Динамика изменения дневной производительности уборочной технологической системы с транспортным обеспечением

Уборка урожая – завершающий и ответственный этап в технологической цепочке возделывания сельскохозяйственных культур. Процесс уборки урожая рассматривается как функционирование уборочной технологической системы с транспортным обеспечением, состоящей из управленческой (механизатор, комбайнер, агроном, водитель), технической (комбайн, трактор, автомобиль, машинно-тракторный агрегат) и экологической (природно-климатические условия, почва, конфигурация полей, растения) подсистем [2].

Основной характеристикой работы за смену (сутки, рабочий день) рассматриваемой системы является ее производительность, которая определяется количеством убираемой и транспортируемой сельскохозяйственной продукции (работы), производимой в единицу времени [1].

Целью настоящего исследования является повышение дневной производительности уборочной технологической системы с транспортным обеспечением на основе анализа динамики ее изменения в течение рабочего дня.

Материал и методы исследований

На производительность рассматриваемой системы в заданных условиях эксплуатации оказывают влияние техническое состояние уборочных и транспортных агрегатов, согласованность их взаимодействия, характеристики убираемого материала (урожайность, полеглость, засоренность и др.), организационные и технологические мероприятия уборки, подготовленность механизаторов, погодные условия и др. В связи с этим изменение дневной производительности носит случайный характер.

Анализ различных уборочных технологических процессов показал, что дневная производительность формируется из отдельных объемов работ, полученных непосредственно за время каждого рабочего хода, и изменяется линейно (рис.) [4]:

W = аТ дн. + b , (1)

где W – дневная производительность уборочной технологической системы с транспортным обеспечением; Т дн – фактическое время рабочего дня в заданных условиях функционирования системы; а и b – постоянные коэффициенты, характеризующие скорость изменения дневной производительности ( а ) и неучтенные факторы ( b ).

На представленном рисунке по оси абсцисс отложены продолжительность рабочего дня Тдн и составляющие ее элементы: Тднн – начало работы уборочной технологической системы (начало рабочего дня механизатора), которое условились определять с момента выхода механизатора из дома, места отдыха и т.д. С этого момента (Тднн) время затрачивается на передвижение механизатора до места стоянки – tм-с, на подготовку агрегата к работе – tпа, заправку (включая подъезд к ней) – tЗ; переезд агрегата от места стоянки (заправки) до поля, заезд на загонку - txxi и время подготовки поля - tnn. Все эти составляющие времени дня можно харак теризовать как tndr - время подготовительных работ (предрабочее). В него включено

t а ~ t Ч^- t A^-1 “h t , “h t , “h t пдг     м-с     па    з      хх 1      xx 1      пп .

Время на подготовительные работы определяется с момента начала рабочего дня Т дн^н и до начала первого рабочего хода t o (точка на временной оси)

t = to - Th .                                          (2')

С момента t o начинается технологическая операция (рабочий ход, повороты, отказы системы по техническим, технологическим, организационным и другим причинам). Время непосредственно технологической операции обозначим через t р , а все непроизводительные элементы времени работы системы от начала первого до конца последнего рабочего хода - A tT p , которые определяются суммой следующих составляющих элементов дневного времени работы системы [3]:

Atнпп — t +t +11 A- tT +1 T +1 э + Z + tT +1 -v t -> "V t A +1 , нпр    у    кк    фп    Тн    пТ    орг2    з    Т    хх    хх2    ожд    см , где tу – время на технологическое обслуживание; tкк – время простоев для контроля качества; tфп – простои по физиологическим потребностям; tТн – время устранения технических неисправностей; tпТ – непредвиденные нарушения технологического процесса; tз – заправка агрегата; tТ – время технологического обслуживания; tпов – повороты агрегата; tхх2 – переезды на загоне, по полю, от поля до заправки и обратно; tожд – простои уборочного агрегата в ожидании транспортного средства; tсм – смена транспортных средств.

Wtp вп

W ид

W п

W ф

W ит

W т

S

С

О ит

o tзкл1

tпдг ч о н S

T ^ндн

Tкдн к tр

/

^ t нпр

W Tp

T дн

Продолжительность рабочего дня, Т дн

Рисунок – Линейная модель дневной производительности уборочной технологической системы c транспортным обеспечением

По окончании последнего рабочего хода уборочный агрегат перемещается на стоянку и затрачивает время t хп . После подготовки агрегата к межсменному хранению рабочий день механизатора заканчивается в Т дн^к . Время передвижения агрегата с места работы после последнего рабочего хода t р^к до стоянки и выполнения работ по постановке агрегата на межсезонное хранение t пст обозначим через t зкл (заключительное время), которое определится

t за кл

t + 1 хп    пст

кк дн    р

Продолжительность работы агрегата от первого рабочего хода t o до окончания последнего t р^к , включая основное время и всевозможные отказы уборочной технологической системы c транспортным обеспечением, определяет Т р .

nn

т = Vt ,+y^tt/  = tk -1 = t -1^ -1  , р    / 4 pi / j нпр     p     o      дн    пдг    зкл, i =1           i=1

n где tp - чисто рабочее время за i-й рабочий ход; tp = ^ t, - чистое время (без отказов системы) i=1

работы за день.

Таким образом, общее время рабочего дня можно найти по формуле:

=Т-T.-T-i - t -/  -У/ -У kt/ + t ,

дн      дн      дн      р ПдГг зккл ПдГг / j pi       , нпр зкл,, i=1            i=1

а все непроизводительнее элементы времени равны

n нпр           нпрi     дн    p        нпр    пдг    зкл .

С учетом рассмотренных временных характеристик рабочего дня и предложенной линейной модели дневной производительности уборочной технологической системы c транспортным обеспечением расширены общепринятые понятия производительности уборочных машин и агрегатируемого сельскохозяйственного оборудования. В зависимости от целей исследований можно применять идеальную, потенциальную, теоретическую, фактическую и итоговую производительность. Идеальная производительность W ид рассматриваемой системы определяется количеством продукции (работы) за рабочий день при полном использовании технических параметров уборочных и транспортных агрегатов. Потенциальная производительность W п определена как максимально возможная производительность в конкретных производственных условиях функционирования системы при условии начала непосредственного выполнения уборки сельскохозяйственной продукции без всевозможных переездов и подготовительных работ. Теоретическая производительность W т – объем выполненной работы при фактическом использовании технических параметров применяемой уборочной техники и начале выполнения уборки урожая после подготовительных работ. Фактическая производительность W ф – объем выполненной работы, определяемый с учетом фактического использования технических параметров уборочной и транспортной техники и всех простоев системы. Итоговая производительность W ит – объем выполненной работы, подсчитываемый при подведении итогов работы рассматриваемой системы за смену (рабочий день, сутки) с момента начала работы механизатора до окончания постановки уборочного агрегата на межсменное хранение. Последние два вида производительности должны совпадать по значению.

Наиболее информативным показателем, характеризующим скорость изменения указанных производительностей, является тангенс угла наклона прямых W = f ( Т дн ), определяемый отношением ординат W i к соответствующим отрезкам времени t i (рис.).

WW tgpi = , tg«i = у • (8) titi

Апробация полученных теоретических формул проводилась на основе хронометражных наблюдений за сельскохозяйственными агрегатами, работающими в уборочной технологической системе с транспортным обеспечением. Анализ формирования дневной производительности рассматриваемой системы осуществлялся по полученным многочисленным статистическим данным временных показателей хронометража рабочего дня и последующей их обработки на ЭВМ по специальной авторской программе. Было обработано более 350 хронометражных карт: на заготовке сена (опыты А.В. Косаревой) с КСК-100, Е-281, Е-303, МТЗ-80+ГВР-6Б и Е-282 (всего 93 хронометражные карты); на уборке картофеля (опыты В.В. Бон-нет) с комбайнами ККУ-2А, КПК-2-01, КПК-3 и c использованием голландской технологии АVR-220В (всего 128); на уборке зерновых культур прямым комбайнированием (опыты С.А. Юрьева) с комбайнами «Енисей-1200», «Доминатор», «Sampo-500» и «Fortschrit» (всего 130).

Результаты исследования и их обсуждение

Для выявления динамики изменения дневной производительности уборочной технологической системы, функционирующей в реальных условиях уборочных работ, применялись разные аппроксимирующие функции: линейная, логарифмическая, степенная и экспоненциальная. Предпочтение отдано линейной зависимости в силу наибольших коэффициентов корреляции и детерминации, а также меньшей относительной погрешности вычислений. Выбор линейной модели производительности подтверждает теоретические предпосылки. В таблице представлены линейные модели формирования дневной производительности на заготовке сена, уборке картофеля и зерновых культур. Полученные аппроксимирующие функции показывают, что коэффициент « a» при фактическом времени рабочего дня Т дн для различных уборочных технологических систем принимает разные значения, т.е. скорость изменения производительности, а значит, и углы наклона прямых W дн =f ( T дн ) отличаются друг от друга. Это свидетельствует о наличии разного числа простоев системы по техническим, технологическим, организационным и другим причинам. Следует отметить, что технические и организационные простои в значительной мере могут быть устранены путем совершенствования управления, повышения квалификации кадров, резервирования машин, улучшения организации службы технического обслуживания и ремонта. Технологические же простои менее управляемы в процессе эксплуатации и зависят от технического совершенства машин, согласованности их взаимодействия и погодных условий. В результате сокращения чисто рабочего времени и недоиспользования потенциальных возможностей уборочных и транспортных агрегатов фактическая производительность уборочной технологической системы с транспортным обеспечением ниже возможной примерно в 2 раза, что приводит к затягиванию сроков уборки урожая.

Таблица

Линейные модели дневной производительности уборочной технологической системы c транспортным обеспечением на заготовке сена, уборке картофеля и зерновых культур

Линейная модель	Значение коэффициента детерминации, R2	Вид уборочного процесса	Применяемый уборочный агрегат
W дн = 0,596 Т дн - 4,933	0,74	заготовка сена	КСК-100
W дн = 0,517 Т дн - 5,115	0,77		Е-281
W дн = 0,924 Т дн - 7,959	0,76		Е-303
W дн = 1,099 Т дн - 11,682	0,72		МТЗ-80+ГВР-6Б
W дн = 0,804 Т дн - 7,656	0,68		Е-282
W дн = 0,326 Т дн - 2,009	0,85	уборка картофеля	ККУ-2А
W дн = 0,129 Т дн - 1,364	0,98		КПК-2-01
W дн = 0,766 Т дн - 1,849	0,87		КПК-3
W дн = 0,532 Т дн - 2,045	0,72		АVR-220В
W дн = 1,069 Т дн - 10,758	0,89	уборка зерновых культур	Енисей-1200
W дн = 2,037 Т дн - 21,491	0,77		Доминатор
W дн = 0,173 Т дн - 1,686	0,91		Sampo-500
W дн = 1,256 Т дн - 13,633	0,68		Fortschrit

Заключение

• 1.    Любой уборочный процесс в сельском хозяйстве целесообразно рассматривать как функционирование уборочной технологической системы с транспортным обеспечением или без него.

• 2.    Одним из основных показателей работы такой системы является ее производительность, динамика изменения которой носит линейный характер.

• 3.    Теоретически разработанные и экспериментально подтвержденные линейные модели производительности рассматриваемой системы могут быть использованы для расчета временных параметров технических, технологических, организационных и других мероприятий при выполнении различных уборочных работ.

• 4.    Введение новых видов производительности и их проверка в реальных условиях работы системы позволят вскрыть резервы повышения производительности уборочной и транспортной сельскохозяйственной техники.