Обоснование рационального уровня надежности технологических машин в зерноуборочном процессе

Введение . В связи с переходом стран СНГ на рыночные отношения произошли значительные изменения в структуре сельскохозяйственных формирований и их техническом оснащении. Старение машиннотракторного парка негативно влияет на стабильность и эффективность функционирования технологических процессов, снижает объемы производства сельскохозяйственной продукции. В Костанайской области Республики Казахстан в результате рыночных преобразований около 35 % площади сельскохозяйственных угодий приходится на фермерские хозяйства. Анализ показал, что наибольшая доля посевных площадей приходится на фермерские хозяйства до 500 га. Своевременная уборка урожая на предприятиях с различной формой осуществления хозяйственной деятельности требует улучшения использования зерноуборочной техники. В условиях дефицита трудовых и материальных ресурсов необходимо сокращение потерь продукции и снижение затрат на привлечение технических средств [1, 2, 3, 4, 5]. При высокой надёжности зерноуборочной техники и низкой сезонной загрузке увеличиваются затраты на её привлечение. При высокой сезонной нагрузке и низкой надёжности предприятия несут убытки от потерь продукции из-за увеличенных сроков уборки. Развитие рынка подержанной техники на постсоветском пространстве вызывает необходимость в обосновании экономически целесообразного соотношения сезонной нагрузки зерноуборочного комбайна и его надёжности, которая определяется наработкой за период эксплуатации. Для повышения технической и технологической надёжности уборочных машин необходимо обосновать целесообразность инвестирования в ремонтно-обслуживающие воздействия.

Проблемность ситуации заключается в том, что, с одной стороны, для снижения потерь урожая необходимы капиталовложения в ремонт для повышения надёжности зерноуборочных комбайнов, с другой стороны, их отдача в хозяйствах с различной площадью уборки не всегда будет эффективной. Указанные противоречия требуют дополнительных исследований для получения новых знаний о взаимосвязи между показателями надёжности и затратами на привлечение и ремонт зерноуборочных комбайнов с различным ресурсным состоянием.

Цель исследований . Обоснование рационального соотношения надёжности зерноуборочных комбайнов и эксплуатационных показателей.

Задачи исследований . Установить влияние надёжности на эффективность функционирования зерноуборочных комбайнов с различной сезонной нагрузкой. Обосновать зависимость надёжности и сезонной нагрузки зерноуборочного комбайна от ремонтно-обслуживающих воздействий.

Материалы и методы исследований . Для определения зависимости затрат на привлечение зерноуборочных комбайнов (ЗУК), технического обслуживания, ремонта и хранения (ТОРХ), расхода топлива и ремонтно-обслуживающих воздействий (РОВ) от показателя надежности был собран статистический материал в производственных условиях и обработан современными методами математической статистики. Для обоснования рациональной надёжности зерноуборочных комбайнов и годовой нагрузки использовано экономико-математическое моделирование.

Результаты исследований и их обсуждение . При обосновании площади возделывания зерновых культур (Q ф ) необходимо учитывать количество комбайнов, их пропускную способность и надёжность:

Qф(KГ)=Dрnф36q τKz  TcмKcмKГКпу,га

Фактическое количество потребных агрегатов (n ф ) в зависимости от их технической и технологической надёжности определяется из выражения:

nф(KГ)=

QфУ(1+δ)

Dр(36qτKzTcмKcмKгKпyКтн)

где К Г – коэффициент готовности; D p – длительность работ, дн.; n – зерноуборочных комбайнов, шт; q – пропускная способность комбайна, кг/с; К z – коэффициент загрузки молотилки; У – урожайность, ц/га; Т см – время смены, ч; К см – коэффициент сменности; К пу – коэффициент погодных условий; К тн – коэффициент технологической надежности; τ – коэффициент использования полезного времени смены; δ – отношение массы соломы к массе зерна.

Результаты расчётов по определению посевной площади и количества зерноуборочных комбайнов в зависимости от надёжности представлены на рис. 1. Как видно из расчётов, для снижения потребности в уборочных агрегатах целесообразно увеличить техническую надёжность зерноуборочных комбайнов и технологическую надёжность взаимодействия технологических и транспортных машин за счёт рациональной структуры уборочно-транспортных звеньев и введения накопителей-перегружателей.

0,2  0,3  0,4  0,5  0,6 0,7  0,8  0,9

Коэффициент готовности

^^^^^^ж q= 3 кг/c q= 5 кг/c          q= 7 кг/c

б

Рис. 1. Зависимость площади возделывания (а) и количества уборочных агрегатов (б) от коэффициента готовности (D p =20 дней; n=1; К z = 0,75; У=15 ц/га; Т см =8 ч; К см =1,5; К пу =0,95; τ =0,55; δ =1,2; Q=1000 га)

а

Для технико-экономической оценки зерноуборочных процессов в производственном цикле разработана структурная схема управления зерноуборочным процессом, входные и выходные параметры указаны на рис. 2. В качестве неуправляемых параметров выступают климатические условия. С увеличением площади уборки возрастают требования к производительности уборочных машин, а следовательно, и к их надёжности. Управляемым параметром является комплексный показатель надёжности - коэффициент готовности. При отклонении коэффициента готовности в меньшую сторону от рекомендуемого может быть использовано несколько вариантов: обновление техники и привлечение дополнительных трудовых ресурсов, что сложно осуществить из-за финансовых трудностей и дефицита трудовых ресурсов; перераспределение зерноуборочной техники с низкой надёжностью в фермерские хозяйства с небольшой площадью уборки; инвестирование в ремонт ЗУК, что не снижает объемов производства сельскохозяйственной продукции, но требует вложения финансовых средств.

Рис. 2. Структурная схема управления зерноуборочным процессом :

К с – коэффициент увеличения длительности работ от использования сортов; q – пропускная способность комбайна; У – урожайность, ц/га; Д р – длительность работ, дн.; К г^р – рекомендуемый коэффициент готовности; n – количество комбайнов, шт.; С пр – стоимость продукции, руб/га;

П пр – потери продукции

При обосновании рационального соотношения надёжности зерноуборочных комбайнов и площади уборки необходимо учитывать стоимость производимой продукции и привлекаемой техники, динамику изменения затрат на техническое обслуживание, ремонт и хранение, расход топлива в зависимости от наработки комбайна. Для обоснования рационального уровня надёжности зерноуборочных комбайнов с дифференцированной сезонной нагрузкой разработана целевая функция на основе минимума затрат:

U(K Г )

Z(Kr) +0.5 КсКРyCnQH + Z(Кг)

Q h

Q cm K cm K г K тн     Q h

^^Rasx ^(KГ ^)Ct ^ ^min ,     ⁽³⁾

где Z(К ) – затраты на привлечение ЗУК в зависимости от уровня надёжности, руб; Z зап (K г ) – затраты на запасные части в зависимости от коэффициента готовности, руб/га; R t (K г ) – затраты на топливо в зависимости от коэффициента готовности, руб/га; Q н – общая наработка, га; К р – коэффициент потерь; К с – коэффициент снижения потерь от сочетания сортов, культур по скороспелости; Q см – сменная производительность ЗУК, га; z_з^с_а^р_п (К Г ) – затраты на техническое обслуживание, ремонт и хранение в зависимости от коэффициента готовности; R (К г ) – расход топлива в зависимости от коэффициента готовности, кг/ч; С t – стоимость топлива, руб/кг.

На основе сбора статистических данных в таблице представлены уравнения регрессии по определению затрат на привлечение ЗУК, ТОРХ, расхода топлива и ремонтно-обслуживающие воздействия (РОВ) от уровня надёжности уборочных агрегатов.

Уравнения, описывающие затраты на привлечение ЗУК, ТОРХ, расхода топлива и РОВ от коэффициента готовности

Показатель	Уравнение регрессии
Затраты на ТОРХ ЗУК, руб.	Z (K )=102123-62313K zap ГГ
Расход топлива ЗУК, л/га	R (K )=(10.588-8.3K )
Затраты на привлечение ЗУК, руб.	Z(K )=(8963123K -5862544)α α – отчисления на амортизацию
Затраты на РОВ ЗУК, руб.	Z k (К г )= 7618918 K г -4870594

Установлено, что затраты на запасные части к окончанию срока службы увеличиваются от 0,007 до 0,014 % от стоимости комбайна в расчёте на 1 га, а расход топлива к окончанию срока службы увеличивается в 1,3 раза.

Моделирование позволило выявить рациональный уровень надежности зерноуборочного комбайна (ЗУК) в хозяйствах с различной площадью уборки зерновых культур (рис. 3).

Ст=7000 руб./га        Ст=10500 руб./га

Ст=14000 руб./га

Рис. 3. Зависимость показателя надежности от сезонной нагрузки «Енисей-1200» (Q d =10 га; n=1; У=20 ц/га; С top = 35 руб; Т см =8 ч; К см =1,5; К пу =0.95; К т.н. =1)

Установлено влияние коэффициента готовности зерноуборочного комбайна типа «Енисей-1200» на рациональную сезонную нагрузку при различной стоимости производимой продукции. С увеличением указанного коэффициента с 0,45 до 0,9 при стоимости продукции 10500 руб/га рациональная сезонная нагрузка на комбайн увеличивается с 250 до 500 га. Увеличение стоимости производимой продукции с 7000 до 14000 руб/га предъявляет требование к увеличению сезонной нагрузки до 40 %.

Для обоснования целесообразности капиталовложений в ремонтно-обслуживающие воздействия на зерноуборочные комбайны, находящимися за сроками амортизации с целью повышения их надёжности, получено выражение на основе критерия минимума затрат:

U(Kr)= К(Кг) +0.5 КсКpyCnQ + zi^K) +R (K )Ct ^ min ’ (4)

Г     Q        QcmKcmKгКтн     Q       asx^ r) t где К(Kr)– зависимость капиталовложений в ремонт зерноуборочного комбайна от его надежности (см. табл.), руб.

В результате исследования целевой функции установлено, что при увеличении сезонной нагрузки требования к надежности ЗУК возрастают, а соответственно и инвестирование финансовых средств в ремонт.

Коэффициент

Сезонная нагрузка, га                           готовности

Рис. 4. Взаимосвязь между суммарными затратами, надёжностью и сезонной нагрузкой ЗУК (С п =6000 руб/га)

На основе аналитического описания взаимосвязи между капиталовложениями в ремонт ЗУК и его годовой загрузкой установлена зависимость коэффициента готовности, сезонной нагрузки уборочного агрегата и капиталовложений (рис. 4).

Производственное внедрение результатов исследований в сельскохозяйственных предприятиях Костанайской области Республики Казахстан позволило получить годовой экономический эффект до 850 руб/га.

Заключение . Установлено влияние коэффициента готовности зерноуборочного комбайна типа «Енисей-1200» на рациональную сезонную нагрузку при различной стоимости производимой продукции. С увеличением указанного коэффициента с 0,4 до 0,7 при стоимости продукции 10,5 тыс. руб/га целесообразно увеличение сезонной нагрузки на комбайн с 200 до 400 га. Увеличение стоимости производимой продукции от 10,5 до 14 тыс. руб/га предъявляет требование к увеличению коэффициента готовности на 15 %.

На основе аналитического описания взаимосвязи между капиталовложениями в ремонт ЗУК и его годовой загрузкой установлено, что с увеличением сезонной загрузки зерноуборочного комбайна с 200 до 400 га целесообразное значение коэффициента готовности должно быть увеличено с 0,65 до 0,95. Для повышения коэффициента готовности от 0,7 до 0,95 необходимо инвестирование денежных средств от 16,5 до 70 % стоимости комбайна.