Технические науки / Транспорт

УДК 631.31

Дубинец И. М.

Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова

(Казахстан, г. Кокшетау)

Системный подход при обосновании и оптимизации параметров и режимов работы агрегатов для основной и предпосевной обработки почв

При обосновании и прогнозировании оптимальных параметров технологических процессов растениеводства и технических средств применяют системный подход. Под системой понимают множество элементов, соединенных между собой таким образом, что работа системы обусловлена взаимодействием отдельных элементов, и, наоборот, действия элементов определяются работой системы (например, машинно-тракторный агрегат, процесс обработки почвы, процесс уборки и т.д.) [1].

Машинно-тракторный агрегат (МТА) для основной и предпосевной обработки почв можно представить как системный объект, характеризующийся входом, процессом, выходом, обратной связью, ограничениями (см. рис. 1).

В качестве входных переменных приняты внешние возмущения (климатические условия, свойства почвы, размер поля), выходные переменные - параметры, которые определяют энергетические, технико-экономические показатели работы агрегата. В управлении процессом задействованы параметры движителя, рабочего оборудования, система управления. Ограничениями выступают критерии оптимальности: минимальные приведенные затраты, максимальная производительность и др.

Задача обоснования и оптимизации параметров и режимов работы агрегатов для основной и предпосевной обработки почв является многовариантной [2]. Для ее решения составлена иерархическая система математических моделей с критериями оптимальности (см. рис. 2). Выходные параметры математической модели каждого уровня системы являются исходной (входной) информацией для последующего уровня, а критерий оптимальности дополняет результат ресурсосбережения, полученный на предыдущем уровне. Тем самым достигается максимальный эффект.

Рис. 1 – Представление почвообрабатывающего агрегата в виде системного объекта

Рис. 2 – Многоуровневая система математических моделей

- передача информации от уровня к уровню;

- корректировка результатов оптимизации предшествующего уровня

В качестве исходной информации для первого уровня (см. рис. 2) выступают природно-производственные факторы Ф_ПП. На данном уровне производится обоснование для каждой операции основной и предпосевной обработки почвы такого срока выполнения Д_opt, при котором технологические затраты Е_ТЕХН минимальны:

, (1)

где k₀ – удельное тяговое сопротивление орудия, кН/м²;

а – глубина обработки почвы, м.

Второй уровень оптимизации соответствует обоснованию потребной оптимальной мощности N_opt агрегата. При этом критериями выступают приведенные затраты С_ПР и производительность агрегата W:

, (2)

где С_t – затраты в единицу времени, тенге/с;

W – эксплуатационная производительность агрегата, м²/с.

, (3)

где B – ширина захвата орудия, м;

V – рабочая скорость агрегата, м/с;

τ – коэффициент использования времени смены.

Третий уровень ресурсосбережения соответствует оптимизации рабочего хода агрегатов по минимуму удельных энергозатрат:

(4)

В результате определяется оптимальная рабочая скорость V_opt, ширина захвата B_opt агрегата и соответствующее число рабочих органов.

На четвертом уровне осуществляется оптимизация режима холостого хода агрегата с выполнением условия:

, (5)

где q_x – потери топлива, кг;

T_x – потери времени, ч;

S_x – холостой путь агрегата, м.

В результате получается оптимальная ширина загона З_opt.

На пятом уровне определяется оптимальное потребное количество агрегатов для различных операций основной и предпосевной обработки почвы n_a по условию минимума суммарных потерь:

. (6)

Совместное решение уравнений (1) - (6) позволяет определить рациональные параметры и режимы работы почвообрабатывающих машинно-тракторных агрегатов с учетом агротехнических требований применительно к различным условиям эксплуатации.

Литература

1. Завалишин Ф.С., Мацнев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. М.: Колос, 1982. – 231 с.

2. Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1982. - 319 с.