Determination of the structure park of semitrailed and trailed machines for applying solid mineral fertilizers

Full Text

Введение Стремление сельхозпроизводителей к получению максимальных урожаев явилось основой широкого применения удобрений. Разнообразие почв и возделываемых культур, различие их плодородия требует практически неограниченного сочетания видов и доз минерального питания [1]. Решение этой проблемы осуществляется путем последовательного внесения каждого вида питательных элементов, внесением сложных удобрений или их смесей различных форм и состава (органно-минеральные смеси, смеси твердых и жидких удобрений и ряд других). В этой связи необходимо совершенствование технологий и средств механизации для увеличения урожайности и повышения качества урожая [2, 3]. Твердые минеральные удобрения доставляют в поле и вносят в определенные периоды года, обусловленные агротехническими сроками внесения, под различные культуры в разных природно-производственных зонах России. Твердые минеральные удобрения вносят по прямоточной, перевалочной и перегрузочной технологическим схемам [4]. Рассмотрим данные схемы. Прямоточная. Удобрения загружают на складе в разбрасыватель, который вывозит их в поле и разбрасывает или заделывает в почву. Такая схема целесообразна при расстоянии от склада до поля не более 5 км и грузоподъемности машин 4-6 т. Перевалочная. Удобрения, доставляемые со склада транспортными средствами, перегружаются в стационарное полевое хранилище или передвижную полевую емкость, из которых затем заправляют машины для внесения. Перегрузочная. Удобрения со склада до поля доставляют транспортными средствами, из которых затем их перегружают в машины для внесения и вносят в поле. Схему применяют при дальности перевозки свыше 5 км и грузоподъемности машин 4-6 т [5]. Последняя имеет разновидности: из обычных транспортных средств удобрения можно перегружать в прицеп-разбрасыватель специальным автомобилем-самосвалом с устройством предварительного подъема кузова; из автомобиля-самосвала общего назначения при помощи передвижной эстакады - в прицепы разбрасыватели. Цель исследования Теоретически показать зависимость затрат рабочего времени работы разбрасывателя и транспортных средств от их технических характеристик, а также от допустимых затрат на доставку и внесение удобрений. Установить критерий оптимальности по доставке и внесению удобрений. Привести результаты расчетов этих параметров и потребность в разбрасывателях в зависимость от применяемых технологий, отвечающих агротехническим требованиям [6]. Объекты и методы исследования При решении задачи предусматривается, что удобрения вносятся подразделениями хозяйств. При этом принимается во внимание, что хозяйства не всегда могут привлечь для внесения удобрений все имеющиеся в их распоряжении тракторы и автомобили-самосвалы в связи с тем, что в эти периоды выполняются и другие виды работ. Учитывается, что в сельском хозяйстве не хватает рабочей силы, а в перспективе она будет увеличиваться, поэтому затраты рабочего времени на внесение удобрений не должны превышать установленных нормативов. В связи с этим введем ограничения по затратам рабочего времени: , где - затраты рабочего времени разбрасывателя J и транспортных средств при работе по технологической схеме i; m - длина гона; s - доза внесения; Qj - грузоподъемность; Bpj - рабочая ширина захвата агрегата i; vjp - рабочая скорость агрегата; - количество удобрений, которое доставляется транспортным средством и вносится разбрасывателем i в зоне z за период τ по технологической схеме; - количество удобрений, которое необходимо внести в зоне z за период τ; - допустимые затраты рабочего времени на доставку и внесение 1 т удобрений. Предполагается, что весь выпуск прицепов-разбрасывателей каждого типоразмера сосредоточен на заводе, тогда потребность Pj, годовая загрузка Tгi и объем Nj выпуска связаны с планом использования разбрасывателей зависимостями: ; . где - количество рабочих часов в периоде τ зоны z; - коэффициент, связывающий потребности с объемом выпуска разбрасывателей j. Известны следующие выходные данные: объемы и сроки внесения твердых минеральных удобрений в каждой зоне; природно-производственные условия эксплуатации машин при внесении; технико-эксплуатационные и экономические показатели транспортных средств, свободных от других работ, которые могут быть использованы на внесении удобрений в каждой зоне [7]; предельная грузоподъемность; ширина захвата и рабочая скорость разбрасывателей; зависимость себестоимости изготовления разбрасывателей от их годового выпуска. При этом предполагается, что типаж разбрасывателей существенно не изменяется по районам применения и потребность в них определяется с помощью поправочных коэффициентов. Данные о сроках, дозах, объемах вносимых удобрений по периодам года, расстояниях при перевозке, длине гонов могут быть получены путем обработки технологических карт. Число машин по зонам в стране распределяется исходя из их количества по состоянию на 2010 г.: для тракторов - пропорционально нормам зональной потребности [8, 9], для автомобилей-самосвалов - пропорционально их фактическому числу в зонах в 2009 г. Балансовая цена разбрасывателей определяется как: где ϕ - коэффициент, учитывающий плановую рентабельность завода-изготовителя и стоимость доставки в хозяйство; - коэффициент серийности, выраженный себестоимостью изготовления от объема выпуска; - коэффициент, учитывающий стоимость сборки разбрасывателя; m1 - номер узла ();- себестоимость изготовления m1 узла разбрасывателя. Критерий оптимальности - минимум суммарных приведенных затрат на выполнение годового объема работ по доставке и внесению твердых минеральных удобрений. Все перечисленные условия в формализованном виде могут быть учтены в экономико-математической модели. Задача решена применительно к пяти вариантам исходных условий, отличающихся один от другого степенью учета реальной ситуации. Рассмотрим эти варианты. А (идеальный вариант) - без ограничений по затратам рабочего времени, числу транспортных средств (автомобилей-самосвалов) и тракторов. Б - без ограничений по затратам рабочего времени, но с ограничением по числу автомобилей-самосвалов и тракторов. В (реальный) - со всеми ограничениями; Г - со всеми ограничениями при условии выбора типоразмеров прицепов разбрасывателей из типажа, предусмотренного системой машин до 2020 г. Д - со всеми ограничениями и при условии выбора типоразмеров прицепов-разбрасывателей из типажа, предусмотренного системой машин до 2020 г. В вариантах А, Б и В решена задача оптимизации типоразмерного ряда, параметров и структуры парка прицепов-разбрасывателей, в вариантах Г и Д оптимизировалась только структура их парка. Наиболее полно учитывают реальные условия - ограничения в наличии механизаторов, свободных тракторов и автомобилей - вариант В. Результаты расчета типов, параметров и потребности в разбрасывателях приведены в таблице. Расчетное число машин определено при условии, что использование их организовано хорошо, потери рабочего времени по организационным причинам минимальны, обеспеченность высокопроизводительными погрузчиками полная. Выводы На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что для качественного использования технологий внесения твердых минеральных удобрений необходимо сократить потери рабочего времени на внесении, сократить простои транспортных средств по эксплуатационным причинам, обеспечить производителей сельскохозяйственной продукции высокопроизводительными разбрасывателями и погрузчиками, подобранными по результатам расчетов с учетом рассматриваемых зависимостей, типов, параметров и потребности в разбрасывателях. Комплекс машин по внесению, транспортировке и загрузке должен быть увязан по производительности при минимизации функции затрат на простои в технологии применения. Таблица Результаты расчета типов, параметров и потребности в разбрасывателях Вариант Тяговый класс трактора, кН Тип разбрасывателя Грузоподъемность, т Ширина захвата, м Потребность, шт. А 14 полуприцепной 4,0 12,0 52 628 Б 14 14 30 50 полуприцепной прицепной прицепной прицепной 4,0 5,0 12,0 18.0 12,0 12,0 12,0 12,0 23 817 28 781 82 466 2 360 В 14 14 30 50 полуприцепной прицепной прицепной прицепной 4,0 5,0 12,0 24,0 12,0 12,0 12,0 12,0 18 313 24 531 68 619 23 131 Г 14 14 30 50 полуприцепной прицепной прицепной прицепной 4,0 5,0 10,0 16,0 10,0 6,0 10,0 12,0 17 747 40 267 86 842 5 509 Д 14 14 30 50 полуприцепной прицепной прицепной прицепной 4,0 4,0 9,0 9,0 10,0 6,0 7,0 7,0 18 688 38 725 76 122 823

About the authors

M. B Latyshenok

Ryazan State Agrotechnological University Named After Pavel A. Kostychev

DSc in Engineering

A. V SHemyakin

Ryazan State Agrotechnological University Named After Pavel A. Kostychev

DSc in Engineering

V. V Terent'ev

Ryazan State Agrotechnological University Named After Pavel A. Kostychev

PhD in Engineering

K. P Andreev

Ryazan State Agrotechnological University Named After Pavel A. Kostychev

PhD in Engineering

V. A Makarov

Institute of Technical Support of Agriculture - branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vvt62ryazan@yandex.ru
DSc in Engineering

O. I ZHuravleva

Institute of Technical Support of Agriculture - branch of Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vvt62ryazan@yandex.ru

References

Supplementary files