Определение оптимального значения технического уровня картофелеуборочного агрегата

Картофель имеет большое агротехническое значение, его возделывают практически во всех почвенно-климатических зонах Российской Федерации. При возделывании на полях с суглинистыми почвами длинными гонами и при высокой урожайности его уборка осуществляется комбайновым способом, позволяющим максимально механизировать процесс. Механизированная уборка картофеля носит сложный и трудоемкий характер и включает удаление ботвы, выкапывание клубней картофелеуборочным комбайном с погрузкой их в транспортное средство, транспортировку картофеля с поля и загрузку в хранилище или в приемный бункер сортировального пункта [1]. Анализ исследований [2-4] показывает, что на качество выполняемых операций уборки существенное влияние оказывает техническое состояние используемой картофелеуборочной техники. В связи с этим исследования, посвященные оценке влияния технического состояния картофелеуборочного агрегата на эффективность функционирования всего технологического процесса уборки, являются весьма актуальными.

Целью настоящего исследования является определение оптимального значения технического уровня картофелеуборочного агрегата на основе технико-экономического подхода.

Материал и методы исследований

Известно, что убытки от простоя технологического процесса, С у.пр , во многом зависят от надежности функционирования уборочных машин, используемых в нем. В свою очередь, надежность каждой отдельной сельскохозяйственной машины непосредственно зависит от ее технического состояния. В нашем случае количественной характеристикой технического состояния картофелеуборочного агрегата принят комплексный показатель – «технический уровень, или уровень технического состояния», У т [5].

Если при определенном значении технического уровня картофелеуборочный комбайн неработоспособен, то убытки от простоя технологического процесса будут максимальными и будут соответствовать стоимости всего неубранного урожая. Следовательно, при увеличении технического уровня, У т , убытки от простоя технологического процесса будут стремиться к минимуму, что можно представить функциональной зависимостью (рис. 1 а ):

Су.пр = /1( Ут).(1)

В другом случае с повышением У т затраты на его увеличение, С з.ут , будут возрастать, что представимо функцией (рис. 1 б ).

Сз.ут = Ж Ут).(2)

Анализ литературных данных [6, 7, 8] показал, что рассматриваемые экономические показатели С у.пр и С з.ут носят степенной характер изменения, который можно представить в виде

Су.пр = аУ"тb , Сз.ут = сУТт , (а, в, с, d > 0, c>d).

Рисунок 1 – Изменения экономических показателей от уровня технического состояния картофелеуборочного агрегата: а - изменение убытков от простоев картофелеуборочного комбайна по причине технических отказов; б - затраты на повышение технического уровня картофелеуборочного агрегата

При условии, когда дополнительные вложения средств на повышение технического состояния в период подготовки к полевым работам картофелеуборочного агрегата не будут превышать экономический эффект, полученный за счет снижения его простоев в уборочный период, значение технического уровня будет оптимальным. В этом случае суммарная функция всех затрат

С сум = а^У" т b + У ⁽ а , в, ^С, d > 0, c > d )                       (4)

имеет минимум (рис. 2).

Рисунок 2 - Характер изменения приведенных затрат от технического уровня картофелеубочного агрегата

Согласно рисунку 2 оптимальное значение технического уровня картофелеуборочного агрегата будет получено при проецировании на ось У т минимальной точки графика суммарной функции всех затрат. Применяя широко известный математический аппарат исследования функции одной переменной на экстремум [9], после дифференцирования равенства (4), будем иметь

С ' сум

—

-Ьа • У'У + cd • У. ' = 0;

ba . у - ^b - 1 = dc . у^d — 1 тт

.

Найдем из этого выражения значение технического уровня У т :

d

т

- 1

- - b

у

т

- 1

bа dc

bа

у = b +d ---

^ т т     17*

dc

Проверим достаточное условие существования минимума суммарной функции затрат С"сум > 0.

^ С"

b

+ d

к

С ум = ab ( b + 1) . У т b

= ab ( b + 1)

^ ba

2 + cd ( d - 1) - У Т - 2 ,

-

- b - 2

^ b + d

к dc 7

⁺ cd ( d - 1)

( ba

к dc J

d - 2

^ b + d

> 0 *

Найденное выражение С" сум положительно, так как a , в , с, d > 0, c > d, что подтверждает наличие минимального значения суммарной функции затрат . Это означает, что при значении технического уровня, определяемого формулой (5), убытки от простоя картофелеуборочного технологического процесса по техническим причинам (обрыв транспортеров, сбег цепных передач, забивание рабочих органов ботвой и др.), как и затраты на подготовку используемого агрегата, будут минимальными.

Проверка теоретического оптимального значения технического уровня картофелеуборочного агрегата осуществлялась на экспериментальных данных, полученных при наблюдениях за работой четырех картофелеуборочных агрегатов КПК-2-01 + МТЗ-80, выполняющих уборку картофеля в течение трех уборочных сезонов в хозяйствах «Оёкское» (п. Оёк) и «Иркутское» (п. Пивовариха) Иркутской области.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ полученных хронометражных данных при проведении экспериментальных исследований на уборке картофеля показал, что убытки были вызваны в основном простоем используемых технических средств: трактора, комбайна и автомобиля. Формирование убытков также складывалось из заработной платы рабочих, обслуживающих эти сельскохозяйственные машины, а также из возможных потерь урожая картофеля при увеличении сроков уборки. С другой стороны, затраты на повышение уровня технического состояния картофелеуборочного агрегата определялись из стоимости замененных запасных частей, амортизации вспомогательного технического оборудования и заработной платы слесарей и мастеров-диагностов. Практические расчеты затрат осуществлялись, исходя из допущения, что увеличение технического уровня наблюдаемого картофелеуборочного агрегата происходило на 10%, а максимальное значение затрат составляет 25% от стоимости комбайна (при этом 0,3 <  У т <  1).

В таблице представлены полученные экспериментальные данные, на основе которых с помощью регрессионного анализа были выявлены корреляционные зависимости убытков от простоев картофелеуборочного агрегата / 1 ( С у.пр .) и затрат на повышение его технического уровня / 2 ( С з.ут ), что подтвердило их характер изменения в виде степенных функций:

С у.пр = 8,2 . У т^{- 2}’⁵³⁴⁶

( r = 0,821), ( r = 0,763 ).

С з.ут = 48,08 . У т2,3³⁵

Таблица

Значения технико-экономических показателей картофелеуборочного процесса

Рисунок 3 – Определение оптимального значения технического уровня У т картофелеуборочного агрегата

Показатели	Значение технического уровня картофелеуборочного агрегата КПК-2-01+ МТЗ-80
	0,68	0,57	0,61	0,60	0,59	0,65	0,63	0,71
Суммарное время простоев картофелеуборочного процесса по техническим причинам, ч	25,9	40,3	36,1	34,3	30,2	24,5	30,3	20,0
Убытки от простоя картофелеуборочного агрегата при данном значении его технического уровня, тыс. руб.	21,7	33,9	28,7	29,9	31,2	24,4	25,9	19,5
Затраты на повышение технического уровня на 10%, тыс. руб.	7,4	5,8	6,6	6,4	4,2	4,8	7,2	8,2

Из рисунка 3 видно, что определение оптимального значения технического уровня У т. состоит в определении проекции точки минимума графика в функции суммарных затрат на ось У т . В данном случае оптимальное значение технического уровня картофелеуборочного агрегата получилось равным У т « 0,71.

Используя формулу (5), оптимальное значение технического уровня картофелеуборочного агрегата найдем:

У

т . опт

_ b + d

bа

dc

_ 2,5346 + 2,33

2,5346 • 0,041

2,335 • 0,2404

0,707.

Полученные результаты идентичны.

Поддержание оптимального значения технического уровня картофелеуборочного агрегата на протяжении всего уборочного периода свидетельствует об обеспечении надежного функционирования рассматриваемого технологического процесса. Изменение оптимального значения технического уровня Ут в сторону увеличения или уменьшения зависит от условий эксплуатации картофелеуборочной техники в данном хозяйстве, включая почвенно-климатические условия, размер и рельеф полей, урожайность картофеля, применяемые технологии уборки, квалификация обслуживающего персонала, а также затраты времени на техническое обслуживание картофелеуборочных агрегатов, особенно на начальном этапе работы. Так, если Ут ≤ 0,5, то убытки от простоя агрегата резко возрастают, что влечет значительные потери урожая картофеля. Когда технический уровень стремится к своему максимальному значению, убытки от простоя картофелеуборочного процесса принимают минимальное постоянное значение.

Выводы

• 1.    На основе технико-экономического и математического подходов определено теоретически и подтверждено экспериментально оптимальное значение технического уровня ( У т =0,71) картофелеуборочного агрегата КПК-2-01+МТЗ-80 в зависимости от затрат на его поддержание и убытков от простоев технологического процесса.

• 2.    Графически оптимальное значение технического уровня картофелеуборочного агрегата можно получить, проецируя на ось У т точку минимума графика суммарной функции затрат, необходимых для обеспечения безотказной работы картофелеуборочной техники.

• 3.    Разработанная методика по определению количественной оценки технического уровня картофелеуборочного агрегата позволяет оценить готовность сельскохозяйственной техники к выполнению работ по уборке картофеля и планировать безотказное функционирование картофелеуборочной технологической системы в целом.

• 4.    Результаты исследований могут быть использованы при изучении вопросов надежности других агротехнических уборочных систем, выявлению взаимосвязей между их эксплуатационными показателями, а рассмотренные подходы – распространены на другие технологические процессы в сельском хозяйстве с транспортным обеспечением.