Совершенствование технологического и технического обеспечения при транспортировке грубых кормов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор технических наук Гуськов, Юрий Александрович

• Гуськов, Юрий Александрович
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Гуськов, Юрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ 10 ГРУБОГО КОРМА.

1.1. Технологические схемы и технические средства для сбора и транспортирования рассыпного грубого корма.

1.2. Технологические схемы и технические средства для сбора и транспортирования прессованного в тюки и рулоны грубого корма.

1.3. Основные технологические параметры естественной сушки трав и способы формирования травяных валков

1.4Г. Проблемная ситуация, обоснование направления и задачи исследования

2. МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ЗАГОТОВКЕ ГРУБЫХ КОРМОВ.

2.1. Методические подходы к анализу и синтезу технологических схем уборочно-транспортного процесса

2.2. Выбор способа моделирования транспортного обеспечения кормозаготовительного процесса.

2.3. Конкретизация параметров имитационной модели уборочно-транспортного процесса на заготовке кормов

2.3.1. Характеристика некоторых элементов имитационной модели.

2.3.2. Законы функционирования элементов

2.3.3. Соотношения связи между отдельными элементами модели.

2.3.4. Стратегии сбора пакетированного корма.

2.4. Программная реализация имитационной модели

2.5. Методические положения по ведению исследований с использованием имитационной модели.

2.6. Выводы по главе

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБОСНОВАНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

НА ЗАГОТОВКЕ ГРУБЫХ КОРМОВ.

3.1. Методология решения научной проблемы.

3.2. Экономико-математическая модель вычисления затрат на выполнение операций уборочно-транспортной системы (УТС).

3.3. Обоснование рациональных параметров подсистемы полевой подготовки материала.

3.3.1. Определение времени полевой сушки травы при валковой технологии сбора.

3.3.2. Аналитическая модель прогнозирования времени сушки-травяного валка

3.4. Аналитический метод вычисления пробегов сборочно-транс-портных средств при стохастическом распределении пакетов.

3.5. Определение энергозатрат технологического процесса сбора и транспортирования пакетированного урожая.

3.6. Определение пробегов транспортных средств при рядном способе сбора пакетов корма.

3.6.1. Грузооборот прессовального агрегата с накопителем пакетов.

3.6.2. Определение энергозатрат при сборе ряда пакетов в блок.

3.7. Выводы по главе.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СБОРА И

ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПАКЕТИРОВАННОГО ГРУБОГО КОРМА.

4.1. Исследование технологических схем последовательного сбора и транспортирования пакетированного корма.

4.2. Исследование технологической схемы сбора и транспортирования пакетированного корма с формированием рядов.

4.3. Исследование технологической схемы сбора и транспортирования пакетированного корма с формированием блоков.

4.4. Выводы по главе.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНО ЛОГИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ЗАГОТОВКЕ ГРУБЫХ КОРМОВ.

5.1. Программа и методические положения экспериментальных исследований

5.2. Статистические характеристики сборочных и транспортных агрегатов.

5.3. Адекватность машинной модели функционирования технологической транспортной системы на заготовке грубых кормов.

5.4. Разработка технических средств для транспортного обеспечения кормозаготовительных работ и их эксплуатационно-технологическая, оценка.

5.5. Пути снижение экологической нагрузки на почву при выполнении сборочно-транспортных операций.

5.6. Анализ рациональных вариантов сборочно-транспортного процесса на заготовке грубых кормов.

5.7. Экспериментальные исследования валка легковентилируемой структуры.

5.6. Выводы по главе.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ГРУБЫХ КОРМОВ

6.1. Экономическая эффективность способа полевой подготовки травяного валка.

6.2. Экономическая эффективность разработанных технических средств для обеспечения технологических транспортных систем

6.3. Итоговые показатели рациональных схем сбора и транспортировки грубого корма.

6.4. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологического и технического обеспечения при транспортировке грубых кормов»

Повышение; эффективности: сельскохозяйственного производства с целью полного ^удовлетворения потребностей населения в продуктах питания^ а промышленности в сырье невозможно без создания кормовой базы для животноводства.

В климатических условиях Западной Сибири, где стойловый период содержания скота бывает весьма продолжительным, а корма стойлового периода в общем кормовом балансе составляют 60-80%, проблема качественного и количественного сохранения кормов- имеет исключительное значение. Одним из основных ингредиентов в кормовом рационе этого периода является сено, объемы заготовки которого составляют 4,5-5 млн.,тонн.

При скармливании высококачественного сена можно удовлетворить потребность животных в кормовых единицах на 40-50%, в переваримом протеине - на 35-45%, более чем наполовину - в минеральных веществах и практически полностью в каротине. Особенно велико значение сена в рационах телят и; сухостойных высокопродуктивных коров в зимне-весенний период. Однако в процессе заготовки кормов часто допускаются большие потери растительного сырья, корма и содержащихся в них питательных веществ и витаминов. Ввиду несовершенства технологий заготовки, сбора, транспортировки и хранения кормов потери питательных веществ по сравнению с исходным сырьем нередко достигают в сене 50 % и более. Снижение до минимума этих потерь является одной из, главных составных частей решения! проблемы увеличения производства кормового белка, имеющей огромное значение в удовлетворении растущей потребности населения в продуктах животного происхождения.

Создание прочной кормовой базы означает не только увеличение производства и повышение качества кормов, но и применение прогрессивных технологий и рациональных комплексов машин, позволяющих свести к минимуму количественные и качественные потери выращенного растительного сырья и полученного корма. Новые для нашей страны условия, рыночной экономики, вместе с необходимостью снижения себестоимости и повышения' качества продукции, заставляют каждое хозяйство^ считаться с серьезным экономическим риском принятия неверных решений. При существующих разнообразии технических средств, отсутствии ориентированного подхода на выбор только отечественной техники и широких возможностях в приобретении зарубежных технологий особенно важной становится задача выбора наиболее эффективных и практически приемлемых технологий из тех, что применяются традиционно, рекомендуются новыми научными исследованиями либо предлагаются экспертно.

Таким образом проблема совершенствования технологий и технических средств для заготовки, сбора и транспортирования кормов, направленных на снижение потерь питательных веществ, уменьшение необходимых энергетических, материальных и трудовых затрат — актуальна и имеет большое народнохозяйственное значение.

Цель исследования — повышение эффективности технологического и технического обеспечения при транспортировке грубых кормов за счет снижения затрат энергии, труда и денежных средств.

Объект исследования — технологический процесс транспортировки при уборке грубых кормов, а также применяемые для этих целей технические средства.

Предмет исследования — закономерности характеризующие функционирование подсистем и машин в технологических транспортных системах перевозки грубых кормов.

Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение уборочно-транспортного процесса с учетом взаимосвязей системных параметров. В аналитических исследованиях использованы методы математического анализа, теории вероятностей, линейного и динамического программирования. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях и путем моделирования на ЭВМ. Анализ и обработка полученного экспериментального материала исследований осуществлялось с помощью методов математической статистики.

Научная новизна заключается в разработке положений, реализующих принципы системного анализа при построении технологических транспортных систем на заготовке грубых кормов. Выявлены закономерности влияния состава, структуры и параметров технических средств на показатели функционирования, на основе чего предложены новые варианты технологического построения транспортных систем кормозаготовительного процесса. Предложена методика выбора рационального варианта сбора грубого корма при условии минимизации грузооборота материала и машин. Определены основные технологические, конструктивные и режимные параметры технических средств для сбора и транспортировки грубых кормов при различных условиях эксплуатации. Новизна технических решений подтверждена 13 авторскими свидетельствами и 8 патентами на изобретения.

Практическая значимость работы. Разработаны и проверены новые технологические схемы транспортирования и технические решения, позволяющие более эффективно реализовывать различные варианты построения транспортных систем на заготовке грубых кормов. Внедрены рекомендации производству и разработаны прикладные программы для проведения инженерных и технологических расчетов, а также научных исследований по формированию транспортных систем на заготовке грубых кормов. Результаты исследований используются в учебном процессе аграрных ВУЗов Сибирского федерального округа при подготовке инженеров по специальности механизация сельского хозяйства.

Реализация результатов исследований. Исследования, составившие основу диссертационной работы, выполнялись согласно научно-техническим программам 0.51.11 - 01.06.Д1А «Разработать и проверить технологические процессы транспортировки грузов при возделывании и уборке сельскохозяйственных культур» и 0.51.12.06 «Разработать и внедрить перспективные системы машинных технологических процессов и технических средств для завершения комплексной механизации растениеводства и животноводства», НИР НГАУ (1991 - 2009 гг.).

Результаты исследований приняты к внедрению НТС АПК Новосибирской и Томской областей, внедрены в ряде хозяйств, научно-техническом центре по тракторным прицепам (г. Орск), ГКБ по тракторным и автомобильным прицепам (г. Балашов), ГСКБ по комплексам машин для двухфазной уборки зерновых, риса, семенников трав и других культур и стационарного обмолота (г. Таганрог). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедрах ЭМТП Новосибирского, Омского и Алтайского государственных аграрных университетов, Томского и Кемеровского сельскохозяйственных институтов.

На защиту выносятся:

- методика построения технологических транспортных систем и определения конструктивно-режимных параметров технических средств для транспортирования грубого корма;

-методика моделирования транспортных систем и технологических параметров технических средств в различных условиях эксплуатации машин;

- методика организации рационального сбора грубого корма при выполнении транспортных операций;

- схемы технологического построения транспортных систем и технические средства для их реализации на заготовке грубого корма;

- зависимости между технологическими, конструктивными параметрами технических средств, определяющими рациональное функционирование технологических транспортных систем;

- принципиальные компоновочные схемы агрегатов для выполнения основных и вспомогательных операций транспортного процесса на заготовке грубых кормов.

Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях

Новосибирского ГАУ (1991-2009 гг.), международных научно-практических конференциях Института механизации НГАУ и Гумбольдтскош университета (г. Берлин) (1995, 1997, 1998, 2004, 2006 гг.), международной научно-практической конференции «Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке», НТС ГКБ по тракторным и автомобильным прицепам (г. Балашов), НТС ГСКБ по комплексам машин для двухфазной уборки зерновых, риса, семенников трав и других культур и стационарного обмолота (г. Таганрог), НТС научно-технического центра по тракторным прицепам (г. Орск), НТС завода «Сибсельмаш», НТС АПК Томской области, НТС АПК Новосибирской области (2007, 2009 гг.).

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Гуськов, Юрий Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для эффективного функционирования, технологических транспортных систем на заготовке грубых кормов необходимо: комплексно оценивать, нолевую подготовку корма иу транспортные операции», рационально размещать пункты технологического накопления заготавливаемого корма с целью сокращения непроизводительных пробегов' транспортных машин; совершенствовать компоновочных схемы агрегатов с целью расширения их функциональных возможностей; совершенствовать технологическое взаимодействие машин подсистем уборочно-транспортношсистемы.

2. Установлено; что при последовательном варианте сбора пакетированного, урожая самозагружающимися транспортными, средствами увеличение: грузовместимости от 6 до 20 пакетов: позволяет снизить суммарный пробег в 2,1 раза, при этом величина, снижения энергозатрат составляет 12,8%, расхода топлива 10,1%. Рациональная грузовместимость транспортного средства составляет 8 пакетов.

3. Обосновано, что при сборе и транспортировании пакетированного корма с формированием рядов следует разбивать убираемое поле на участки,

У которых соотношение Ь/Н — 3, при этом количество сформированных рядов должно быть равно 3. В других случаях рациональное количество рядов определяют С помощью полученных зависимостей. Рациональная вместимость транспортного средства, формирующего ряды, должна составлять не более 4 пакетов, при этом его функциональные возможности должны обеспечивать работу без увеличения циклового пробега при погрузке.

4. Определено, что рациональную грузовместимость транспортного средства, осуществляющего формирование блоков, целесообразно принимать равной от 4 до 6 пакетов и кратной грузовместимости транспортных средств, перевозящих урожай на второй стадии. Количество пакетов в блоке также должно быть равно или кратно грузовместимости магистрального транспортного средства, осуществляющего транспортирование пакетов к месту хранения. Рациональная грузовместимость магистрального транспортного средства, осуществляющего транспортирование пакетов из блоков к месту хранения, должна составлять от 24 до 30 пакетов.

5. Использование прицепного накопителя к прессовальному агрегату обеспечивает возможность реализации упорядоченного способа сбора* с формированием рядов. Минимизация количества рядов на поле за счет изменения емкости накопителя не всегда обеспечивает необходимый результат. При соотношении ЕЛ3 от 1 до 4 увеличение емкости накопителя до 2 и более пакетов не приводит к снижению числа получаемых рядов. При Ъ/13=5 рациональная емкость накопителя составляет два пакета, при Ь/13=6 минимальное количество рядов равно трем независимо от вместимости прицепного накопителя. Анализ показывает, что увеличение вместимости прицепного накопителя приводит к росту грузооборота агрегата от 6,2 до 28,9 %. Расширение функциональных возможностей прессовального агрегата позволяет повысить эффективность сборочно-транспортного процесса, в комбинации с оборотными перевозками обеспечивается снижение: в 2,6-2,8 раза затрат денежных средств; затрат труда на 19,1-26,2%; потребности в тракторах-тягачах, на малом плече до 7 км на 1 единицу, на плече перевозок до 10 км на 2 единицы.

6. Экспериментально установлено, что предложенные средства механизации вспомогательных транспортных операций технологических транспортных систем обеспечивают без затрат ручного труда механизированное: присоединение порожней технологической емкости к уборочной машине (0,65 мин) и отцепку груженой; соединение двух и более прицепов в поезд (формирование поездов); прицепку поезда к транспортному тягачу (0,5 мин) и стыковку их гидромагистралей (0,02 мин). Предложено автоматическое сцепное устройство для трактора-тягача, работающего по схеме оборотных перевозок, которое обеспечивает прицепку и отцепку г прицепов (технологических емкостей) без затрат ручного трудаза 1,4 и 0,58 мин соответственно.

7. Определено, что за счет расширения функциональных возможностей ; агрегатов при механизации и автоматизации выполнения основных и 5 вспомогательных транспортных операций уборочно-транспортной системы на заготовке грубых кормов производительность повышается на И - 38%. Комплекс сцепных устройств к полевой уборочной машине МПУ-150 обеспечивает механизированную замену технологических емкостей' без I остановки агрегата, что позволяет сократить время замены прицепа более чем в 3 раза, повысить производительность машины на 7,0-7,7% (за счет сокращения на 17,5% сменного времени непроизводительных простоев при-замене технологических емкостей), при этом производительность транспортных агрегатов увеличивается на 6,7%.

8. Рациональная грузовместимость самозагружающегося низкорамного транспортного средства, предложенной компоновочной схемы, при расстояниях перевозки до 10 км должна составлять 8 рулонов. Транспортные агрегаты рациональной грузовместимости при прямых перевозках до 10 км превосходят по эффективности в 1,5-2 раза другие агрегаты, затраты труда при этом снижаются в 2-2,1 раза.

9. Количественную оценку воздействия на почву движителей технологических и транспортных машин целесообразно оценивать коэффициентом технологического воздействия Ку. Наибольший эффект достигается при сборе с формированием блоков специализированными транспортными средствами ТС-РП-4 и ТС-РП-8, при этом Ку снижается на 37,9-46,6 %.

10. Обоснованы компоновочные схемы большегрузных (вместимостью от 50 до 100 м3) транспортных средств: ТС-1 - разгружающегося без опрокидывания платформы; ТС-2 - транспортного средства с откидными боковыми емкостями; ТС-3 - транспортного средства с кузовом переменного объема. Транспортные средства имеют функцию уплотнения материала, что позволяет увеличить грузовместимость на 25-30 %. Разработанные транспортные средства в предложенных вариантах сбора и транспортировки рассыпного корма в диапазоне расстояния перевозки 4-10 км за счет расширения функциональных возможностей позволяют увеличить, в сравнении с аналогом, производительность транспортных агрегатов на 9,57 % (ТС-1), 29,1 % (ТС-2) и 92,15 % (ТС-3), при этом удельные приведенные затраты снижаются на 108,38; 231,95; 141,71 руб/т соответственно.

И. В результате сравнительной оценки эффективности разработанных технологических решений и технических средств установлено, что они позволяют снизить потери продукции, повысить до 38% производительность технологических транспортных систем, получить за счет снижения эксплуатационных затрат годовой экономический эффект для Западной Сибири более 180 млн рублей.

184