, QБ ,м3
Грузоподъёмность транспорта, q, т
Расстояние перевозок, L, км
Объём прицепа- перегружателя, QПП, м3
Условные
обозначения
U
QБ
Код
X1
X2
Уровни факторов
-1
0
+1
1,2
2,2
3,2
5
8,5
12
Интервал
варьирования
1
3,5
q
X3
7
20
33
L
X4
6
13
20
7
QПП
X5
0
22
44
22
13
Выбран композиционный симметричный трехуровневый план № 75.
Обработка опытных данных, полученных в результате эксперимента,
проводилась посредством регрессионного анализа.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований
УТС на уборке зерновых» приведены результаты экспериментальных исследований, проверена адекватность используемых теоретических предпосылок в отношении интенсификации уборочно-транспортного процесса на
уборке зерновых.
Анализ
результатов
приведён применительно к
различным
технологическим схемам транспортного
обслуживания уборочных
машин.
Рассматривая зависимость среднего квадратического отклонения (σ) вреРисунок 8 – Зависимость среднего квадратимени цикла от изменения
ческого отклонения времени цикла от измерасстояния перевозок (L)
нения расстояния перевозок
(рисунок 8) видим, что с
увеличением L σ растёт. Пиковое увеличение σ происходит для тракторно14
го поезда при L › 5 км, для КамаЗ – 55111 + СЗАП-85514 при L › 15 км и
для Renault premium
lander 440 DXI +Тонар
95234-0000060 при L ›
20 км.
Исследования прямоточных
перевозок
показали (рисунок 9),
что с увеличением числа ТС в системе коэффициент простоя УМ,
Рисунок 9 – Зависимость теоретических и экспе- как теоретический, так
риментальных показателей функционирования и экспериментальный,
снижается, а трансУТС от изменения числа ТС в системе
портных средств – соответственно возрастает. Максимальное значение производительности уборочно-транспортной системы достигается при Кк → 0, а дальнейшее увеличение ТС не приводит к росту WУТС. Рациональное число ТС в системе соответствует минимуму простоев комбайнов 5 › Кк ≥ 0, коэффициент поточности ε = 0,87, при этом производительность УТС на 7 – 11 % ниже максимальной расчетной.
Анализ данных по непроизводительным пробегам при случайном распределении мест намолота бункера с использованием систем спутниковой
навигации и мониторинга позволили выявить рациональные варианты прокладки разгрузочных магистралей (РМ), так при длине гона менее 2000 м и
урожайности не более 2 т/га целесообразно прокладывать одну РМ с координатами 0,5lр (где lр – рабочая длина гона), при длине гона от 2000 м и
урожайности более 2 т/г целесообразно прокладывать три магистрали, одна
из которых по средине загона будет иметь координаты 0,5lр, а боковые,
расположенные по краям загона, прокладываются на расстоянии 0,17lр, что
в 3 раза позволяет сократить средние пробеги машин по полю.
Зависимость коэффициентов простоя УМ
и ТС (рисунок 10) от
числа
транспортных
средств в системе показала, что при перевозках
оборотными
Рисунок 10 – Зависимость эксплуатационных по- прицепами потребное
казателей УТС от изменения числа ТС в системе число ТС (тракторовтягачей) на 25 %
при перевозках оборотными прицепами
15
меньше, чем при прямоточных.
Анализ зависимостей (рисунок 10) показывает, что транспортное обслуживание уборочных машин с применением систем позиционирования и
мониторинга при транспортном обслуживании оборотными прицепами
позволяет сделать работу УМ частично не зависящей от работы тракторовтягачей, обеспечивая минимальный коэффициент простоя машин при расстоянии перевозок до 5 км Кк≤0,05, Кт≤0,10, коэффициент поточности ε =
0,93, что позволяет повысить производительность УТС на 4,9 %.
Зависимость коэффициентов простоя УМ и ТС (рисунок 11) от числа
транспортных средств в системе показывает, что с применением большегрузных прицепов-перегружателей число магистральных автопоездов снижается на 2-3 единицы.
При этом коэффициент
простоя
уборочных
машин составляет 2 – 7
%, ТС не превышает 10
%. Таким образом, при
расстоянии перевозок
12-15 км и более, урожайности более 2 т/га
простои УМ и ТС сниРисунок 11 – Зависимость эксплуатационных жаются, а потребность
показателей эффективности функционирования в ТС сокращается; производительность высоУТС от изменения числа ТС в системе
копроизводительных
зерноуборочных комбайнов повышается на 10-25 %; коэффициент поточности ε = 0,92, производительность УТС в целом повышается на 7-18 %.
В результате реализации многофакторного эксперимента получено
уравнение регрессии, описывающее изменение производительности уборочно-транспортной системы (WУТС) в натуральных величинах:
WУТС = -7,696 +2,555U +1,285QБ +0,098q – 0,049L + 0,093QПП +
0,189UQБ+ + 0,049Uq + 0,008UQПП – 0,012QБq – 0,004QБL–0,003LQПП –
(11)
– 0,167U2 – 0,067QБ2 – 0,007q2 + 0,009L2 – 0,007QПП2 ,
где U – урожайность, т/га;
QБ – объём бункера, м3;
q – грузоподъемность транспорта, т;
L – расстояние перевозок, км;
QПП – объем прицепа-перегружателя, м3.
Проведенный анализ зависимостей, представленных на рисунок 12 и
13, показал, что наибольшее влияние на производительность УТС оказывает урожайность.
16
Рисунок 12 – Зависимость производительности УТС от урожайности зерновых и объёма прицепа перегружателя (QБ = 8 м3)
Рисунок 13 – Зависимость производительности УТС от объёма бункера комбайна и объёма прицепа перегружателя (U = 2,1 т/га)
Максимальное значение производительности 17,7 т/ч получено при
урожайности 2,1 т/га. Объём бункера комбайна при этом составил 8 м3, а
ПП – 22 м3.
Результаты полученных данных по применению систем спутниковой
навигации, мониторинга машин и прокладки РМ позволяют достичь экономии 900-1300 рублей на единицу подвижного состава при 20 – дневном
уборочном периоде. Повышение производительности высокопроизводительного зерноуборочного комбайна Tucano 450 на 10-25 % позволит поднять его сменную наработку на 17…42 тонны зерна.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. На основе полученных закономерностей функционирования уборочно-транспортных средств определены пути повышения производительности системы на уборке зерновых культур за счет применения средств позиционирования и мониторинга машин на поле.
2. Разработана математическая модель, учитывающая влияние непроизводительных пробегов машин в подсистемах при случайном распределении мест окончания намолота бункера комбайна, с применением средств
позиционирования и мониторинга, которая позволяет определить время
цикла технических средств.
17
3. Установлено, что применение систем позиционирования и мониторинга машин:
- при прямоточных перевозках зерна приводит к сокращению взаимообусловленных простоев машин до 12 -23 %, а производительность УТС
на 7 – 11 % ниже максимальной расчетной, рациональное расстояние перевозок не более 12-15 км;
- при использовании оборотных прицепов работа комбайнов более
независима от транспорта, а число тракторав-тягачей сокращается на число
уборочных машин в системе. Данная технологическая схема перевозок целесообразна на расстояния до 5 км, при этом производительность УТС повышается на 4,9 %. Прокладка разгрузочных магистралей при случайном
распределении мест намолота бункера комбайна с использованием средств
позиционирования и мониторинга технических средств в 3 раза сокращает
непроизводительные пробеги машин по полю;
- при вводе большегрузного прицепа-перегружателя в состав УТС
приводит к сокращению потребного числа магистральных поездов на 35 %,
при этом их простои снижаются на 4…10 %, комбайнов на 2..7 %, а производительность системы повышается на 9-18 %. Рациональные плечи перевозок для этой схемы транспортного обслуживания составляют 12..15 км и
более.
4. Выявлено, что применение технических средств, для интенсификации транспортных операций (гидрофицированной сцепки [Пат. № 2088426]
с опорным устройством полуприцепа) позволят сократить время отцепки и
прицепки полуприцепов на 6 – 9 %.
5. Определено, что использование на послеуборочной обработке зерна
резервной площадки для разгрузки магистральных автопоездов и оборотных прицепов, снижает их простои до 2-5 %.
6. Расчётный экономический эффект от внедрения рационального построения транспортного обслуживания зерноуборочных комбайнов с применением систем позиционирования и мониторинга составит 900 – 1300
рублей на единицу подвижного состава, а повышение их производительности на 17 – 42 т/см.
Основное содержание диссертации отражено
в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Блынский Ю.Н. Применение систем спутниковой навигации в построении уборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири /
Ю.Н. Блынский, В.В. Тихоновский, А.В. Сухосыр // Вестник НГАУ. –
2009. – №9. – С. 52-56.
2. Тихоновский В.В. Использование систем спутниковой навигации
на уборке зерновых / В.В. Тихоновский, А.В. Сухосыр // Механизация и
электрификация сельского хозяйства. – 2009. – № 2. – С. 14.
18
3. Тихоновский В.В. Интенсификация уборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири // Вестник НГАУ. – 2011. - №1(17). – С.
144-147.
4. Тихоновский В.В. Совершенствование уборочно-транспортного
процесса на уборке зерновых в Сибири / В.В. Тихоновский, Ю.Н. Блынский // Вестник НГАУ. – 2012. - №3(24). – С. 102-105.
5. Тихоновский В.В. Повышение эффективности функционирования
уборочно-транспортной системы на уборке зерновых / В.В. Тихоновский,
Ю.Н. Блынский // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –
2013. – № 2. – С. 22-24.
Патенты и свидетельства:
6 Пат. На полезную модель № 108398 РФ, МПК В62D 53/06. Опорное
устройство полуприцепа / В.В. Тихоновский, С.А. Голубь, Ю.Н. Блынский
– № 2011112385; заявл. 31.03.2011, опубл. 20.09.2011 г. Бюл. № 26.
7 Пат. На полезную модель № 128595 РФ, МПК В62D 53/06. Опорное
устройство полуприцепа / В.В. Тихоновский, С.А. Голубь, Ю.Н. Блынский, Ю.А. Гуськов – № 2012147792/11; заявл. 09.11.2012, опубл.
27.05.2013 г. Бюл. № 15.
Другие издания:
8. Тихоновский В.В. Особенности уборки зерновых культур в Западной Сибири (тезисы) // Материалы ежегод. науч.-практ. конф. студентов и
аспирантов Инженер. ин-та (Новосибирск, 2 апреля 2008 г.) / Новосиб. гос.
аграр. ун-т. Инженер. ин-т. – Новосибирск, 2008. – С. 33-35.
9. Тихоновский В.В. Прокладка транспортных магистралей на поле с
использованием систем спутниковой навигации / В.В. Тихоновский, Ю.Н.
Блынский, А.В. Сухосыр // Машинно-технологическое, энергетическое и
сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири: материалы
междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения акад.
ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (п. Краснообск, 9-11 июня 2008 г.) / Россельхозакадемия. Сиб. Отд-ние. ГНУ СибИМЭ. – Новосибирск, 2008. – С. 394398.
10. Тихоновский В.В. Особенности уборки зерновых культур Западной Сибири / В.В. Тихоновский, А.В. Сухосыр // Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири: материалы VI межрегион. конф. молод.
ученых и спец. аграр. вузов Сиб. фед. окр. (18-21 июня 2008 г.) / Алтайс.
гос. аграр. ун-т. – Барнаул, 2008. – С. 106-108.
11. Тихоновский В.В. Системы спутниковой навигации в интенсификации уборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири (тезисы) // Инновационный потенциал молодых ученых в развитии агропромышленного комплекса Сибири: материалы VII межрегион. конф. молод.
ученых и спец. аграр. вузов Сиб. фед. окр. (3-5 июня 2009 г.) / Новосиб. гос.
аграр. ун-т. – Новосибирск, 2009. – С. 127-128.
19
12. Тихоновский В.В. Интенсификация уборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири // Материалы II науч.-практ. конф. студентов и аспирантов, посвящ. памяти Анфиногенова Михаила Андриановича (11 ноября 2010 г.) / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т. – Новосибирск, 2010. – С. 16-19.
13. Тихоновский В.В. Совершенствование сборочно-транспортного
процесса на уборке зерновых в Сибири / В.В. Тихоновский, Ю.Н. Блынский // Актуальные вопросы научного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в Сибири: материалы междунар. науч.-практ.
конф. / Рос. акад. с-х. наук. ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии. – Новосибирск, 2011. – С. 195-200.
14. Тихоновский В.В. Применение систем спутниковой навигации в
построении уборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири (эл. вид.) // Результаты отборочного тура Всероссийского конкурса
«Инновационный потенциал молодёжи 2012» / Ульяновский гос. ун-т. –
Ульяновск, 2011. – с. 9.
15. Тихоновский В.В. Совершенствование уборочно-транспортного
процесса на уборке зерновых в Сибири / В.В. Тихоновский, Т.Ю. Борисова // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых
учёных: тр. V междунар. науч.-практ. конф. мол. учёных, посвящ. 10-летию
её проведения / СО Россельхозакадемии. - Новосибирск, 2012. – С. 26-28.
16. Блынский Ю.Н. Совершенствование сборочно-транспортного процесса на уборке зерновых в Сибири / Ю.Н. Блынский, В.В. Тихоновский,
А.С. Денисов // Механизация на землиделието. – София, 2013, бр.3. – С.1718.
17. Тихоновский В.В. Проблемы повышения эффективности функционирования уборочно-транспортно-заготовительной системы на уборке
зерновых в Западной Сибири / Научно-техническое обеспечение процессов
и производств АПК: материалы науч.-практ. конф. с международным участием, посвященной 70-летию образования Инженерного института (Новосибирск, 28 октября 2014 г.). – Новосибирск: ИЦ «Золотой колос», 2014. –
200 с.
_________________________________________________________________
Подписано в печать 26.03.15. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Таймс. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 107.
Отпечатано в редакционно-полиграфическом отделе
ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, р.п. Краснообск.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 170 Кб
Теги
мониторинг, технологическая, позиционирование, обеспечение, техника, зерновых, pdf, основы, уборки
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа