МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ эффективностИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

Современные тенденцииразвития техники вызывают необходимостьучитыватьпотребление материалов, топлива и энергии в полномеё жизненном цикле. При этом высокий уровеньразвития и функционирования техникиопределяется минимальным потреблением указанныхресурсов, возможностью утилизации иповторногоиспользования. Повторное использованиематериалов в 1,2-10,0 раз снижает расход энергии инегативное воздействие на окружающуюсреду по сравнению с производством новыхматериалов из сырьевых ресурсов.

В связи с этим, большимрезервом повышения эффективностифункционирования МТА может стать повторноеиспользование отработанных масел послевосстановления их основныхпоказателей, утративших своё значение при эксплуатациитехники, так как отработанные маслаявляются ценным сырьём для производствасмазочных материалов. При этом известно,что если из 100 т нефтяного сырья можно получить около14 т масел и смазок, то из такого жеколичестваотработанных масел – 60-80 т регенерированныхпродуктов.

При проведенииобширных экспериментальных ианалитических исследований установлено,что при обработке автотракторных маселультразвуком при определённых условиях(время обработки ультразвуком) изменяетсяих дисперсионный состав, что и оказываетвлияние на их свойства.

Для оптимизациипараметров очищенных масел целесообразнымявляется приготовление смесей изочищенного и товарного масел. Эта задачарешена методами линейного программирования.Установлена зависимость для определения составасмеси от изменения параметров очищенногомасла,которая имеет вид:

(17)

где Со– доляочищенного масла в составе смеси; Щ, В– щелочноечисло и вязкость очищенного масла.

Эта зависимостьпозволяет с достаточной для практикиточностью определить долю очищенного масла всоставе смеси по известным параметрам, чтопроверено в условиях экспериментов.

Изучениетрибологических свойств восстановленныхмасел, как на машине трения, так и вусловиях рядовой эксплуатации показали,что восстановленное масло обеспечивает меньшийкоэффициенттрения, меньшую температуру в зоне трения,более прочную защитную плёнку междутрущимися поверхностями, а также меньший износ трущихсяповерхностей.

Для примера на рисунке12 приведена динамика износа трущихсяповерхностей при работе различныхмасел, которая указывает на то, чтовосстановленное масло по своим свойствам неуступает (а в некоторых случаях дажепревосходит)товарному маслу, что влияет на надёжностьработающих машин и, следовательно, повышаетэффективность их использования.

Рисунок 12 – Динамика износатрущихсяповерхностей при

работе различныхмасел

Проведенныеисследования позволили отработатьтехнологический процесс восстановления отработанныхавтотракторных масел и разработатьтехническиесредства для его реализации, которыеиспользуются в различных зонах страны.

В главе«Технологическая энергоёмкостьпочвообрабатывающих МТА» установлено, что с точки зрения выполнениятехнологического процесса обработки почвы, наиболее важную рольвыполняют рабочиеорганы машины, так как именно ониобеспечивают все показатели еёназначения. Остальные конструктивныеэлементы выполняют тольковспомогательные функции, а некоторые изних существенноснижают качество выполнениятехнологических операций (например,опорные колёса уплотняют почву).

С точкизрения энергоёмкости почвообрабатывающихмашин различные элементы конструкции неодинаковы. Изанализа затрат энергии в технологическихпроцессах сельскохозяйственного назначения видно, чтополезная часть процесса – изменение обрабатываемого материалапри взаимодействии с ним рабочего органа– требует значительноменьших затрат, чем процесс в целом.

Обязательной особенностьюпочвообрабатывающих машин является то, чтоих рабочие органы должны быть вынесены взону взаимодействия с перерабатываемой средой, т. е. с почвой. Этотвынос осуществляется стойкой, частькоторой тоже взаимодействует с почвой. Этовзаимодействие требует дополнительныхзатрат энергии и никакне влияет на выполнение технологическогопроцесса обработки почвы, а чащеснижает качество обработки,способствует выносу влаги из почвы,распыляет почву идр.

В общемслучае если параметры рабочего органастрого оптимизированы, то практическиотсутствуют варианты снижения егоэнергоёмкости и единственным вариантомявляется оптимизация параметров стойки.Необходимо отметить, что существует большое разнообразиестоек, которые применяются всельхозмашиностроении. Это многообразие как рази указывает на то, что ещё не выбрано лучшее. Некоторые результатыэтих исследований показывают, что на долюстойки приходится от 4 до 18 % общего тяговогосопротивления рабочего органа. Меньшаявеличинатягового сопротивления получена при обработкепочвы на глубину 5-8 см. На этой глубинестойка лапы движется по ужедеформированной лапой почве. Сувеличением глубины обработки этотэффект пропадает, но впередистойки образуется ядро уплотнения, котороеперемещается вместе со стойкой, в результате чего тяговоесопротивление значительновозрастает.Укультиваторов - плоскорезов на долюстойкиуже приходится от 30 до 45 % общего тяговогосопротивления рабочего органа.

Приведенныепримеры показывают, что в общем тяговомсопротивлении рабочихорганов машин и орудий, стойка являетсяносителем значительной энергоёмкости процесса обработки почвы, хотя на сампроцесс, как указывалось выше, не оказываетсущественного влияния. Однако исключитьстойку из конструкции машиныневозможно,так как она выносит рабочий орган в нужнуюзону взаимодействия его с почвой без чего невозможноосуществлять технологический процессобработки. На тяговое сопротивление оказывают влияниепараметры стойки и свойства почвы.Свойствами почвы управлять невозможно,поэтому для повышения уровняфункционирования сельскохозяйственных МТА необходимооптимизироватьпараметры стойки.

Формабокового профиля стойки может бытьустановлена методами вариационного исчисления. При этомэкстремальной формой стойки являетсякривая,близкая клогарифмической.

Однако наизменение тягового сопротивления оказывает влияние нетолько форма бокового профиля стойки, но иформа поперечного сечения этой стойки.Вытекаетэто из того положения, что стойка,взаимодействуя с почвой, придаёт почвеннымчастицам определённую скорость, т.е.изменяет кинетическуюэнергию пласта, на что затрачиваетсяопределённая работа. АкадемикВ.А.Желиговский отмечал, чтокинетическая энергия пластов бесполезна.Необходимо найти такие рабочиеповерхности, которые сами, двигаясь сбольшой скоростью, сообщали бы почвенебольшие скорости.

В общемслучае в поперечном сечении стойкирабочих органов могут иметь: плоскость спрямолинейными границами, плоскость скриволинейными выпуклыми границами илиплоскость с криволинейными вогнутымиграницами. При взаимодействии с почвой каждая из этих стоекпо-разному воздействует надвигающиеся по ним частицы почвы, так какдинамика абсолютной скорости движениячастицы почвы поразным типам поверхностей неодинакова. Вто же время наэлементарномпути ds прилюбой форме поперечного сечения стойкидвижение частицыпочвы можно представить, как движение её поповерхности трёхгранного клина (рис. 13).

Абсолютная скорость(Vа)почвы зависит от переносной скорости(Vп)движениястойки рабочего органа, угла междунормалью и переносной скоростью () и косинуса углатрения (). Следовательно, для уменьшения величиныэтой скорости необходимо уменьшить трениеи выбрать такую форму поперечного сечениястойки рабочего органа, чтобы угол имел наибольшеезначение.

Относительнаяскорость (Vo) (скоростьскольжения почвы по поверхности стойки)определяется выражением:

,(18)

гдеf=tg -коэффициент трения почвы о материалповерхности стойки рабочего органа.

Рисунок 13 – Векторныйтреугольник скоростей движенияпочвы

по поверхностистойки

Из этого выражениявидно, что при определённых условиях(=/2) относительная скорость(скорость скольжения) может быть равнапереносной скорости движения рабочего органа итогда частицы почвы перемещаются вместесо стойкой рабочего органа без скольженияпо ней. Такое положение способствуетналипанию почвы на стойку и образованию уплотнённогоядра почвы, которое перемещается вместе состойкой и значительно повышает его тяговоесопротивление, так как трение почвы по почвезначительновыше, чем трение почвы о сталь. Уплотнённое ядропочвы не образуется при угле заточки клина менее50°.

В связи с проведенныманализом различных форм поперечногосечения стойки рабочего органа можно отметить,что наиболее рациональным являетсяпоперечноесечение стойки в виде плоскости,ограниченной выпуклой кривой (рис.14), таккак угол между вектором переноснойскорости и нормалью к траектории движенияпочвы по поверхности стойки увеличиваетсяи в зоне схода со стойки достигает величины 90°, если поперечноесечение стойки имеет форму эллипса.

Рисунок 14 – Схема действия сил придвижении почвы по выпуклойкривой

Абсолютная скорость почвыуменьшается и при = /2 становится равнойнулю, аотносительная скорость увеличивается ипри указанной величине угла достигаетсвоего максимального значения, равного Таким образом, затраты энергии наотбрасывание почвы стойкой снижаются, апоскольку увеличивается относительнаяскорость движения почвы, то отсутствуютусловия для образования уплотнённого ядра,следовательно общая энергоёмкостьпроцесса обработки почвы уменьшается.

Однако в вершинеэллипса существуют предпосылки дляобразования ядра уплотнения, так как в этой зонескорость скольжения почвы (относительнаяскорость)имеет небольшую величину, особенно еслипараметры (оси) эллипса различаютсямежду собойнезначительно. В связи с этим одна извершин эллипса должна оканчиваться острым углом,величина которого не должна быть более 50-тиградусов(рис. 15).

В главе «Основные результаты исследованийи их технико-экономическаяэффективность» установленыэкономические показатели результатовисследований.

Эффективностьфункционирования МТА представляет собойсовокупность свойств агрегатов,обеспечивающих пригодность их кприменению в соответствии с назначением. К этимсвойствам относятся: производительность,удельный расход топлива, коэффициентиспользования времени смены, удельнаямасса, качество выполняемых работ, энергоёмкость,адаптивность, экологичность и др.

Среди этих свойств МТАважнейшими являются обеспечение высокогокачествавыполнения технологических операций,адаптивность, экологичность, низкаяэнергоёмкость, высокаяпроизводительность, экономичность,которые в значительной степени и определяют ихтехнико-экономические показатели.

Реализация задачобработки почвы наиболее полно и сминимальными затратами проявляется при адаптации МТАк почвеннымусловиям конкретного поля, биологическимтребованиям конкретной культуры и системесевооборотов и технологий возделывания сельскохозяйственныхкультур.

Рисунок 15- Форма поперечного сечениястойкирабочего органа

Следовательно,эффективность функционирования МТАопределяется не только свойствамидинамической системы, но и условиями, вкоторых они функционируют, т.е. являются функциямивнешней среды, которая включает вариацииагроландшафта с егофизико-механическими ипространственно-топологическимихарактеристиками, вариации структурыМТА и принципы их взаимодействия.

В связи с этимопределение технико-экономическихпоказателей проведено применительно кусловиям Ростовской области для сельскохозяйственных предприятий площадью 2000, 5000 и 12000 га.

Длятехнико-экономического обоснованияпринята математическая модель,разработанная во ВНИПТИМЭСХ. Эта модель снабженахорошо развитым банком данных, которыепостоянно уточняются (особенно в частибыстроизменяющихся цен и структурытехнических средств), она снабженасовременным программным обеспечением идинамична к объёмам работ, севооборотам итехнологиямпроизводства сельскохозяйственных культур, т.е. в значительнойстепени адаптирована к производственнымусловиям использования техническихсредств.

В таблице 2 приведеныобщие средневзвешенные по площади пашнисельскохозяйственных предприятийпоказатели экономической эффективности.

Таблица 2 - Общиепоказатели экономической эффективности

Наименованиепоказателей	Значение показателей
Экономия затрат живого труда, тыс.чел-ч.	2609,3
Экономия топлива, т	31690,1
Снижение металлоёмкости,т	57074,0
Годовой экономический эффект, млн.руб.	3661,5