УДК 631.31.

 

 АНАЛІТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ  ШИРИНИ ЗАХВАТА  ЗЕРНОЗБИРАЛЬНОГО КОМБАЙНА

 

Теслюк Г.В., к.т.н.,

Колбасін О.О., к.т.н.,

Міщенко Є.Ю., магістрант

Дніпропетровський державний аграрний університет

 

Анотація - У роботі запропонована методика оптимізації робочої ширини захвата збиральних агрегатів. Оптимізацію виконано з точки зору мінімума приведених витрат на збирання.

 

Ключові слова – ширина захвата, продуктивність, прямі витрати, оптимізація, коефіцієнт використання часу зміни.

 

          Постановка проблеми. Підвищення продуктивності агрегата можна досягти в основному за рахунок збільшення ширини захвата (ВР), робочої швидкості (VР) і коефіцієнта використання робочого часу зміни (t). Можливості підвищення робочої швидкості зернозбирального комбайна при існуючих конструктивних і технологічних його схемах практично вичерпані. Між шириною захвата і коефіцієнтом використання робочого часу зміни існує відомий зв¢язок, який не дозволяє довільно встановлювати ширину захвата. Проте окрім  t на оптимальне значення ВР впливають ще ряд показників, характер впливу яких ще недостатньо вивчено [3,4]. Тому об¢єктом наших досліджень були фактори, що визначають оптимальне значення ширини захвата.

          Аналіз останніх досліджень. Вирішення даної проблеми пов¢язане з необхідністю створення загальної моделі функціонування агрегата з урахуванням максимально ширшого кола вхідних даних. Робота була започаткована у Всесоюзному науково-дослідному інституті кукурудзи в 1986 році і продовжена у Інституті зернового господарства УААН (м.Дніпропетровськ) та Дніпропетровському державному аграрному університеті.  З щорічних звітів з науково-дослідної роботи вказаних інститутів встановлено, що за крітерій  оптимізації треба приймати мінімізацію прямих витрат на гектар.

          Мета роботи – виявлення комплексного впливу природно-виробничих факторів і основних робочих параметрів зернозбиральних комбайнів на показники їх використання.

          Основна частина..Продуктивність збирального агрегата можна представити у вигляді [1].

 

W = BP×VP×t = BP×VP× = BP×VP× ,                    (1)

 

де  BP – робоча ширина захвата, м; VP – робоча швидкість, м/с; t -  коефіцієнт використання часу зміни; ТР, ТХ –  відповідно робочий час зміни і час холостих переїздів, год; SP, SX – відповідно сумарна довжина робочого і холостого ходів, м; VP, VX – швидкість агрегата робоча і на переїздах, м/с;  t0 - коефіцієнт, що враховує втрати часу по причині простоїв.

 

                                 t0 =  ,                                              (2)

 

де   ТО – час простоїв, год;

                            

          Довжина робочого і холостого ходів може бути визначена виходячі з аналізу схеми розмітки плантації і схеми руху агрегата. При русі агрегата по колу

 

                             SP = ,        SX = ×LX,          (3)

 

де  F – площа поля (загонки), Е – ширина поворотної полоси, LX – довжина шляху одного поворота, С – ширина поля (загонки).

          Введемо позначення

 

                   Е = КЕ×ВР;            LX = KX×E = KX×KE×BP,                       (4)

 

де  КЕ – коефіцієнт пропорційності між шириною захвата агрегата і шириною поворотної полоси (характеризує “поворотливість”  агрегата), КХ – коефіцієнт пропорційності між шляхом поворота і шириною поворотної полоси.

          Нами було графічно проаналізовано можливі шляхи поворота зернозбирального комбайна, на підставі яких прийшли до висновку, що для практичних розрахунків можна сміливо прийняти  КХ = 3. Тоді, з урахуванням (3) і (4) продуктивність агрегата визначається

 

 

W =                       (5)

          Оптимізацію ширини захвата агрегата виконуємо через мінімізацію прямих витрат на гектар. Прямі витрати  складають

 

CF  = ×[],                                     (6)                                                  

де BМ – балансова вартість  машини, грн; aМ – відрахування на амортизацію, технічне обслуговування,  ремонт, зберігання, %; ТМ – річне нормативне завантаження, год;  q – питомі витрати пального, кГ/год; u – комплексна вартість пального, грн/кГ; fH – номінальне тягове зусилля, кН; RM – тяговий опір агрегата, кН; СТР – оплата праці з нарахуваннями, грн/год.

 

          Балансові ціни технічних засобів можна виразити через вартість одиниці маси машини у відповідності до категорії складності

 

                                      BМ = кМ × СМ × mМ,                                       (7)                                                             

де  кМ – коефіцієнт, що враховує збільшення вартості від додаткових  витрат на доставку і збирання; СМ – середня ціна маси машини, грн/кГ;  mМ – маса  машини, кГ

 

Масу комбайна можна представити як функцію його сцепної ваги. В випадку коли тяговий опір  машини відповідає номінальному режиму двигуна, а це є умовою оптимізації параметрів, можна прийняти

                                         mм × g × fD = RM,                                  (8)                  

де  fD  - коефіцієнт руху у заданих грунтових умовах;  g = 9,81 м/с2.

Отже

                                       mм =                                                      (9)

 

          У свою чергу тяговий опір комбайна можна виразити через ширину захвата

                                        RM = KY × BP,                                              (10)           

де  KY – питомий тяговий опір машини, кН/м.

 Підставимо у (6) отримані значення

 

 

CF = ×[]                          (11)

 

          Для знаходження мінімума прямих витрат у функції ширини захвата потрібно взяти першу похідну  від функції (11) по ВР і прирівняти її нулю. У зв¢язку зі складністю отриманого рівняння, взяття даної похідної доцільно виконувати на ПЕОМ чисельними методами.

 

          Висновки. В результаті виконаних на ПЕОМ розрахунків встановлено:

1.        Оптимальна ширина захвата зернозбирального комбайна є функцією багатьох параметрів, головніші з яких – параметри плантації, оплата праці, вартісні показники агрегата.

2.        Зростання продуктивності комбайна суттєво відстає від роста ширини захвата і чим більше зростає ширина захвата, тим тенденція проявляється значніше. Так при збільшенні ширини захвата у 1,2 рази продуктивність зростає у 1,12 рази, а при збільшенні Вр в 1,8 рази – тільки в 1,46.

3.        Комп¢ютерний  аналіз отриманої розрахункової залежності вказує на те,  що значення ширини захвата є оптимальним тільки у обмежених певних умовах. Суттєвим обмежуючим чинником при цьому є рівень оплати праці комбайнера. Таким чином, рівняння (11) є аналітичним доведенням того відомого факту, що використання широкозахватних агрегатів на малих площах збільшує собівартість продукції.

 

 

Література

 

1. Довідник з машиновикористання в землеробстві /За ред. В.І. Пастухова. – Харків: «Весна» - 2001, 347 с.

2. Справочник по эксплуатации машино-тракторного парка /С.А. Иофинов, Э.П. Бабенко, Ю.А. Зуев; Под общей ред. С.А. Иофинова. – М.: Агропромиздат, 1985. – 272 с.

3. Шаров Н.М. Эксплуатационные свойства машино-тракторных агрегатов. – М.: Колос, 1981. – 240 с.

4. Шепенко Г.Н. Основы теории самоходных машин.-Х.: узд-во «Основа» при Харьковском университете, 1993.- 216 с.