Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Хафизов Камиль Абдулхакович. Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов путем уменьшения энергозатрат и снижения потерь урожая : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01, 05.20.03.- Казань, 2007.- 472 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-5/458

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 9

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 16

  1. Системный подход и задачи повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники 16

  2. Проблемы соотношения ширины захвата и рабочей скорости МТА 19

  3. Анализ показателей эффективности эксплуатации техники

и обоснование критерия оптимизации ширины захвата и рабочей
скорости машинно-тракторных агрегатов 23

  1. Результаты оптимизации параметров и режимов работы МТА по критерию интегральные затраты 36

  2. Связь экономического и энергетического показателей эффективности производственных процессов и систем 46

  3. Общие вопросы энергетической эффективности современного сельского хозяйства 53

  1. Общие понятия 53

  2. Структура энергетических затрат 65

  3. Энергетические эквиваленты затрат энергии и энергосодержание продуктов 70

  4. Цель и задачи исследований 71

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
МАШИННО - ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ 74

2.1 Общие принципы теоретических исследований

машинно-тракторных агрегатов 74

2.1.1 Реализация принципов системного подхода к машинно-
тракторным агрегатам 107

2.1.1.1 Выявление системности проблемы 107

  1. Выявление признаков системы ПО

  2. Характеристики машинно-тракторных агрегатов 119

  3. Методы создания системной модели машинно-тракторных агрегатов 123

  4. Типовая структурная схема системной модели машинно-тракторного агрегата 135

2.2 Постановка задачи 137

2.2.1 Факторы, влияющие на эффективность использования
машинно-тракторных агрегатов 139

2.3 Определение энергетических затрат при изготовлении техники на
примере трактора ДТ-75Н 142

2.3.1 Теоретические зависимости определения производительности
в энергетической модели машинно-тракторного агрегата 148

2.4 Определение составляющих элементов совокупных энергетических затрат, израсходованных на ремонт и техническое обслуживание

техники 155

2.4.1 Методика определения энергозатрат на проведение
технического обслуживания техники на примере трактора ДТ-75Н

за весь срок амортизации 155

2.4.2 Методика определения совокупных энергетических
затрат при проведении текущего ремонта тракторов 162

2.4.3 Определение совокупных энергетических затрат на
капитальный ремонт трактора ДТ-75Н за период амортизации... 167

  1. Расчет энергии, затраченной на управление агрегатом 170

  2. Расчёт прямых энергетических затрат через топливо - смазочные материалы 173

  3. Расчет энергии, потерянной с урожаем из-за не оптимально выбранной марки трактора, параметров и режимов работы агрегата. 174

  4. Определение мощности двигателя трактора необходимой

для работы агрегата 180

2.8.1 Определение мощности двигателя трактора, необходимой для работы агрегата с шириной захвата Вр и с рабочей скоростью Vp180

  1. Удельное сопротивление машин-орудий и его зависимость от скорости агрегата 181

  2. Коэффициент полезной тяги трактора и его зависимость от параметров МТА 184

  3. Коэффициент буксования и его зависимость от параметров МТА 188

  4. Механический КПД трансмиссии трактора и его

связь с параметрами МТА 190

2.8.1.5 Тяговый КПД трактора и его зависимость от
почвенных условий работы 191

2.8.1.5.1 Определение корреляционных зависимостей
буксования, коэффициента сопротивления
перекатыванию, КПД трансмиссии, расхода топлива от
ширины захвата и скорости МТА по типовой тяговой
характеристике трактора, снятой на стерне 195

2.8.1.6 Обобщенный коэффициент использования мощности
двигателя 201

2.9 Особенности энергетической модели машинно-тракторных
агрегатов на некоторых технологических операциях 203

  1. Погрузка сыпучих материалов 204

  2. Транспортировка и внесение минеральных

удобрений разбрасывателями 206

  1. Энергетическая модель транспортных агрегатов 206

  2. Энергетическая математическая модель

агрегатов на опрыскивании посевов 209

  1. Энергетическая модель агрегатов при скашивании зерновых в валки зерноуборочными комбайнами 212

  2. Математическая модель зерноуборочного

комбайна на обмолоте валков 215

2.9.7 Математическая модель зерноуборочного

комбайна при прямом обмолоте зерновых культур 217

  1. Математическая модель агрегатов на сволакивании соломы и сена 218

  2. Особенности математической модели

агрегатов для скирдования соломы и сена 219

2.9.10 Особенности энергетической математической
модели комплекса машин для первичной очистки

и сушки зерна типа КЗС 220

ВЫВОДЫ 222

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 226

  1. Программа экспериментальных исследований 226

  2. Методика лабораторно-полевых исследований 228

  1. Агротехническая оценка агрегатов 228

  2. Энергетическая оценка работы агрегатов 229

3.2.2.1 Выявление факторов, определяющих

явление и контролируемых параметров 229

3.2.2.2 Обоснование точности измерений

и выбор средств измерения 231

3.2.2.3 Планирование опытов, их проведение и контроль... 237

3.3 Методика полевых исследований 242

3.3.1 Эксплуатационно-технологические исследования

посевных, культиваторных и пахотных агрегатов 242

3.3.2. Методика экспериментов по определению стоимости урожая,
потерянного из-за нарушения агросроков проведения посева 245

3.3.3. Методика планирования эксперимента при определении оптимальной ширины захвата, скорости агрегата и срока

проведения операции на посеве 246

3.3.4 Методика производственных опытов 248

3.4. Методика обработки экспериментальных данных 249

ВЫВОДЫ 252

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ИИХАНАЛИЗ 253

4.1 Определение агротехнически допустимых пределов

рабочей скорости агрегатов 253

4.2 Результаты энергооценки машинно-тракторных агрегатов 255

4.2.1 Сравнение экспериментальных уравнений

с уравнениями, полученными из типовой тяговой
характеристики трактора, снятой на стерне 258

4.2.2 Определение эмпирических зависимостей удельного
сопротивления орудий на посеве, культивации и вспашке 261

4.3 Результаты эксплуатационно - технологических

исследований агрегатов 263

  1. Результаты опытов по определению потерь урожая от нарушения агросроков проведения посева 266

  2. Алгоритм и укрупненная блок-схема алгоритма определения оптимальной ширины захвата и скорости МТА 268

  3. Расчёт производительности агрегатов с использованием математической модели МТА и сравнение с экспериментальными данными 271

  4. Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальной - ширины захвата,

скорости агрегата и срока проведения посева 272

4.8 Результаты производственной проверки влияния параметров и

режимов работы посевных агрегатов на урожайность

сельскохозяйственных культур 274

ВЫВОДЫ 277

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ 279

5.1 Анализ структуры энергетических затрат МТА

и оптимизация параметров и режимов его работы 279

  1. Анализ посевных агрегатов 279

  2. Анализ пахотных агрегатов 290

  3. Анализ культиваторных агрегатов 295

  4. Анализ транспортных агрегатов 299

  5. Анализ уборочных агрегатов 303

5.2 Анализ влияния внешних факторов на оптимальные

значения ширины захвата и рабочей скорости посевных МТА 310

  1. Влияние природных, технических и эксплуатационных факторов на энергетические показатели выполнения технологических операций 314

  2. Рекомендации по составлению агрегатов на технологических операциях по различным критериям оптимизации. 330

6 «АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР» - АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ
КОМПЛЕКС ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ,
ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ЗАТРАТАМ 332

  1. Характеристики программного приложения 332

  2. Порядок работы с программным приложением 333

  3. Примеры построения технологических карт, оптимизированных по техническим энергетическим затратам 348

  4. Сравнение различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур

по показателю «суммарные энергетические затраты» 361

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 373

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 377

ПРИЛОЖЕНИЯ 397

Введение к работе:

Вопросы, решаемые в данной диссертации, относятся к области знаний, занимающейся управлением техническими системами и организацией их использования. Основу рассматриваемых знаний составляют ряд новых научных направлений, объединяемых понятием «Кибернетика».

Возникновение данной науки вызвано - усложнением техники и технологий, используемых во всех отраслях производства. В связи с этим появились понятия - «сложная система», «большая система», что нашло отражение в появлении новых методов познания - «Системный анализ», «Системный подход» и в науках «Системотехника», «Теория управления большими системами» и т.д.

В сельскохозяйственном производстве, так же, как и в других отраслях производства, основой существования материальных объектов является -движение.

Движущиеся объекты можно охарактеризовать тремя основными обобщенными величинами (атрибутами материи): массой, энергией и информацией.

При взаимодействии материальных тел друг с другом происходит преобразование материи при соблюдении законов сохранения массы, энергии и законов существования, передачи, развития и накопления информации.

Целенаправленное воздействие на «систему», является управляющим воздействием, а сам процесс формирования воздействия называется процессом управления.

В процессе управления производством, крен научных исследований в сторону одной из составляющих мироздания - материи или энергии или информации, часто приводит к неадекватным результатам, которые неприменимы при практической деятельности человека. Только взвешенное определение доли всех трех составляющих, сопровождающих практически

производственную деятельность человека, могут дать результаты, применимые в его жизнедеятельности.

На сегодня информация является нематериальной составляющей жизнедеятельности человека. В основном процессы, происходящие в обществе (материальном мире), за счет энергии, подводимой извне, преобразуются в «энергию», наиболее высокого уровня - информацию. Информация должна иметь носителей: небиологические - книги, записи на различных материалах (магнитные ленты, диски и т.д.); биологические -человек и представители живого мира. Информация не может быть задействована (использована, приведена в движение), так же как и материя, без энергии. Значит, в основе жизни главным элементом является - энергия. Поэтому в данной работе основное внимание уделяется взаимодействию материальных объектов в сельскохозяйственном производстве, приводимых в движение за счет подводимой энергии, с учетом информационных (функциональных) связей между элементами сложной системы.

Возможно, смыслом жизни человека является преобразование энергии более низкого порядка (энергии пищи) в «энергию» наиболее высокого порядка - информацию - предмет исследования раздела теории информации - негоэнтропии (отрицательная энтропия), служащего как бы эквивалентом информации.

Г. Н. Волков пишет, что знания, приобретенные человеком, представляют собой аккумулированную энергию такой потенциальной мощности, которая даже не сравнима ни с какими уже познанными энергетическими мощностями, ибо это знание, эта развитая творческая способность человека «ежедневно обуздывает и ставит на службу производству и обществу все новые силы природы».

Результат наших исследований в материальном плане это - программное приложение на диске с информацией, которая может быть задействована за счет незначительных затрат энергии через компьютер. В результате расчетов, с использованием, разработанного программного приложения, мы можем, на

производственных процессах в сельском хозяйстве, сэкономить значительную энергию более низкого порядка - через топливо, косвенные энергозатраты, затраты живого труда и т.д.

Процесс исследования технологических операций в сельском хозяйстве с точки зрения снижения энергетических затрат и знания, полученные на основе действующего закона диалектики - о переходе количества информации в новое качество, являются предметом научных исследований, удовлетворяющих требованиям новизны и воспроизводимости опыта на основе измерений. Т.е задача исследования производственных процессов в сельскохозяйственном производстве, на основе использования математических моделей технологических операций, является, несмотря на использование при этом элементов системного анализа, научной задачей.

Мы концентрируем внимание на этих вопросах в связи с тем, что часто системный подход и системный анализ предполагают из себя более искусство, нежели науку. Математические модели на основе системного анализа можно и нужно воспринимать как искусство при рассмотрении вопросов социального управления, когда изучаемую ситуацию невозможно многократно воспроизвести и когда человек является элементом сложной системы, включающим в структуру математической модели свою интуицию.

В наших исследованиях интуиция играет роль только в самом начале абстрагирования системы, с целью определения границ системы и его иерархической и функциональной структур.

Новые знания, полученные на основе, вычислительных экспериментов с использованием математической модели МТА на технологических операциях вполне отвечают требованиям новизны знаний и воспроизводимости результатов, для проверки адекватности модели.

Актуальность работы. При эксплуатации высокоэнергонасыщенной техники влияние факторов, снижающих эффективность их использования, сказывается тем чувствительнее, чем производительнее техника. Для

получения более высокого эффекта при эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА), необходимо, с учетом условий работы, правильно выбрать его оптимальную ширину захвата и рабочую скорость.

Всякая оптимизация предполагает критерий оптимизации. Отечественная и зарубежная наука предлагает различные критерии оптимизации названых параметров: максимальное - тяговое КПД трактора, производительность МТА; минимальные - расход топлива, труда, металла, эксплуатационных или приведённых затрат и другие. Однако оптимальные параметры МТА, рассчитанные по ним не совпадают.

Одной из причин такого положения является то, что система - трактор - оператор - орудие - поле - почва - урожай (ТООППУ), является довольно сложной и на ранних этапах научного познания возникает необходимость расчленения её на отдельные, менее сложные составляющие, с целью более досконального их изучения. Сегодня достижения науки в области эксплуатации МТА значительны и возникает необходимость системного подхода при решении проблемы выбора оптимальной ширины захвата и рабочей скорости движения сельскохозяйственных агрегатов на основе комплексного энергетического критерия, учитывающего конечный результат производства.

Работа соответствует плану НИР Казанского государственного аграрного университета по теме «Энергосбережение в сельскохозяйственном производстве», выполненному согласно федеральной целевой программе «Энергосбережение России» (Постановление Правительства Российской Федерации №80 от 24.01.98) и Республиканской целевой программы «Энергосбережение в Республике Татарстан на 2000-2005 годы» (Постановление кабинета министров Республики Татарстан №468 от 3 июля 2000 года).

Объект исследования - машинно-тракторные агрегаты на технологических операциях.

Предмет исследования - качественные и количественные взаимосвязи

между критерием эффективности, параметрами МТА, урожайностью сельскохозяйственных культур и факторами внешней среды, влияющими на эффективность работы агрегатов.

Целью работы является развитие научных положений повышения эффективности (результативности) функционирования машинно-тракторных агрегатов на основе системного подхода путём разработки математической модели для оптимизации ширины захвата, рабочей скорости движения агрегатов, снижения потерь урожая и уменьшения энергозатрат.

Научной новизной работы является:

- критерий эффективности функционирования МТА - суммарные
энергетические затраты, впервые учитывающий кроме прямых и косвенных
энергетических затрат - энергию урожая, потерянного от нарушения
агротехнических сроков выполнения операций и уплотнения почвы
движителями тракторов;

метод повышения эффективности технической и производственной эксплуатации машинно-тракторных агрегатов на основе энергетического анализа с использованием методологии и методов системного анализа и обоснованного критерия;

математические модели определения энергетических затрат при техническом обслуживании, текущем и капитальном ремонте тракторов и другой сложной техники;

- математические модели машинно-тракторных агрегатов на
технологических операциях, позволяющие анализировать работу агрегатов на
различных уровнях - техническом, технологическом, энергетическом,
экономическом, организационном;

- разработанное, на основе исследований, программное приложение
«АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР» - автоматизированная система формирования
технологических карт возделывания сельскохозяйственных культур,
оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с техникой -
зарегистрированное в Федеральной службе по интеллектуальной

собственности, патентам и товарным знакам за №2005612774 от 26 октября 2005 года.

На защиту выносятся:

- комплексный критерий оценки эффективности производственной и
технической эксплуатации машинно-тракторных агрегатов, связанный с
урожайностью культур - суммарные энергетические затраты;

- метод оценки эффективности функционирования МТА на
производствен-ных процессах в растениеводстве, основанный на системном
анализе;

-математические модели МТА на технологических операциях в сельском хозяйстве;

рекомендации по снижению энергетических затрат на технологических операциях в растениеводстве, связанных с использованием техники;

программный комплекс для автоматизации разработки технологических карт производственных процессов в растениеводстве, оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с использованием техники.

Практическая ценность исследований заключается в том, что впервые, на основе информационных технологий, разработан и внедрен на предприятиях Республики Татарстан и в учебный процесс сельскохозяйственных ВУЗов Российской Федерации автоматизированный комплекс для составления технологических карт, оптимизированных по энергетическим затратам, связанным с эксплуатацией техники -«АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР».

Апробация. Основные положения проведенных исследований доложены и одобрены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанской ГСХА — в 1986 - 2007 гг.; на расширенном заседании кафедры тракторы и автомобили Казанского ГАУ в 2007 г.; на научно-техническом совете Министерства СХ и П РТ в 1988, 1990, 1997,2006 г.; на научных конференциях преподавателей и аспирантов ЛСХИ в 1988 г.; ЧИМЭСХ в 1988 г.; Ульяновского СХИ в 1988г.; Рязанской ГСХА в

1989-1990гг.; в Российском ГАЗУ 1990г., на II и III Международных научно-практических конференциях «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 и 2003 гг.); на XI Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (Казань, 2002 г); на 13-ой научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья (Нижний Новгород, 2003); в Чувашской ГСХА 2003-2004 гг., в ГНУ ВИЭСХ в 2003 г., на Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые агропромышленному комплексу» (Казань, Академия наук РТ, 2004); в Московском ГАУ 2005 г.; программное приложение «АГРОЭНЕРГОМЕНЕДЖЕР» демонстрировалось на ВЦ «ВИКО» (Казань 2005,2006, 2007 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 52 работы.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и предложений, списка литературы и приложений. Работа изложена на 472 страницах, содержит 100 рисунков и 42 таблицы.

Подобные работы
Сенькевич Анна Александровна
Повышение эффективности функционирования посевного машинно-тракторного агрегата путем установки в трансмиссию трактора класса 1,4, упругодемпфирующего механизма
Деев Вячеслав Юрьевич
Повышение эффективности функционирования энергетической части мобильного сельскохозяйственного агрегата путем оптимизации параметров механического регулятора и характеристик нагрузки
Глотов Сергей Викторович
Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов за счет совершенствования контроля эксплуатационных параметров тракторов
Сенькевич Сергей Евгеньевич
Повышение эффективности функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса 1,4
Эвиев, Валерий Андреевич
Методология повышения эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов за счет оптимизации эксплуатационных режимов
Зайнагабдинов Ришат Рашитович
Повышение эффективности использования машинно-тракторных агрегатов совершенствованием их распределения по видам работ с учетом текущих условий функционирования
Чаткин Михаил Николаевич
Повышение эффективности функционирования комбинированных почвообрабатывающих машин с ротационными активными рабочими органами
Третьяков Геннадий Михайлович
Повышение эффективности функционирования транспортно-складских систем обеспечения комбикормовых предприятий сырьем
Исупов Владимир Игоревич
Повышение эффективности функционирования пневматического сепаратора семян
Басалгин Сергей Евгеньевич
Повышение эффективности функционирования семяочистительных линий путем совершенствования рабочего процесса воздушно-решетной машины

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net