Технико-экономическое обоснование применения порционной жатки на уборке зерновых культур

Вве^ение. Увеличение производства зерна было и остается одной из основных задач сельскохозяйственного производства. Большим резервом повышения сборов уро^ая является уменьшение потерь в период уборки. Одной из причин повышенных потерь зерна при уборке является несоответствие сроков проведения уборочных операций срокам созревания зерновых культур [1-6].

В связи с большой нагрузкой на зерноуборочный комбайн в настоящее время продол^ительность уборочного периода почти в 3-5 раз превышает агротехнические сроки. Только из-за этого в Оренбургской области, по различным оценкам специалистов, теряется в среднеуро^айные годы (10 ц/га) 0,4-0,8 млн. тонн зерна.

Услови^, материалы и мето^ы. Одним из вариантов решения данной проблемы стало применение современных высокопроизводительных комбайнов. Однако такие комбайны как «Дон-1500», «^крос», машины зарубе^ных фирм «Кейс», «КЛ^^С», «Д^он Дир» и др., при указанной уро^айности могут загру^аться не более, чем на 40-70%. Поскольку данные машины используются нерационально, являясь довольно энергозатратной техникой, значительная часть расходов на их эксплуатацию, в частности на топливо, не дают отдачи, а при уро^айности 3,5-6 ц/га, что так^е не редко имеет место в области за последние годы, затраты на уборочный процесс вообще не окупаются. По этой причине фермеры нередко бросают низкоуро^айные поля, не ^елая убирать их себе в убыток. Помимо прямых убытков ну^но учитывать, что молотильные аппараты комбайнов, не получая оптимальной загрузки в таких условиях, выходят из строя значительно быстрее [2, 3, 6, 7].

По мнению ряда исследователей [3, 7, 8], для условий Ю^ного Урала и ряда иных регионов с похо^ими условиями хозяйствования, целесообразно применение двухфазной уборки зерновых – скашивание в стадии молочновосковой спелости хлебной массы в валки и их последующий подбор с обмолотом после дозревания массы.

По данным наших исследований, для оптимальной загрузки комбайнов, начиная с комбайна «Дон-1500», необходимо формировать валки «мощностью» не менее 5,3-5,8 кг/пог.м. Традиционные валковые ^атки (ЖВН-6, ЖВН-10 и их модификации) не могут в имеющихся условиях обеспечить данный параметр.

В этой связи целесообразно применение порционно-накопительного принципа формирования валков хлебной массы, что позволяет формировать валки требуемой мощности вне зависимости от уро^айности на поле [2, 7, 9]. Для названных выше целей на базе Оренбургского Г^У была разработана порционная ^атка. Помимо стандартного исполнения, данная ^атка имеет несколько разновидностей, снаб^енных дополнительными устройствами, использование которых мо^ет быть целесообразным для повышения качества и эффективности уборочного процесса в зависимости от конкретно взятых условий, в частности порционная ^атка с устройством образования кулис и порционная ^атка с устройством для сбора свободного зерна [10, 11].

Использование этих ^аток позволит повысить производительность зерноуборочных комбайнов, уменьшить все виды потерь зерна, характерные ^атвенным агрегатам, снизить напря^енность в уборочной период и себестоимость работ на 35-40%. Однако, чтобы дать максимально объективную оценку эффективности применения порционной ^атки, необходимо понимать, что на параметры и качество ее работы влияет довольно большое количество факторов. Другими словами, чтобы обеспечить максимальную эффективность применения предлагаемой ^атки, необходимо учесть весь комплекс процессов, влияющих на неё.

Исходя из сказанного, представляется ну^ным задаться целевой функцией по критерию минимума интегральных затрат для оптимизации параметров и ре^имов работы ^атвенного агрегата:

С и = С 1 +С 2 +С 3 +С 4 +С 5 +С 6 –К ДУ → min                     (1)

где С и – интегральные затраты на уборку, руб/га;

• С 1 – отчисления на реновацию и ремонт, руб/га;

• С 2 – затраты на заработную плату и содер^ание механизаторов, руб/га;

• С 3 – затраты на горюче-смазочные материалы, руб/га;

• С 4 – общие потери зерна за ^аткой, руб/га;

• С 5 – потери уро^ая от длительного выполнения уборочных работ, руб/га;

• С 6 – потери будущего уро^ая от уплотнения почвы ходовыми системами МЭС, руб/га;

К ду – компенсирующий эффект от применения дополнительных устройств на порционной ^атке (при их отсутствии К ду =0), руб/га.

Затраты на реновацию, текущий и капитальный ремонты определяются по аналогичной методике как комбайна, так и порционной ^атки:

С 1 =Б (r + r тр +r кр )(W ч ·t·D р )^-1, руб/га,                               (2)

где Б – балансовая стоимость (комбайна/^атки), руб;

• r, r тр , r кр – коэффициенты отчислений на реновацию, текущий ремонт, техническое обслу^ивание и капитальные ремонты;

W ч – производительность ^атки;

• t – количество часов одного рабочего дня;

D p – количество дней, на которое превышены сроки уборки, соответствующие агротребованиям.

Затраты на заработную плату и содер^ание механизаторов мо^но вычислить по формуле:

С 2 =(М·Т ci ·K м +С м ·Т м ^-1)W ч ^-1, руб/га,                            (3)

где М – число механизаторов, обслу^ивающих агрегат;

Т ci – тарифная ставка механизаторов по i-му разряду, руб/чел-к;

К м – коэффициент, учитывающий доплаты по расчету за продукцию, премии, надбавки за классность;

С м – суммарные годовые затраты на содер^ание в хозяйстве одного механизатора, руб/год;

Т м – годовой фонд времени механизатора, ч/год.

Затраты на ГСМ определяются следующим образом:

С 3 =G r ·Ц т ·W ч ^-1 t, руб/га,                                    (4)

где G – часовой расход топлива и смазочных материалов, кг/га;

Ц гсм – цена топливно-смазочных материалов, руб/кг;

W ч – часовая производительность агрегата, га/ч;

• t – суточная продол^ительность уборки, час.

Производительность ^атвенного агрегата определяется по выра^ению: W ч =36·q м ·K q ·K c ·K w ·Τ см ·U 3 ^-1,                                 (5)

где q м – пропускная способность порционной ^атки, кг/с;

K q – коэффициент использования пропускной способности ^атки;

К w – коэффициент вла^ности хлебной массы;

К з – коэффициент засоренности массы;

К с – коэффициент соломистости массы;

Τ см – коэффициент использования времени смены;

• U 3 – уро^айность зерновых культур, ц/га.

На основе обработки экспериментальных данных получена следующая зависимость К w :

К w = -1,68 ω ²+3,741 ω +0,67, при 12< ω <33,                   (6)

где ω – вла^ность хлебной массы.

Общие потери зерна за ^аткой определяются с учетом традиционных допустимых видов потерь зерна, которые мо^но минимизировать, но невозмо^но исключить полностью:

С 4 = Ц зз ·(Q ск +Q нк +Q сз ),                                  (7)

где Ц зз – закупочная цена на зерно, руб/ц;

Q ск , Q нк , Q сз – количество потерь зерна срезанным колосом, несрезанным колосом и свободным зерном соответственно, ц/га.

Потери от длительности уборки определяются по формуле:

С 5 =0,5·Р·К п ·U З ·D p · Ц зз ,                                  (8)

где Р – коэффициент, учитывающий интенсивность подхода полей,

К п – доля потерь уро^ая, приходящаяся на один день уборки, доля/день.

В идеальном случае, при условии того, что все работы выполнены в установленные сроки (D p =0), данного вида потерь мо^но избе^ать (С 5 =0).

Потери уро^ая от уплотнения почвы мо^но определить по следующему выра^ению:

С 6 =10²·К у ·b·U З ²·Ц· γ ^-1 · d^-1, руб/га,                          (9)

где К у – доля потерь уро^ая о уплотнения почвы;

• b – ширина следа машины, м;

• γ - содер^ание зерна в скошенной хлебной массе.

Компенсирующий эффект от применения дополнительных устройств на порционной ^атке, подобно потерям от уплотнения почвы не оказывает прямого эффекта на текущий уборочный процесс, а выступает в качестве дополнительного поло^ительного результата применения машины. Например, за счёт работы одного из таких дополнений – устройства образования стерневых кулис – на убираемом поле обеспечивается оставление высокой стерни (кулис) в целях обеспечения снегозадер^ания, что ведет к повышению уровня влаги в почве после таяния сне^ного слоя на следующий сезон. В результате, как показывают экспериментальные исследования [8, 10], увеличивается запас влаги в почве в 1,8-2,3 раза, на фоне чего было зарегистрировано увеличение уро^айности зерновых культур в среднем на 26%. Вычисляется значение данного показателя следующим образом:

К ду = Ц зз ·∆U пу ,                                               (10)

где·∆U пу – прирост общего количества уро^ая, ц.

Результаты и обсуждение. Рассмотрев и проанализировав сущности ка^дого члена выра^ения 1, мо^но отметить, что на большинство из них мы либо не мо^ем повлиять, либо влияние это носит крайне несущественный характер, результатом которого мо^но пренебречь. Некоторые виды затрат (затраты на

ГСМ, потери уро^ая от уплотнения почвы и др.) могут поддаваться сни^ению, но сугубо в частном порядке – с учетом погодных условий, фактического состояния убираемого хлебостоя, особенностей почвы. В сущности, оптимальности данных параметров мо^но добиться настройками и регулировками техники исходя из имеющихся условий, однако назвать однозначный диапазон оптимальных показателей для общего случая не представляется возмо^ным.

Наиболее реальным для оптимизации представляются затраты, выра^ающие потери зерна за ^аткой во время уборочного процесса. Рассмотрим, за счет чего мы мо^ем снизить данные потери.

Различные виды потерь зерна, связанные с особенностями характеристик стеблестоя, будут всегда зависеть от условий на конкретном поле или его участке. Однако данными особенностями мы не дол^ны пренебрегать: не имея возмо^ности влиять на них напрямую, необходимо обеспечить правильные регулировки и ре^имы работы узлов и механизмов ^атки, таких, как мотовило, ре^ущий аппарат и транспортирующее устройство. В свою очередь, неправильная настройка и огрехи в работе этих узлов, могут вызвать дополнительные потери, превышающие принятые допустимые нормы.

В ходе проведения наших исследований [8-10], были выявлены и обоснованы ре^имы и параметры, с помощью подбора оптимальных значений для которых мо^но обеспечить минимизацию потерь зерна за порционной ^аткой. Так, экспериментальные исследования и полученная аналитическая зависимость [9], определяющая скорость транспортера с учетом допустимого уровня потерь в зависимости от скорости агрегата, неплотности укладки массы, толщины слоя и от параметров хлебостоя, позволили установить, что оптимальная скорость транспортера порционной ^атки (v т ) находится в диапазоне от 1,6 до 2,8м/с. Помимо этого было установлено, что оптимальная частота вращения мотовила ( n м ) – 44-52об/мин, а окру^ная скорость планки ( и ) – 2,88-4,38м/с. Исходя из сказанного выше и с учетом рекомендуемого интервала соотношений окру^ной скорости планки мотовила и рабочей скорости агрегата (v агр ), последняя при уборке зерновых культур с помощью порционной ^атки дол^на составлять порядка 2-3 м/с.

Выводы. По результатам выполненных исследований можем записать следующие ограничения для модели (1) по критерию минимума интегральных затрат процесса двухфазной уборки зерновых:

W ч , t, D р , q м , K q , K w , K c , K з > 0; 14 <  ω < 30;

0 < t < 24;

• 1    < d < 10;

• 4    < U З < 30

1,60 ≤ v т ≤ 2,80

• 44    ≤ n м ≤ 52

2,88 ≤ и ≤ 4,38

1,90 ≤ v агр ≤ 2,85

Все представленные в выра^ении 11 параметры и их ограничения приняты в единицах измерения, представленных в тексте данной работы.

Полученная целевая функция с учетом установленных ограничений позволяет определять эффективность выполнения процесса скашивания хлебной массы в валки посредством порционной ^атки в ходе двухфазной уборки зерновых культур в конкретных технологических условиях работы.

Совершенствование       ин^енерно-технического       обеспечения технологических процессов в ^ПК: материалы ме^дународной научнопрактической конференции. Оренбург. Издательский центр ОГ^У, 2013. С. 155-159.