НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БОНДАР СЕРГІЙ МИРОНОВИЧ

УДК 631.31:631.51.021(477.41/42)

ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНОГО СКЛАДУ ТА ЕФЕКТИВНОГО ВИКОРИСТАННЯ КОМПЛЕКСІВ МАШИН ДЛЯ ОСНОВНОГО ОБРОБІТКУ ҐРУНТУ В УМОВАХ ЗОНИ ПОЛІССЯ УКРАЇНИ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ — 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор, заслужений працівник народної освіти України Мельник Іван Іванович, завідувач кафедри експлуатації техніки та інженерного менеджменту Національного аграрного університету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сидорчук Олександр Васильович, завідувач кафедри управління проектами та безпеки виробництва в АПК Львівського державного аграрного університету,

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Мудрук Олексій Северіанович, провідний науковий співробітник Центру історії аграрної науки Центральної наукової сільськогосподарської бібліотеки УААН.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет сільського господарства Міністерства аграрної політики України, кафедра експлуатації машинно-тракторного парку, м. Харків.

Захист відбудеться “ 6 ” лютого 2003 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, кімната 41.

Автореферат розісланий “ 3 ” січня 2003 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.Г. Войтюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Тенденції подальшого розвитку екоінтенсивних механізованих технологій основного обробітку дерново-підзолистих ґрунтів націлюють на перегляд і пошук нових підходів у моделюванні схем машиновикористання. Комплекси машин, які використовуються протягом останніх десятиліть, не відповідають змінам виробничих відносин, чинникам економічної, екологічної й енергетичної доцільності. Разом із тим вимоги до якості управлінських рішень невпинно зростають, що обумовлено постійно високою ціною помилки при використанні високопродуктивних і високовартісних засобів механізації.

Існуючі методи обґрунтування раціонального складу машинних агрегатів і машинних комплексів не у всіх випадках прийнятні. Дуже рідко комплекси машин основного обробітку ґрунту розглядаються й оцінюються у системі сівозміни господарства. Отже, особливої актуальності набувають наукові дослідження й розробки, які сприяють підвищенню ефективності основного механізованого обробітку ґрунту шляхом обґрунтованого раціонального використання машинних агрегатів і комплексів машин у системі сівозміни з обов'язковим виваженим урахуванням умов і особливостей аграрних господарств, у тому числі зони Полісся України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі експлуатації техніки та інженерного менеджменту НАУ у відповідності до плану науково-дослідних робіт на основі держбюджетних тем: “Розробити раціональні технологічні процеси обробітку ґрунту та сівби зернових культур на базі багатофункціональних технічних засобів”, державна реєстрація 0197U017943; “Обґрунтування комплексів машин та нормативів потреби в техніці для рослинництва господарств різних організаційних форм зони Лісостепу України”, державна реєстрація 0100U002341.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності основного обробітку ґрунту на основі обґрунтованого вибору раціонального комплексу машин.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- встановити та проаналізувати чинники, що впливають на процес основного обробітку ґрунту, формалізувати отримані результати;

- виявити вплив сівозмін на вибір системи: технологія – технологічні операції – машинні агрегати – комплекси машин, а також вплив нормоутворюючих природно-виробничих умов на роботу машинних агрегатів основного обробітку ґрунту, розробити математичну модель;

- встановити експлуатаційні показники роботи машинних агрегатів основного обробітку ґрунту при лабораторно-польових, виробничо-хронографічних та аналітичних дослідженнях;

- дослідити технології, схеми машиновикористання, комплекси машин у залежності від виробничого навантаження, визначити оптимальні обсяги площ обробітку;

- обґрунтувати комплекси машин основного обробітку ґрунту в сівозміні та визначити їх техніко-економічні показники, нормативи потреб у техніці, виконати прогнозну оцінку щодо ефективності впровадження розроблених методичних засад.

Об'єкти дослідження - процеси та засоби основного механічного обробітку ґрунту в природно-виробничих умовах зони Полісся України.

Предмет дослідження - метод обґрунтування комплексів машин основного обробітку ґрунту.

Методи дослідження - теоретичні дослідження базуються на методах теорії систем, теорії множин та математичної статистики. Експериментальні дослідження проводились методом лабораторно-польових випробувань, методом виробничо-хронографічних спостережень, методом моделювання з використанням удосконалених програмних засобів та ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на засадах узагальнення науково-практичних результатів досліджень ефективності сівозмін обґрунтовано вплив взаємовідношення сільськогосподарських культур на процес основного механічного обробітку ґрунту. Розроблена нова математична модель, яка дає можливість визначати сукупність технологічних операцій основного обробітку ґрунту в залежності від схеми чергування культур і попередників та структури посівних площ господарства, а також відтворювати механіко-математичні передумови аналітичної оцінки механізованих технологій та технічних засобів у системі обробітку ґрунту в сівозміні.

Удосконалена математична модель системи “Комплексне машино-використання” * для визначення раціональних режимів роботи ґрунтообробних машинних агрегатів, структурного та кількісного складу комплексів машин основного обробітку ґрунту, а також оптимальних обсягів виробництва для конкретних виробничо-господарських умов аграрних підприємств. Це дасть можливість повніше враховувати особливості умов використання ґрунтообробної техніки у господарствах.

Узагальнені технологічні нормоутворюючі показники природних чинників зони Полісся, що мають найбільший вплив на експлуатаційні властивості та обмеження при використанні комплексів машин для основного обробітку ґрунту.

Структурована та проведена порівняльна оцінка сучасних механізованих технологій і засобів виконання основного обробітку ґрунту.

Практичне значення одержаних результатів полягає в підвищенні ефективності основного обробітку ґрунту шляхом обґрунтування системи технологічних операцій, машинних агрегатів і комплексів машин у залежності від схеми чергування культури й попередника, а також структури посівних площ. Реалізація методики розробленими програмними засобами дає змогу, по-перше, системно вирішувати завдання, пов'язані з обґрунтуванням складу машинних агрегатів і комплексів машин основного обробітку ґрунту; по-друге, застосування ПЕОМ розширює коло доступу до достатньо кваліфікованого планування; по-третє, наближує до максимально повного врахування конкретних природно-виробничих та техніко-економічних умов виробника. Зазначена методика апробована у трьох господарствах поліської зони Чернігівської області. Економічний ефект досягається за рахунок підвищення продуктивності, зменшення затрат праці, зменшення витрат палива при виконанні машинними агрегатами визначених технологічних операцій основного обробітку ґрунту в системі сівозміни господарства.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто сформульовані науково-методичні принципи виявлення впливу сівозмін на вибір системи технологія – технологічні операції – машинні агрегати – комплекси машин, а також впливу нормоутворюючих природно-виробничих умов на роботу машинних агрегатів основного обробітку ґрунту. Розроблено математичну модель, створено алгоритм структурування попередників та шляхи вибору механізованих технологій основного обробітку ґрунту, які адекватні конкретним умовам сільськогосподарських зон.

Апробація роботи. Основні результати досліджень доповідалися на трьох щорічних науково-технічних конференціях викладацького складу та аспірантів, що проводились у Національному аграрному університеті протягом 1999 - 2002 років, на технічній раді Департаменту науково-технічної політики Міністерства аграрної політики України (2001 - 2002 рр.).

Публікації. За результатами досліджень надруковано 11 наукових праць, із них – 7 статей, 1 деклараційний патент України, 3 тези доповідей на науково-практичних конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, переліку посилань та додатків. Робота викладена на 151 сторінці машинописного тексту, включає 25 таблиць, 43 рисунки, 137 бібліографічних посилань та додатки.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи і сформульовано мету дослідження.

У першому розділі проаналізовані чинники, що впливають на ефективність використання комплексів машин основного обробітку ґрунту. Виокремлено три основні типи ґрунтоутворення — дерново-підзолистий, дерновий опідзолений і дерново-глейовий. Відзначено, що на Поліссі переважають ґрунти грубої гранулометрії — піщані й супіщані. Визначено середньозважені значення показників, що характеризують умови використання ґрунтообробних машинних комплексів.

Зроблено висновок, що механізована технологія є функцією, залежною від ланки чергування сівозміни. Визначена типова польова сівозміна Полісся.

Диференційовано механізовані технології за повнотою обробітку земельного виділу та мірою загортання рослинних решток.

У наукових працях Погорілого Л.В., Крамарова В.С., Губка В.Р., Фінна Е.А., Діденка М.К., Зангієва А.А., Сидорчука О.В., Мельника І.І. та інших науковців глибоко досліджені теорія і методи оптимізації експлуатаційних систем сільськогосподарської техніки, питання комплектування машинних агрегатів, визначення раціонального складу комплексів машин та машинно-тракторного парку. Зроблено висновок про те, що взаємозумовленість технології, техніки та організації її використання потребують системного розгляду усіх чинників, які забезпечують функціонування аграрного сектора. Обґрунтування комплексів машин повинно спиратися на систему математичних моделей, які відображають взаємозалежні виробничі процеси.

За матеріалами першого розділу сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі розроблені теоретичні положення впливу взаємодії культур у системі сівозмін на вибір технологій, комплексів машин і машинних агрегатів основного обробітку ґрунту. Відправною точкою теоретичних досліджень служить поняття системи, визначене в теоретико-множинних термінах, що ототожнюється як підмножина r декартового добутку множин К ґ П, де К — множина культур, а П — множина попередників цих культур. Отже, (ki, пj) О r.

Бінарне відношення (ki, пj) О r між елементами множини культур і елементами множини попередників формалізується графіком відповідності у вигляді табл. 1.

Таблиця 1

Графік відповідності (ki, пj)Оr.

П

K п1 п2 п …, пj

k1 f(k1;п1) f(k1;п2) F(k1;п,…,) f(k1;пj)

k2 f(k2;п1) f(k2;п2) F(k2;п,…,) f(k2;пj)

k,…, f(k,…,;п1) f(k,…,;п2) f(k,…,;п,…,) f(k,…,;пj)

ki f(ki;п1) f(ki;п2) F(ki;п,…,) f(ki;пj)

Попередники є першою компонентою й областю визначення відношення ki і пj – Dom с, а множина другої компоненти (культура, що вирощують,) є областю значень – Im с.

Таким чином,

(1)

(2)

Аналогічно j — відображення елементів підмножини відповідностей елементів підмножини r у множині елементів механізованих технологій основного обробітку ґрунту Т, оскільки у вирішальній мірі вибір елемента t (технології) залежить від відповідності (ki, пi)Оr, то рівність

(3)

визначає відображення Т®r, графік відображення побудований у вигляді табл. 2.

Таблиця 2

Графік відображення підмножин множини технологій основного обробітку ґрунту у відповідності (ki, пi)Оr

П

K п1 п2 п,…, пj

k1

k2

k,…,

ki

У свою чергу ; ; ; ; і т.д. — підмножини множини технологій основного обробітку ґрунту, які містять у собі елементи, що відношення еквівалентності елементів множини за механічною дією на ґрунтове середовище ділить на традиційні, мінімальні, нульові тощо. Математичне визначення цього поняття матиме вигляд:

, (4)

де — традиційна технологія основного обробітку ґрунту після j-того попередника під і-ту культуру; —

мінімальна технологія основного обробітку ґрунту після j-того попередника під і-ту культуру; —

n-на технологія основного обробітку ґрунту після j-того попередника під і-ту культуру;

Якщо r — множина відношень між елементами множини культур і елементами множини попередників, тоді ц — відображення множини технологій основного обробітку ґрунту у множині відношень, о — відображення множини ґрунтообробних машин у множині технологій, тоді за властивістю комутативності результат послідовного перемноження відображень м — відображення множини ґрунтообробних машин у множині відношень r. За властивістю множин добуток двох відображень також виявляється відображенням.

Рис. 1. Діаграма добутку відображень.

За типом робочих органів (відношення еквівалентності елементів множини) множина існуючих ґрунтообробних машин М={м1, м2, …, мj} ділиться на підмножини Мv; Мd; Мch; Мk; а саме:

(5)

де Мv — підмножина відвальних знарядь;

Мd — підмножина дискових знарядь;

Мch — підмножина чизельних знарядь;

Мk — підмножина комбінованих знарядь.

Також відношенням еквівалентності елементів множини ґрунтообробних машин М={м1, м2, …, мj} за глибиною обробітку ґрунту виокремлює множину М на підмножини Ма<8; М8?а?16; М16<а?24; М24<а?32; а саме:

(6)

де Ма<8 — підмножина знарядь для обробітку ґрунту на глибину до 8см;

М8?а?16 — підмножина знарядь для обробітку ґрунту на глибину від 8 до 16см;

М16<а?24 — підмножина знарядь для обробітку ґрунту на глибину від 16 до 24см;

М24<а?32 — підмножина знарядь для обробітку ґрунту на глибину від 24 до 32см.

Провівши процедуру декартового множення підмножин із формул 5 і 6, отримаємо:

(7)

(8)

(9)

(10)

Формалізовано рефлексивне, симетричне та транзитивне відношення елементів множини ґрунтообробних машин, пов'язане із системою основного обробітку ґрунту у сівозміні.

Нехай існують множини культур — К={k1, k2, …, ki} де — i = m, а також множини земельних виділів — S={s1, s2, …, sj}, — де j = n, а n і m.

(11)

Провівши процедуру послідовного декартового множення множини відібраних для складання схеми сівозміни культур, одержимо матрицю розміром mnґn:

. (12)

Алгоритм побудови матриці виражений нерівністю:

(13)

Провівши елементарні перетворення рядків і стовпців матриці, одержимо нову матрицю Kў:

, (14)

де ri — значення рейтингової оцінки ланцюжка сівозміни.

Далі проведемо сортування n-мірних векторів за максимальним значенням рейтингу ri®max. У залежності від обраної технології основного обробітку ґрунту проведемо заміщення відповідних елементів множини відповідностей ( ki , пj ) О r на їх відображення у підмножинах ; ; ; , множини Т. Провівши процедуру добутку відображень Т і М, отримаємо підмножину ґрунтообробних машин, які відповідають як умовам вирощуваних культур, так і вимогам обраного механізованого процесу основного обробітку ґрунту.

Виконавши множення кінцевої підмножини відповідностей механізованих технологій і машинних комплексів — (t, m) О m на кінцеву підмножину відповідностей культур і земельних наділів — (k, s) О r, обумовленого рівнянням :

(15)

зв'яжемо j-ий земельний наділ площею sj із i-им машинним комплексом продуктивністю wi.

Продуктивність — один із найважливіших показників використання машинних агрегатів, від точності розрахунку якого у значній мірі залежить оцінка ефективності роботи ґрунтообробних машинних комплексів.

Проте у зв'язку зі складністю умов використання машинних агрегатів для врахування впливу факторів, відмінних від типових, пропонується ввести коефіцієнт, який характеризує складність їх використання — kск.у.. Тобто при визначенні продуктивності машинних агрегатів, які працюють у більш складних природно-виробничих умовах, ніж типові, необхідно врахувати значення коректив, що визначають різницю між реальними й типовими та мають градацію за складністю конфігурації земельних виділів, нерівномірністю рельєфу, кам'янистістю й вологістю ґрунту, наявністю перешкод та висотою над рівнем моря.

У формалізованому вигляді коефіцієнт, який характеризує складність умов використання машинних агрегатів, становитиме:

, (16)

де kск.у. — коефіцієнт складності умов;

kзв. — коефіцієнт конфігурації земельного виділу;

kпл. — коефіцієнт ландшафту земельного виділу;

kкг. — коефіцієнт кам'янистості ґрунту;

kпр. — коефіцієнт наявності перешкод;

kвл. — коефіцієнт вологості ґрунту;

kвс. — коефіцієнт висоти над рівнем моря.

Тоді відомий вираз набуває вигляду:

га/год. (17)

Знаючи обсяги робіт і продуктивність машинних агрегатів, можна визначити необхідну цілочислову кількість машинних агрегатів для виконання кожної ґрунтообробної операції:

(18)

Застосувавши один із критеріїв ефективності, можна визначити найбільш “вигідні” машинні агрегати для виконання кожної із операцій. Для цього необхідно перетворити прямокутну матрицю mЧn у матрицю-вектор А так, що:

. (19)

Очевидно, що матриця А являє собою упорядковану множину ґрунтообробних машинних агрегатів, які можуть виконувати відповідні механізовані операції системи обробітку ґрунту у сівозміні. З метою пошуку раціонального складу комплексів машин основного обробітку ґрунту необхідно розглянути дану систему за агротехнічними строками виконання робіт. Множина варіантів використання машинних агрегатів основного обробітку ґрунту у річному періоді виконання механізованих робіт виражається матрицею:

. (20)

Оцінка роботи машинних агрегатів основного обробітку ґрунту визначена за показниками приведених витрат, затрат робочого часу, витрат палива на гектар обробітку. Застосувавши один із критеріїв ефективності, можна визначити найбільш “вигідні” машинні агрегати для виконання кожної із операцій.

У третьому розділі викладені програма і методика лабораторно-польових, виробничо-хронометражних та обчислювальних досліджень основних експлуатаційних, техніко-економічних показників роботи машинних агрегатів та комплексів машин основного обробітку ґрунту.

Програма експериментальних досліджень складається з трьох об'єднаних парадигмою мети окремих досліджень, виконання яких забезпечує перевірку та корегування теоретичних положень, міркувань і висновків щодо методів обґрунтування раціонального складу комплексів машин для основного обробітку ґрунту.

Досліджувалися основні типи ґрунтообробних машинних агрегатів у межах їх використання для різних технологій основного обробітку ґрунту, а саме: полицеві, чизельні, комбіновані.

Дані лабораторно-польових досліджень отримані за допомогою універсальної вимірювальної системи (УВС) на базі трактора Т-150К, оснащеною вимірювальною тензоланкою, протарованою еталонним динамометром ДОСМ-3-5. УВС укомплектована також витратоміром палива та пристроєм для вимірювання шляху (“п'яте колесо”). Дослідження проводились на полях дослідного господарства УААН агрофірми “Лосинівська” Ніжинського району Чернігівської області. Випробовувались комбінований агрегат КШН-3, плоскоріз-щілювач ПЩН-2,5 по полю після цукрових буряків та по ріллі. Використані результати випробувань полицевого плуга ПН-5-40 та комбінованого агрегату АМО-7,2.

Виробничо-хронографічні дослідження проведені методом хронографії часу й хронометражу з врахуванням вимог застосування методики хронометражу за ОСТ 70216-73. Узагальнено дані спостережень за роботою орних агрегатів у шести господарствах Чернігівської області.

Аналітичні дослідження впливу головних нормоутворюючих чинників на показники роботи машинних агрегатів і комплексів машин основного обробітку ґрунту проведені методом моделювання на основі розробленої моделі та удосконалених програмних засобів на ПЕОМ.

Запропонована специфіка досліджень зумовлена системним підходом у вирішенні завдань щодо визначення ефективності комплексів машин основного обробітку ґрунту з урахуванням чергування культур у сівозміні, що за умов застосування лише традиційних виробничих експериментів значно ускладнило б виявлення зазначеного впливу.

У четвертому розділі “Обґрунтування раціонального складу машинних агрегатів та комплексів машин для основного обробітку ґрунту” викладено і проаналізовано основні результати проведених досліджень.

На першому етапі для дослідження виокремлено 13 різновидів основних технологічних операцій механізованого обробітку ґрунту та 130 типорозмірів ґрунтообробних машинних агрегатів, що можуть бути використані в рільництві зони Полісся України. За фактори впливу прийняті головні нормоутворюючі показники: глибина обробітку, питомий опір, довжина гонів, складність умов використання машинних агрегатів. При визначенні раціональних варіантів ґрунтообробних машин їх ефективність оцінювали за трьома основними показниками використання сільськогосподарської техніки: продуктивністю, витратою палива на одиницю роботи й прямими експлуатаційними витратами.

Підтверджено, що основним узагальнюючим показником ефективності машинних агрегатів є собівартість виконання технологічної операції. Аналіз усереднених значень співвідношень між собівартістю виконання обробітку ґрунту, продуктивністю машинних агрегатів та витратами палива на гектар показав, що вітчизняні ґрунтообробні машинні агрегати поступаються своїм зарубіжним аналогам на 0,4...11,7% у продуктивності та є витратнішими по паливу на 9,3...27,6%, але, зважаючи на значну вартість імпортної сільськогосподарської техніки, на 34,8...87,5% менш витратні за собівартістю виконання ґрунтообробних операцій.

Лабораторно-польовими дослідженнями встановлено, що ефективність використання машинних агрегатів для основного обробітку ґрунту значною мірою залежить від фізико-механічного стану ґрунту, рельєфу, конфігурації, довжини гонів тощо. Так на легких піщаних ґрунтах буксування трактора Т-150К з компактором К-600 досягала 36 відсотків, а коротка довжина гонів окремих полів та їх складна конфігурація призводила до зменшення коефіцієнта використання часу зміни до 0,6...0,7 і відповідно зменшення до 58% продуктивності та збільшення майже удвічі витрат палива.

Менш витратними за собівартістю виконання лущення стерні виявились машинні агрегати, укомплектовані дисковими лущильниками, у порівнянні із дисковими боронами та лемішними лущильниками відповідно на 10,98...87,05 грн/га (у середньому 159%) та 37,29...94,9 грн/га (у середньому 306%). У порівнянні з іншими варіантами кращі показники мають машинні агрегати у складі: Т-150К-08+ЛДГ-15А; Т-150К-08+БДВ-6,5; Дойц4.78+ПЛ-6-30.

Як свідчить порівняльний аналіз, за критерієм собівартості оранка звичайними плугами є менш витратною у порівнянні із іншими видами оранки. Тому для умов Полісся, де переважають легкі за гранулометричним складом ґрунти із неглибоким гумусовим горизонтом, де агротехнологією ґрунтозахисного обробітку рекомендовано залишати на поверхні поля певну кількість пожнивних решток, а розміри земельних наділів відносно невеликі, оранка звичайними плугами є достатньою.

За критерієм продуктивності кращими є широкозахватні агрегати, укомплектовані енергонасиченими тракторами. Це К-701 ПЛН-8-40, ХТЗ-153Б + ПЛП-6-35, ДжДір8400 ПП-8-35 та Т-150 ПЛП-6-35 (рис. 2). Тоді як за критерієм витрат палива одними з кращих є агрегати Дойц4.78 ПЛН-3-35, ДжДір8400 ПП-8-35, що можна пояснити загальною перевагою в ощадливих витратах пального зарубіжних енергетичних засобів перед вітчизняними (рис. 3).

Рис. 2. Залежність продуктивності орних агрегатів від довжини гонів. Рис. 3. Залежність витрати палива на гектар оранки від довжини гонів.

Разом з тим орний агрегат в складі ХТЗ-153Б ПЛП-6-35 має кращі за інші агрегати показники витрат палива, віднесені на гектар виконаної роботи. Близькі до кращих показники витрати палива машинного агрегата в складі ХТЗ-17021 ПН-5-40. Результуючий аналіз за критерієм собівартості виконання оранки виявив найбільш витратні й економічні орні агрегати (рис. 4.). З найменшими приведеними витратами виконується оранка агрегатом ХТЗ-153Б ПЛП-6-35. Помітно витратнішими, незважаючи на високу продуктивність, є орні агрегати ДжДір8400 ПП-8-35 й К-701 ПЛН-8-40.

Рис. 4. Вплив довжини гонів на собівартість виконання оранки.

Порівняльний аналіз типових машинних агрегатів основного обробітку ґрунту за собівартістю виконуваних робіт ніби не тільки “гармонізує” певні протиріччя між продуктивністю та витратою палива (у даному випадку), але й враховує економіку виробництва засобів механізації, технічний сервіс, ресурси тощо. (рис. 5). Кращим серед розглянутих за критерієм собівартості виконуваних робіт є машинний агрегат, призначений для чизельного розпушення ґрунту, скомплектований на базі гусеничного трактора загального призначення ХТЗ – Б, обладнаний силовою установкою BF6M1013E фірми “Дойц” та укомплектований щілювачем ПЩН – ,5.

Рис. 5. Порівняльний аналіз типових машинних агрегатів основного обробітку ґрунту за собівартістю виконання операції.

Із множини існуючих механізованих технологій для досліджень виокремлені ті, що набули найбільшого розповсюдження, — традиційна та мінімальна технології механізованого основного обробітку ґрунту. (рис. 6)

Рис. 6. Залежність показника приведених витрат від завантаження комплексів машин основного обробітку ґрунту.

Діапазон обсягів площ обробітку менш як 250 га не дає значимої переваги більшості розглянутих схем машиновикористання й не є раціональним. Оптимальний обсяг робіт, що забезпечує прийнятний діапазон мінімуму приведених витрат та максимального коефіцієнта завантаження комплексів машин, становить 300...1000 га.

Коефіцієнт завантаження при обсязі робіт 300 га має майже однакове значення для досліджуваних комплексів та коливається в межах 0,91...0,94.

Зразком моделювання на ПЕОМ взята типова поліська сівозміна. Для порівняння обрано три варіанти вибору машинних агрегатів та формування на їх основі комплексів машин для основного обробітку ґрунту у системі змодельованої сівозміни. Перший, “машинний”, виконаний розробленими програмними засобами, два інших — “вручну”, на основі методу експертної оцінки. Результати розрахунків комплексів машин містяться у табл. .

Таблиця 3

Порівняльні результати розрахунків техніко-економічних показників системи основного обробітку ґрунту у сівозміні

Люпин на зел. масу Озиме жито + післяжнивні Картопля Овес з підсівом багаторіч. трав Багаторічні трави Озима пшениця Льон Кукурудза на силос Озиме жито Середнє значення

Вибір МА та формування КМ основного обробітку ґрунту розробленими програмними засобами Приведені витрати комплексів машин, грн/га

216.29 127.42 200.21 98.21 0.00 138.02 120.04 142.40 141.95 148.07

Затрати праці, люд.·год./га

1.50 0.80 1.42 0.75 0.00 0.86 0.74 0.87 0.87 0.98

Витрати палива, кг/га

31.28 18.58 28.96 16.31 0.00 20.11 18.10 20.97 20.55 21.86

Коефіцієнт використання комплексів машин

0.70 0.51 0.71 0.84 0.00 0.41 0.66 0.70 0.40 0.62

Вибір МА та формування комплексів машин за експертною оцінкою (стара база) Приведені витрати комплексів машин, грн/га

224.13 139.50 207.21 107.74 0.00 157.63 123.19 156.88 157.53 159.23

Затрати праці, люд.·год./га

2.73 1.27 2.60 1.10 0.00 1.38 1.20 1.44 1.35 1.63

Витрати палива, кг/га

34.12 24.71 31.05 21.42 0.00 25.89 23.24 25.58 26.53 26.57

Коефіцієнт використання комплексів машин

0.51 0.32 0.63 0.55 0.00 0.34 0.40 0.72 0.34 0.48

Вибір МА та формування комплексів машин за експертною оцінкою (нова база) Приведені витрати комплексів машин, грн/га

234.62 140.20 184.29 114.02 0.00 154.13 158.58 154.93 159.27 162.51

Затрати праці, люд.·год./га

2.59 1.19 2.51 0.99 0.00 1.33 1.10 1.35 1.33 1.55

Витрати палива, кг/га

31.04 20.33 28.72 17.54 0.00 21.81 19.18 22.27 21.84 22.84

Коефіцієнт використання комплексів машин

0.47 0.30 0.60 0.50 0.00 0.33 0.37 0.67 0.33 0.45

Практична реалізація розробленого у частині другій алгоритму оцінки відношення культури й попередника відбулася у середовищі Borland Delphi 5.

Із наведених вище порівняльних результатів розрахунків техніко-економічних показників системи основного обробітку ґрунту у сівозміні, які характеризують роботу машинних агрегатів, видно, що варіант системного вибору та формування комплексів машин, виконаний програмними засобами, є найбільш прийнятним.

Так середні показники приведених витрат комплексів машин, сформованих “машинним” способом, нижчі на 10%, показники затрат праці нижчі майже на 40% або 36,7%, коефіцієнт використання вищий на 22,6% або 27,4%.

Висновки

Теоретичні та експериментальні дослідження дозволили зробити такі висновки:

1. Аналіз літературних джерел показав, що існуючі методи обґрунтування комплексів машин для основного обробітку ґрунту не в достатній мірі враховують основні чинники умов роботи (природно-виробничі умови, агротехнологічний та фізико-механічний стан ґрунту, системи сівозмін, парк технічних засобів).

2. Обґрунтовано вплив взаємовідношення сільськогосподарських культур у системі сівозмін на процес основного механічного обробітку ґрунту. Розроблена математична модель, реалізація якої дає можливість визначити сукупність технологічних операцій основного обробітку ґрунту в залежності від схеми чергування культур і попередників та структури посівних площ господарства.

3. Уточнена математична модель системи “Комплексне машино-використання” дає можливість повніше враховувати особливості умов використання ґрунтообробної техніки для визначення раціональних режимів роботи машинних агрегатів, структурного та кількісного складу комплексів машин для основного обробітку ґрунту, а також оптимальних обсягів виробництва конкретних виробничо-господарських умов аграрних підприємств.

4. Лабораторно-польовими дослідженнями уточнені значення основних характеристик умов роботи ґрунтообробних машин у зоні Полісся України. Встановлені такі можливі діапазони їх зміни: питомий опір ґрунту 45...57м2; довжина робочої ділянки 300...1200 м; кут нахилу 1...4є; складність умов використання — від нормальних до середньоскладних.

5. Удосконалена математична модель системи “Комплексне машиновикористання” дала можливість обґрунтувати такі раціональні склади машинних агрегатів для основних технологічних операцій: лущення стерні — Дойц-4.78+ЛДГ-10А, Т-150К+ЛДГ15А; оранка звичайна — ХТЗ-153Б+ПЛП-6-35, ХТЗ-17021+ПН-5-40; безполицеве розпушення — ХТЗ-153Б+ПЩН-3,5, ХТЗ-17021+ПЩН-2,5М; культивація — МТЗ-82+КШУ-8, Т-150К-08+КШУ-12, а також визначити їх продуктивність, витрати палива, затрати праці та собівартість їх роботи з урахуванням складності умов використання.

6. Встановлено, що машинні агрегати на базі вітчизняних енергетичних засобів і ґрунтообробних машин витрачають більше палива за аналоги провідних світових виробників на 38...62% та поступаються їм у продуктивності на 0,3...15,2%. За собівартістю роботи, виконані вітчизняними ґрунтообробними агрегатами, економніші на 56...312%, оскільки їх балансова вартість істотно менша.

7. Проведено аналітичні дослідження 130-ти машинних агрегатів. На їх основі з урахуванням схем чергування культур та структури посівних площ обґрунтовано раціональний склад п'яти потенційно можливих ґрунтообробних комплексів машин. Встановлено, що їх ефективність істотно підвищується, якщо до складу комплексів машин входять комбіновані агрегати та машини із чизельними або плоскорізними робочими органами. Оптимальний обсяг основного обробітку ґрунту, що задовольняє прийнятний діапазон мінімуму приведених витрат та максимального коефіцієнта завантаження комплексів машин, становить 500...1000 га. Значення коефіцієнта завантаження при обсязі робіт 300 га має приблизно однакове значення для досліджуваних комплексів та коливається в межах 0,91...0,94.

8. Визначені нормативні потреби в технічних засобах. Так при виконанні основного обробітку ґрунту в дев'ятипільній сівозміні за умов застосування традиційної одноопераційної технології необхідно: 4 колісних трактори типу 4К2, класу 0,9; 3 колісних трактори 4К4, класу ,4; 3 колісних трактори 4К4, класу 3; 2 гусеничних трактори класу .

9. Відповідно до обсягів площ обробітку економічний ефект від упроваджень склав разом 61681,75 грн., у т.ч. в розрізі господарств:–

дослідне колективне підприємство УААН агрофірма “Лосинівська” Ніжинського району – 12553,75 грн.;–

господарство ТОВ “Земля і воля” Бобровицького району – 22851,2 грн.;–

ВАТ “Чернігіврайагропромтехніка” Чернігівського району – 26276,8 грн.

Список опублікованих праць

Загальна кількість публікацій за темою дисертації складає 8 друкованих праць.

1. Бондар С.М., Мельник І.І. Основні проблеми машиновикористання в сучасних технологіях обробітку ґрунту Полісся України. // Науковий вісник НАУ, вип. 33. — К.: НАУ. – 2000. – С. 101-107. (Особистий внесок – аналіз стану машиновикористання та обґрунтування актуальності досліджень).

2. Бондар С.М., Мельник І.І. Математична модель алгоритму вибору комплексів машин основного обробітку ґрунту. // Науковий вісник НАУ, вип. 41. — К.: НАУ. – 2001. – С. 155-165. (Особистий внесок – розробка математичної моделі).

3. Бондар С.М., Мельник І.І., Шостак А.В., Мороз А.І. Хронографічні дослідження механізованих процесів основного обробітку ґрунту. // Сб. науч. трудов Керченского морского технологического института “Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий”. Выпуск 2. – Керчь: КМТИ, 2001. – С. 85-90. (Особистий внесок – адаптація методики хронографічних спостережень).

4. Бондар С.М., Мельник І.І. Формалізація еколого-технологічних процесів механічного обробітку ґрунту. // Сільськогосподарські машини. 36. наук, ст., вип. 8. – Луцьк: Ред. – вид. відділ ЛДТУ, 2001. – С. 167-170. (Особистий внесок – формалізація технологій основного обробітку ґрунту).

5. Бондар С.М., Мельник І.І. Аналіз умов використання ґрунтообробних комплексів у зоні Полісся України. // Зб. Наук. праць НАУ “Механізація с/г. виробництва”. Том Х. – К.: НАУ, 2001. – С. 131-138. (Особистий внесок – аналіз природно-виробничих умов використання комплексів машин основного обробітку ґрунту).

6. Бондар С.М., Мельник І.І., Демко А.А. Вплив виробничих умов на продуктивність ґрунтообробних машинних агрегатів. // Науковий вісник НАУ, вип. 58. — К.: НАУ. – 2002. – С. 122-126. (Особистий внесок – розробка значень коректив між реальними і типовими умовами).

7. Бондар С.М. Техніко-економічні показники використання комплексів машин типових технологій основного обробітку ґрунту. // Науковий вісник НАУ, вип. 60. — К.: НАУ. – 2003. – С. 54-65.

8. Отримано в співавторстві деклараційний патент на винахід: Пат. 39011 А Україна, А01В49/06. Культиватор-сівалка / В.Й. Ковтун, В.О. Дубровін, В.В. Ботвиновський, А.І. Мороз, С.М. Бондар (Україна) - № 2000127596; Заявл. 27.12.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. №4. – 1 с. (Особистий внесок – аналіз конструктивно-технологічних параметрів ґрунтообробно-посівної машини).

Анотації

Бондар С.М. Обґрунтування раціонального складу та ефективного використання комплексів машин для основного обробітку ґрунту в умовах зони Полісся України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет, Київ, 2002.

Розроблено математичну модель визначення структури посівних площ як основу обґрунтування раціонального складу машинних агрегатів та комплексів машин для основного обробітку ґрунту в системі сівозмін господарства. Уточнено математичну модель продуктивності ґрунтообробних агрегатів та розроблено градацію коректив для визначення коефіцієнта складності умов їх використання. Удосконалено систему “Комплексне машиновикористання”.

Досліджено технології, схеми машиновикористання, комплекси машин у залежності від виробничого навантаження, визначено оптимальні обсяги площ.

Обґрунтовані комплекси машин для основного обробітку ґрунту в системі сівозміни, виконано прогнозну оцінку щодо ефективності впровадження розроблених методичних засад.

Ключові слова: система сівозмін, технологія, основний обробіток ґрунту, машинний агрегат, комплекс машин, метод обґрунтування.

Бондарь С.М. Обоснование рационального состава и эффективного использования комплексов машин для основной обработки почвы в условиях зоны Полесья Украины. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. НАУ, Киев, 2002.

В диссертации на основе методологии системного подхода разработана методика определения рационального состава машинных агрегатов и комплексов машин для основной обработки почвы в системе севооборота хозяйства. Разработана математическая модель определения структуры посевных площадей как основы для обоснования комплексов машин для основной обработки почвы в севообороте. Уточнена математическая модель производительности почвообрабатывающих машинных агрегатов и разработана градация корректив для определения коэффициента сложности условий. Усовершенствована система “Комплексное машиноиспользование”.

Исследованы технологии, схемы машиноиспользования в зависимости от производственной нагрузки, определены оптимальные объемы площадей.

Обоснованны комплексы машин в системе севооборота, выполнена прогнозная оценка относительно эффективности внедрения разработанных методических основ.

Ключевые слова: севооборот, технология, обработка почвы, машинный агрегат, комплекс машин, метод обоснования.

Bondar S.M. Argumentation of efficient structure and effective using of machine complexes for basic tillage in conditions of Polissya Zone of Ukraine. – Manuscript.

The dissertation is for getting an academic degree of the PhD in Engineering, in specialization 05.05.11 – machines and facilities for mechanization of Agricultural Industry. National Agricultural University of Ukraine, Kiev, 2002.

The dissertation is dedicated to consideration of the right choice of efficient machine aggregates and complexes for the basic tillage.

In the basis of system approach methodology with using of sets co-operation theory, the methodology of determination of efficient structure and effective using of machine complexes for basic tillage in the system of farm's crops rotation was developed in the dissertation. The mathematical models of crops and their predecessors structorization, determination of farm lands structure were developed as a basis for argumentation of machine complexes for the basic tillage in the system of crops rotation. The concept of crops and predecessors correspondence (binary relations) is the basis for the mathematical model. Technology, number of technological operations, machine aggregates for the basic tillage is reflections of such correspondence. Subjecting to production capacity and crops structure, with using of the estimation system of crops and their predecessors correspondence which was developed on the basis of practical-training experiences of agricultural crops growing, the system of crops rotation and the structure of farm sown areas can be modeled. On grounds this, we can make a choice of machine aggregates, fleet of motor vehicles (according to considered criterions of effect from number of available or planned).

The mathematic model of determination of productivity of machine aggregates was elaborated and gradation of amendments coefficient for determination of conditions complexity in using of machine aggregates for basic tillage was developed.

The main objective of developed methodology is the most complete calculation of natural-productive, household-economical factors, which influence on effective of using of machine complexes for basic tillage in conditions of specific farm. The packet of applied software products for personnel computers was improved based on developed mathematical model. The system was called “Complex using of machinery” and it allows estimating exactly the affectivity of concrete machine aggregates and machine complexes as well as the system of basic tillage in crop rotation.

Utilization and technical-economic indexes of machine aggregates for the basic tillage was researched.

Technologies, schemes of machine using, machine complexes in accordance to their production pressure were researched, optimal areas for basic tillage were determined.

Machine complexes for the basic tillage in the system of crop rotation were considered, also their technical and economic indexes, machines utilization norms were determined, prognosis estimation of productivity of developed methodological basic providing.

Key words: the system of crop rotation, technology, basic tillage, machine aggregate, machine complex, basing method.