Оптимальное проектирование технологического процесса уборки силосных культур

1. Выписать из табл. 8.1 исходные данные по соответствующему ва­рианту задания.

2. Сформулировать основные агротехнические требования.

3. Выбрать ресурсосберегающие агрегаты.

4. Организовать эффективную взаимосвязанную работу уборочных агрегатов и транспортных средств.

5. Представить основные результаты расчетов в форме, таблицы, приведенной в конце задания.

Основные положения

Основной целью задания является освоение студентами современ­ных методов оптимального проектирования сложных производственных, процессов, связанных с уборкой с.-х. культур на основе общих принципов операционной технологии механизированных работ, излагаемых в курсе ЭМТП.

В результате выполнения задания на примере уборки силосных культур студент должен получить навыки обеспечения эффективной ресурсосберегающей работы всех агрегатов при высоком качестве техноло­гического процесса. Пункты задания охватывают все основные элементы операционной технологии, включая агротехнические требования (пункт 2); подготовку агрегатов (пункт 3); подготовку поля и организационные работы агрегатов (пункт 4); контроль качества работы (пункт 4); охрану труда и технику безопасности (пункт 4).

Уборка силосных культур (кукурузы, подсолнечника и др.) является одним из наиболее напряженных технологических процессов с участием большого количества людей и разнотипных агрегатов. При этом излагае­мые принципы и методы расчетов в значительной степени применимы и к другим уборочным процессам.

Таблица 8.1

Примерные варианты заданий

№ вари- анта	Длина гона L, м	Урожайность и, т/га	Расстояние, l, км	Сроки уборки ДК, дней	Коэффициент сменности КСМ	Площадь участка FУ, га
1	200	20	2,0	3	1,0	3
2	300	25	2,5	4	1,5	6
3	400	30	3,0	5	1,0	10
4	500	35	3,5	2	1,5	20
5	600	40	4,0	6	1,0	30
6	700	45	4,5	7	1,5	40
7	800	50	5,0	8	1,0	50
8	900	55	5,5	10	1,5	55
9	1000	60	6,0	2	1,0	60
10	1100	65	6,5	3	1,5	70
11	1200	70	7,0	4	1,0	80
12	1300	75	7,5	5	1,5	90
13	1400	80	8,0	6	1,0	100
14	1500	77	8,5	7	1,5	120
15	1600	73	9,0	8	1,0	140
16	350	68	9,5	9	1,5	9
17	450	62	10,0	10	1,0	16
18	550	53	10,5	4	1,5	18
19	650	58	11,0	3	1,0	38
20	750	48	11,5	5	1,5	48
21	850	42	12,0	6	1,0	56
22	950	34	11,8	7	1,5	58
23	1050	37	10,8	3	1,0	108
24	1150	29	9,8	5	1,5	118
25	1250	27	8,8	4	1,0	125
26	1350	66	7,7	6	1,5	128
27	1450	44	8,7	7	1,0	148
28	1550	33	6,7	8	1,5	158
29	470	41	5,7	9	1,0	21
30	580	39	4,7	10	1,5	22

Методические указания по выполнению задания

1. Выписать исходные данные из табл. 8.1 в соответствии с номером варианта задания. При необходимости исходные данные могут быть изме­нены преподавателем с учетом местных условий.

2. Основные агротехнические требования: оптимальная влажность массы силосных культур – 60-70 %; требуемые сочетания влажности массы силосных культур  и длины резки l:   65 %, l = 2-3 см;  = 70-75 %, l = 4-5 см;  = 80 %, l = 8-10 см. Высота среза 5-6 см для тонкостебель­ных и 8-10 см – для толстостебельных культур.

Продолжительность уборки силосных культур, посеянных одновременно, – до 10 дней, а продолжительность заполнения одного силосохранилища – не более 3-4 дней. Общие потери зеленой массы при уборке и перевозке до 3 %.

3. Выбор ресурсосберегающих агрегатов осуществляется в зависимости от условий работы уборочных агрегатов, транспортных средств и тракторов для уплотнения силосной массы в хранилищах, отвечающих со­временным требованиям ресурсосбережения и высокой производительно­сти. Составы и основные эксплуатационные показатели для наиболее распространенных силосоуборочных агрегатов приведены; в табл. 8.2.

При выборе из табл. 8.2 эффективных силосоуборочных агрегатов, отвечающих требованиям ресурсосбережения и высокой производитель­ности, в качестве основных факторов учитываются длина гона L и уро­жайность и, заданные в табл. 8.1.

Значениям L  500 м и и  40 т/га примерно соответствуют агрегаты с мощностью двигателя N_H  100 кВт, а при L > 500 м и и > 40 т/га – агре­гаты, с мощностью двигателя N_H > 100 кВт. К элементам подготовки агре­гатов относится также настройка комбайнов на соответствующий режим работы с учетом имеющихся рекомендаций.

Для уплотнения силосной массы в траншеях целесообразно исполь­зовать гусеничные тракторы ДТ–75М и Т–150.

В качестве транспортных средств для перевозки силосной массы ис­пользуют: тракторный транспорт МТЗ–80(82) + 2–ПТС–4–887 с номинальной грузоподъёмностью Q_ГН = 4000 кг и МТЗ–80(82) + ПСЕ–12,5 с такой же номинальной грузоподъёмностью Q_ГН = 4000 кг; автомобили-самосвалы типа ГA3–CA3–53Б и ЗИЛ–ММЗ–554М с грузоподъемностью соответственно Q_ГН = 3500 кг и Q_ГН = 5500 кг.

Таблица 8.2

Составы, и основные эксплуатационные показатели

силосоуборочных агрегатов

Состав агрегата	Мощ- ность NH, кВт	Пропускная способность ПН ,кг/с	Ширина захвата В, м	Наибольшая допустимая скорость V, м/с
МТЗ-80(82) + КС-1,8 «Вихрь»	55,22	15	1,8	2,77
Дт-75М+ КС-1,8 «Вихрь»	66,25
Т-150К + KCC-2,6A	111,03	27	2,6	3,33
T-150К + KCC-2,6A	121,47	(15 с трак- тором МТЗ-80)
ДТ-75М + КСС-2,6А	66,25
МТЗ-80(82)+КСС-2,6А	55,22
КCK-100A (самоходный)	150	20	4,2 –для трав 3,4 -для кукурузы	3,33
Кормоуборочный комплекс «Полесье» (самоходный)	184	25	3,4-для трав, 3-для кукурузы	3,33

При расстоянии перевозки l_Г  8 км и пропускной способности ком­байна П_Н  15 кг/с эффективнее использовать тракторный транспорт, а при l_Г > 8км и П_Н  15 кг/с – автомобили-самосвалы.

Силосная, масса навалом имеет среднюю плотность  = 250 кг/м и относится к грузам третьего класса при среднем коэффициенте использо­вания грузоподъемности К_Г = 0,6.

С учетом приведенных данных для каждого варианта задания можно выбрать эффективные сочетания уборочных и транспортных агрегатов, а также тракторов для уплотнения силосной массы в траншеях.

4. Организация эффективной работы выбранных агрегатов преду­сматривает последовательное решение следующих взаимосвязанных за­дач: выбор способа движения и разбивка поля на загоны; определение общего потребного количества фрегатов каждого типа; организация эф­фективной взаимосвязанной работы агрегатов в составе уборочно-транспортного комплекса.

Основные способы движения силосоуборочных агрегатов: круговой при длине гона L < 400 м и вразвал (загонный) при L  400 м по направле­нию хода часовой стрелки (для комбайнов КС–1,8 «Вихрь» и КСС–2,6), чтобы убранная часть поля находилась со стороны выгрузки измельчен­ной массы в кузов идущего рядом транспортного средства. Самоходные кормоуборочные комбайны КСК–100А и «Полесье» могут выгружать из­мельченную массу на три стороны, поэтому при необходимости возможно движение и против направления хода часовой стрелки.

Схему выбранного способа движения в соответствии с рис. 5.1 (за­дание 5) следует изобразить в тетради.

Оптимальная ширина загона для кругового способа движения, как указано в задании 5, имеет значение C_OPt =  (чем больше, тем лучше). В связи с этим участки с площадью F_У  10 га не следует разбивать на заго­ны.

При движении способом вразвал (загонным) значение C_OPt, упрощен­но следует выбрать, поправочным данным; из. табл. 8.3 и округлить до величины, кратной удвоенной ширине захвата.

Таблица 8.3

Примерные значения С_ОРt, для способа движения вразвал

Комбайн	Длина гона L, м
	400	600	800	1000	1500
КС–1,8 «Вихрь»	56	65	69	75	90
КСС–2,6А	59	70	81	90	101
КСК–100А	68	81	93	104	116
«Полесье»	68	81	93	104	116

При необходимости делают боковые обкосы участка, а также подго­тавливают поворотные полосы шириной 20 м, между загонами делают прокосы шириной 6-7 м для первого прохода уборочного агрегата с транспортным средством.

Если путь заполнения кузова транспортного средства l_Р и длина гона L связаны соотношением

(8.1)

то необходимо сделать поперечные прокосы шириной 6-7 м для проезда транспортных средств на расстоянии, равном l_Р.

Значение l_Р рассчитывается по аналогии с (7.2):

(8.2)

Значения грузоподъемности транспортных средств Q_ГН, и К_Г = 0,6 приведены ранее, а ширина захвата агрегата В – в табл. 8.2. Урожайность убираемой культуры задана в табл. 8.1.

Схему подготовленного описанным способом убираемого поля сле­дует изобразить в тетради.

Нормативное потребное количество уборочных агрегатов в расчете на 100 га убираемого поля определяется по аналогии с (7.6) по формуле (с точностью до двух знаков после запятой)

(8.3)

Календарные сроки уборки Д_К и коэффициент сменности К_СМ заданы в табл. 8.1, а для коэффициентов использования календарного времени а_К и готовности _Г, можно принять усредненные значения а_К = 0,85, _Г = 0.90.

Значение т_Н определяется в виде норматива при F_Н = 100 га при нормативной продолжительности смены Т_CM = 7 ч.

Производительность силосоуборочного комбайна W_m рассчитывает­ся по формуле

(8.4)

где V – рабочая скорость, м/с;  – коэффициент использования времени смены.

Значение V следует выбрать таким образом, чтобы исключить пере­грузку и забивание рабочих органов при требуемом качестве работы:

(8.5)

где _П – допустимый коэффициент использования пропускной способно­сти комбайна. Значения П_Н и наибольшей допустимой скорости V_Л аг­ротехническим требованиям приведены в табл. 8.2.

Например, для комбайна КСС-2,6, при и = 40 т/га, В = 2,6 ,м, П_Н = 27 кг/с, _П = 0,85, получим

м/с

которая меньше допустимой (из табл. 8.2) скорости V_Д = 3,33 м/с; и соот­ветственно принимаем V =2,21 м/с (7,95 км/ч).

Однако при малой урожайности и = 20 т/га получим V = 4,42 м/с, ко­торая больше V_Д, поэтому в качестве рабочей скорости следует принять V = V_Д = 3,33 м/с. В этом случае следует выбрать комбайн с меньшей про­пускной способностью на основании данных табл. 8.2.

По нормативным данным значение , в основном зависящее от длины гона L, приближенно можно принять: L < 150 м,  = 0,42; L = 300-400 м,  = 0,53; L > 100 м,  = 0,61. Подставив значения В, V, и,  в (8.4), определим часовую зависимость силосоуборочного агрегата W_m т/ч, а затем из (8.3) нормативное число агрегатов т_Н в расчете на 100 га убираемой площади (с точностью до двух знаков после запятой).

Нормативное потребное количество транспортных средств п_Н в рас­чете на 100 га рассчитывается в упрощенном варианте из условия поточ­ной работы по аналогии с (7.9), (7.10) также без округления (с точностью до двух знаков после запятой):

(8.6)

Производительность транспортного агрегата W_n, т/ч, рассчитывается по аналогии с (7.7):

(8.7)

где t_П – продолжительность одного цикла транспортного средства, ч.

Расстояние перевозки до силосохранилища l_Г, км, задано в табл. 8.1.

Для принятых тракторных транспортных агрегатов на базе трактора МТЗ–80 с грузом 3-го класса на дорогах второй группы по нормативным данным можно принять: скорость с грузом V_Г = 19 км/ч; скорость без гру­за V_Х = 20 км/ч. Приближенно для автомобилей следует принять: V_Г = 30км/ч; V_Х = 35км/ч.

Значения l_Р и V определены ранее соответственно по формулам (8.2) и (8.5).

Число холостых поворотов для загонного способа движения (вразвал) определяется с учетом (8.2) и длины гона L в виде

(8.8)

Если l_P <L, то приближенно следует принять п_П  0.

Аналогичным образом для кругового способа движения также сле­дует принять п_П  0. Продолжительность одного поворота агрегата t_П по нормативным данным для загонного способа движения имеет значения: t_П = 0,012 ч – для прицепных и t_П = 0,0097 ч – для самоходных комбайнов.

Продолжительность одной разгрузки с учетом маневрирования и других вспомогательных операций по нормативным данным составляет: t_раз = 0,09 ч – для тракторного транспорта; t_раз = 0,08 – для автомобилей.

По нормативным значениям т_Н и п_Н при необходимости можно рассчитать округленное общее число агрегатов т_0 и п_0 для любой пло­щади посевов F_0 по аналогии с (7.11).

Общее потребное количество тракторов ДТ–75М или Т–150 для уп­лотнения силосной массы п_ТН определяется из соотношения т_НW_mТ_CM/п_ТН = 1251 (т.е. 125 т за смену в расчёте на один трактор).

Из общего числа агрегатов т_Н, п_Н и п_ТН в хозяйстве формируются отдельные уборочно-транспортные комплексы (УГК) или звенья (УТЗ). Необходимость образования УТК связана с известными преимуществами групповой работы агрегатов.

Число силосоуборочных агрегатов т в составе УТК определяется таким образом чтобы свести до минимума потери времени, на переезды с одного поля на другое в течение рабочего дня.

Кроме того, необходимо учесть ранее приведенные агротехнические требования к режиму заполнения одного силосохранилища за 3-4 дня.

Значение т с учетом изложенных особенностей рассчитывается по формуле

(8.9)

где т – число силосоуборочных агрегатов в УТК; F_У – средняя площадь одного участка Д_КП – допустимая .продолжительность обработки одно­го участка, дней.

Для Д_КП с учетом агротехнических требований принимаем значение Д_КП = 1-4дня.

Кроме того, по организационным соображениям должно соблюдать­ся также условие

т  5 (8.10)

Значение т с учетом (8.9) и ограничения (8.10) может корректиро­ваться за счет выбора значения Д_КП в диапазоне Д_КП = 1-4. Возможно при этом и значение т = 1. При значениях т  6 формируется два и более УТК.

Соответствующее число транспортных агрегатов п в УТК упрощен­но определяется по аналогии с (8.6) из условия поточной работы:

(8.11)

Потребное число п_Т тракторов ДТ–75М или Т–150 в УТК для уплот­нения силосной массы определяется из ранее приведенного соотношения

(8.12)

Более точным по сравнению с предыдущим заданием является веро­ятностный метод расчета оптимального потребного числа транспортных средств п_OPt в УТК методами ТМО.

В упрощенном варианте с учетом ограниченного времени занятия целесообразно рассчитать оптимальное количество транспортных средств п_OPt для обслуживания одного уборочного агрегата. Критерий оптимально­сти по аналогии с предыдущим заданием соответствует минимуму потерь от взаимного ожидания уборочного агрегата и транспортных средств:

(8.13)

где п_О – среднее количество простаивающих транспортных средств; Р_тО –вероятность простоя уборочного агрегата из-за отсутствия на поле сво­бодных транспортных средству С_п, С_т – потери от одного часа простоя со­ответственно транспортного и уборочного агрегатов р./ч.

По аналогии с предыдущим заданием уборочный агрегат выполняет функцию своеобразного погрузчика. И в данном случае по аналогии с (7.15) целесообразно перейти к относительным безразмерным затратам:

(8.14)

где Ц_п, Ц_т – оптовые цены соответственно транспортного (включая цену трактора /прицепа) и уборочного (включая цену трактора, и прицепного комбайна) агрегатов, р.; п_О – среднее число простаивающих транспортных агрегатов; Р_тО – вероятность простоя уборочного агрегата в ожидании свободных транспортных средств.

Значения п_О и Р_тО определяются по аналогии с (7.16), (7.17):

(8.15)

(8.16)

где а = / ,  – плотность потока требований от одного транспортного агрегата, 1/ч;  – средняя интенсивность обслу­живания, 1/ч.

Значения  и  рассчитываются по аналогии с (7.18):

(8.17)

Оптовые цены транспортных Ц_п и уборочных Ц_т агрегатов по анало­гии с предыдущим заданием можно определить в стабильных ценах 1984г.: МТЗ-80 + 2-ПТС-4-887 Ц_п = 3987 + 980 = 4967 р;

MT3-80+ПСE-12,5 Ц_п = 3987 + 1200 = 5187 р.;

ГАЗ-САЗ-53Б Ц_п = 2009р.;

ЗИЛ-ММЗ-554М Ц_п = 4387 р.;

МТЗ-80+КС-1,8 «Вихрь» Ц_п = 3987 + 1727 = 5714 р.;

МТЗ-80+КСС-2,6А Ц_п = 3987 + 1898 = 5885 р.;

ДТ-75М+КС-1.8 «Вихрь» Ц_п = 3710 + 1727 - 5437 р.;

ДТ-75М+КСС-2,6А Ц_п = 3710 + 1898 = 5608 р.;

Т-150+КСС-2.6А Ц_п = 6273 + 1898 = 8171 р.;

Т-150К+КСС-2,6А Ц_п = 7152+1898 = 9050 р.;

КСК-100А Ц_п = 7117 р. (ориентировочно);

комплекс «Полесье» Ц_п = 8896 р. (ориентировочно).¹

Если вместо трактора МТЗ-80 используется МТЗ-82, то вместо цены 3987 р. следует принять 4322 р.

Последующее упрощенное численное решение по критерию опти­мальности (8.14) осуществляется по схеме, описанной в предыдущем за­дании. Задаем последовательно возрастающие значения п =1, 2... и рас­считываем соответствующие им P_т01 P_т02 из (8.16), п₀₁, п₀₂ из (8.15) и , .

При получим соответствующее оптимальное число п_opt, транспортных средств для обслуживания одного уборочного агрегата, а, также среднее число простаивающих транспортных средств п_oopt, и вероят­ность простоя уборочного агрегата P_moopt, в оптимальном режиме работы. По аналогии с (7.19) и (7.20) можно определить также оптимальную про­пускную способность уборочного агрегата по числу обслуженных за 1 ч транспортных средств

(8.18)

и коэффициент простоя транспортных средств в оптимальном режиме ра­боты

(8.19)

Если число силосоуборочных агрегатов в УТК больше одного (т > 1), то соответствующее оптимальное число транспортных средств п_орt, приближенно можно определить так:

(8.20)

При этом для поправочного коэффициента  можно принять сле­дующие приближенные значения: т = 1,  =1; т = 2,  = 0,96; т = 3, = 0,90; т = 4,  = 0,87; т = 5,  = 0,85.

Уменьшение  с ростом числа уборочных агрегатов т связано с тем, что по мере увеличения т вероятность простоя транспортных средств уменьшается.

Если предварительное значение п, полученное по упрощенной фор­муле (8.11), слишком велико (п > 8), то расчеты по (8.16) становятся слишком громоздкими при использовании обычного калькулятора.

При этом по аналогии с предыдущим заданием приближенно можно перейти к укрупненным транспортным агрегатам, группируя их по 2, 3 и т.д. (с удвоенной, утроенной грузоподъемностью и т.д.) и определяя соот­ветствующие значения  из (8.17), так как  при этом остается постоян­ным.

Балльная оценка качества работы осуществляется методами, изло­женными в учебнике. Там же содержатся требования по охране труда и технике безопасности. По заданию преподавателя может быть выполнена многовариантная учебно-исследовательская работа с использованием компьютера.

5. Итоговые результаты расчетов по всем пунктам, включая исход­ные данные.

№ пункта	Наименование и обозначение показателя или параметра	Результат расчёта с указанием размерности
1	Исходные данные
2
3
4
5

Выполнил ________________________ Ф.И.О. студента

подпись

Принял ________________________ Ф.И.О. преподавателя