НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДЛЯ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

На правах рукописи

КУЗЬМИН МСТИСЛАВ ВИТАЛЬЕВИЧ

НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ

ДЛЯ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 05.20.01 – «Технологии и средства механизации

сельского хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет».

Научный консультант:	доктор технических наук, профессор Авдеев Аркадий Викторович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор, член - корреспондент РАСХН Утков Юрий Андреевич, ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии;
	доктор технических наук, профессор Сорокин Александр Алексеевич, ГНУ ВИМ Россельхозакадемии;
	доктор технических наук Шпилько Анатолий Васильевич, Россельхозакадемия
Ведущая организация:	Федеральное государственное научное учреждение «Российский научно-исследо-вательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГНУ «Росинформагротех»)

Защита состоится «11» ноября 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.03 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, Московская область, г. Балашиха 8, ул. Ю. Фучика, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, профессор О. П. Мохова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Ускоренный переход на новые высокопроизводительные и ресурсосберегающие технологии – одна из основных целей, которую определила «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 – 2012 годы», подготовленная в соответствии с федеральным законом «О развитии сельского хозяйства» от 29 декабря 2006г. № 264 – ФЗ. В соответствии с этим «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года», утверждённая приказом Минсельхоза России от 25июня 2007 г. № 342, относит разработку новых высокоэффективных машинных технологий производства сельскохозяйственной продукции и научных основ для создания техники нового поколения к стратегическим концепциям в области механизации.

Основой нового поколения техники являются принципиально новые, более производительные, ресурсо- и природосберегающие, простые и надежные рабочие органы с.-х. техники. Однако разработка и исследование таких рабочих органов существенно затруднена, так как не определены даже их общие формы (типы). В связи с этим проблема научного обоснования общих форм принципиально новых, нетрадиционных рабочих органов, являющихся основой создания нового поколения с.-х. техники, дающей возможность реализовать перспективные технологии, является актуальной.

Работа выполнялась во ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» (г. Балашиха Московской области).

Цель работы. 1. Разработать метод прогнозирования, дающий возможность определять перспективные формы рабочих органов, а также позволяющий доказательно констатировать их работоспособность и выявить преимущества до разработки технических решений (на допатентном уровне).

2. Изыскать и обосновать общие формы перспективных, нетрадиционных рабочих органов сельскохозяйственных машин для технического обеспечения технологической модернизации сельскохозяйственного производства созданием с. - х. техники нового поколения, превосходящей по своим показателям лучшие отечественные и иностранные образцы.

3. Установить предельные законы теории производительности машинно - технологических агрегатов (МТА), на этой основе предложить алгоритм разработки системы повышения эффективности их использования.

Задачи исследований. 1. Развить методологию создания новых технических систем: усовершенствовать эвристические методы; рационализировать прогностический метод оценки инженерно-технической значимости изобретений с учётом особенностей с.-х. производства; разработать метод аналитического прогнозирования, позволяющий определить общие формы перспективных рабочих органов и научно обосновать их работоспособность на допатентном уровне синтеза технических систем; разработать методику аналитического прогнозирования, а также рационализированного метода оценки инженерно – технической значимости изобретений.

2. На основе использования эвристических и прогностических методов предложить усовершенствованные схемы существующих (классических) рабочих органов и основные типы (формы) нетрадиционных высокопроизводительных и более простых по устройству рабочих органов сельскохозяйственных машин для создания с.-х. техники нового поколения, превосходящей по своим показателям лучшие отечественные и иностранные образцы.

Произвести верификацию (проверку) прогностических результатов совокупностью методов.

3. Разработать основы теории разделения зерновых смесей на гибких рабочих органах.

4.Установить предельные законы теории производительности машинно- технологических агрегатов (МТА), на этой основе предложить алгоритм разработки системы повышения эффективности их использования.

5. Определить эффективность проведённых исследований и меры по её повышению.

Объект и предмет исследований. Объектом исследований являются рабочие органы сельскохозяйственных машин.

Предметом исследования являются методы порождения нового и прогнозирования, формы нетрадиционных высокопроизводительных рабочих органов сельскохозяйственных машин, а также теоретические основы и методы повышения производительности МТА как основного показателя эффективности их использования.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с ис­пользованием системного анализа, случайных Марковских процессов с дискретными состояниями и непрерывным параметром, Булевой алгебры, математической теории отношений, прогнозирования, теоретической и земледельческой ме­ханики и эксплуатации машинно-тракторного парка.

При проведении экспериментальных исследований использовались классические методы планирования, проведения опытов и обработки их результатов.

Научную новизну работы составляют:

• метод аналитического прогнозирования на основе математической теории отношений толерантности, позволяющий обоснованно определить новые перспективные (нетрадиционные) работоспособные формы рабочих органов с.-х. машин на допатентном уровне;
• развитый и адаптированный к условиям с. - х. производства метод оценки инженерно - технической значимости изобретений;
• рационализированные эвристические методы порождения нового;
• нетрадиционные перспективные формы рабочих органов: безвальные спирально - винтовые и гибкие с участками обратной кривизны, являющиеся основой создания новой системы машин для с. - х. производства;
• стохастическая модель сепарации при структурно-логическом подходе как Марковского случайного процесса с дискретными состояниями и непрерывным параметром;
• новое направление в сепарации – использование гибких разделяющих по­верхностей с участками обратной кривизны, дающих возможность многократного повышения производительности и выполнения сепарирующих рабочих органов (соломосепараторов, решёт и триеров) по единой схеме, а также реализовать новую технологию сепарации зерна с динамическим отделением частиц от разделяющей поверхности;
• общие закономерности сепарации на гибких разделяющих поверх­ностях с участками обратной кривизны;
• предельные законы теории производительности MTA.

Практическую ценность исследований составляют:

• методика аналитического прогнозирования, а также метода оценки инженерно-технической оценки изобретений, адаптированного к условиям сельскохозяйственного производства;
• рационализированные схемы классических рабочих органов: многофункциональной почвообрабатывающей машины, сепараторов почвы; параметры многофункциональной почвообрабатывающей машины;
• схемы нетрадиционных перспективных рабочих органов с.-х. машин: безвальных спирально - винтовых, гибких с участками обратной кривизны, защищённые тридцатью тремя авторскими свидетельствами СССР;
• верификация прогноза тенденций развития сепараторов зерна, подтверждающая работоспособность и перспективность предлагаемых схем рабочих органов;
• технологические показатели работы и основные параметры сепараторов зерна с гибкой разделяющей поверхностью и участками обратной кривизны;
• методика расчета основных параметров сепараторов зерна с гибкой разделяющей поверхностью и участками обратной кривизны на основе стохастической модели сепарации при структурно-логическом подходе;
• алгоритм разработки системы повышения эффективности использования МТА, схемы сцепок, уменьшающие нерабочее время смены, защищённые пятью авторскими свидетельствами СССР.

Реализация результатов исследований. Результаты прогнозирования переданы для использования научно - исследовательским организациям – ФГНУ «Росинформагротех» и ОАО «ВИСХОМ». Элементы системы повышения производительности МТА были внедрены в с.-х. производство при оказании научно-производственной помощи ВСХИЗО хозяйствам Балашихинского района Московской области. Результаты прогнозирования и меры по повышению эффективности работы МТА используются сельскохозяйственной консалтинговой компанией ООО «ВИКТОРИЯ».

В учебном процессе сельскохозяйственных вузов используются результаты диссертационной работы, представленные в учебных пособиях по сельскохозяйственным машинам, по курсовому и дипломному проектированию, по эксплуатации МТП и в методических указаниях, изданных на систему с.- х. вузов для студентов-заочников, а также в печатных изданиях, используемых в учебном процессе как дополнительная литература, что подтверждается актами Учебно-методического совета по высшему с.–х. заочному образованию, РГАЗУ и МГАУ им. В. П. Горячкина.

На защиту выносятся положения, перечисленные в рубриках о научной новизне работы и практической ценности исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены: на научных конференциях ВСХИЗО, РГАЗУ с 1970 по 2008 гг.; нa заседании НТС ГСКБ по комплексу машин для послеуборочной обработки зерна (Воронеж, 1972 г.); на II Всесоюзном научно-техническом совещании по послеубороч­ной обработке и хранению зерна, (Москва, 1973 г.); на научно - технической конференции ЧИМЭСХ (Челябинск, 1974 г.); на заседании координационного совета по проблеме «Разработать технологию и автоматизированные поточные линии для обработки и хра­нения семенного и продовольственного зерна» (Москва, ВИМ, 1974 г.); на бюро Отделения механизации и электрификации сельского хо­зяйства ВАСХНИЛ (Москва, 1977 г.); на кафедре сельскохозяйственных машин Воронежского СХИ им. К. Д. Глинки (Воронеж, 1977 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции по современным проблемам земледельческой механики (Мелитополь, 1989 г.); на Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии уборки зерновых культур, риса и семян трав» (Мелитополь, ТГАТА, 2003 г.); на 3-й научно-практической конференции, посвящённой 40-летию ФГНУ «Росинформагротех» (пос. Правдинский Московской области, 2007г.); на международной научно–практической конференции, посвящённой 140-летию со дня рождения В. П. Горячкина «Инновации в области земледельческой механики» (Москва, МГАУ, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 98 опубликованных печатных работах, в том числе в 38 а. с. СССР.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 387 страниц, 75 рисунков, 22 таблицы, 7 приложений (43 с., 4 табл.). Список использованной литературы содержит 227 наименований, в том числе 21 на иностранном языке.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, указаны источники, на основе которых написана диссертация, охарактеризована её структура.

В первой главе «Проблемы технико-технологической модернизации сельского хозяйства РФ. Цели и задачи исследований» вначале характеризуется производственно-технический потенциал сельского хозяйства, который за годы реформ значительно снизился. Так за 1985 – 2005 гг. число тракторов и зерноуборочных комбайнов уменьшилось примерно в 2, 5 раза. Тракторы используются в среднем 15 – 16 лет при амортизационном сроке не более 10 лет. Уровень энергообеспеченности сельс­кого хозяйства в России составляет около 1,8 кВт/га, в развитых странах – от 3, 5 до 7, 5 кВт/га. На­грузка на зерноуборочный комбайн больше, чем в раз­витых странах, в 2 – 5, на тракторы – до16 раз.

Несмотря на это, в России наблюдается положительная динамика в развитии агропромышленного комплекса, реализуется приоритетный национальный проект «Развитие АПК». Для улучшения технической оснащенности сельскохозяйственных предприятий Министерством сельского хозяйства РФ было предпринято ряд мер. В результате покупа­тельная способности с.-х. предприятий существенно повысилась, приобретение с. - х. техники возрос­ло в 2,7 раза, а темпы выбытия техни­ки снизились.

Затем проводится сравнительный анализ технического уровня зарубежной и отечественной сельскохозяйственной техники, в результате которого было установлено, что принципиально новых решений в отечественной и иностранной с.-х. технике немного. Совершенствование машин в настоящее время связано в основном с рационализацией длительное время существующих рабочих органов (РО) и схем с.-х. машин, что ведёт к их усложнению и удорожанию. Причём затраты ресурсов на совершенствование машин увеличиваются, а отдача уменьшается. Такое состояние дел объясняется установленной акад. В.П. Горячкиным общей закономерностью развития любых явлений, которое происходит по S-образной кривой. В развитии любого объекта имеется три стадии: 1 - когда оно набирает темп, 2 - явление (объект) интенсивно развивается, 3 - развитие замедляется. Развитие с.-х. техники по данным многих исследователей находится на третьей стадии. Поэтому необходим прорыв на более высокий уровень – переход к следующему циклу развития. Это вызывает настоятельную необходимость введения в область исследования и конструирования новых форм рабочих органов. Но этот процесс сдерживается отсутствием научно обоснованных методов определения (выбора) перспективных схем рабочих органов. С учётом этого намечаются пути решения проблемы технико-технологической модернизации сельскохозяйственного производства. На основе всего изложенного в конце главы сформулированы цели и задачи исследований, изложенные в соответствующих рубриках раздела «Общая характеристика работы» автореферата.

Во второй главе «Основы методологии выявления перспективных форм рабочих органов технических систем» проведено совершенствование эвристических методов, рационализирован метод оценки инженерно - технической значимости изобретений, разработан метод аналитического прогнозирования.

В разработку теории с.-х. машин, их создание, а также в развитие методов инженерного творчества большое вклад внесли: В. П. Горячкин, Д. Н. Лучинский, В. А. Желиговский, М. Н. Летошнев, И. Ф. Василенко, П. М. Василенко, Х. И. Изаксон, А. Б. Лурье, А. Н. Карпенко, И. П. Терских, М. В. Сабликов, А. Н. Гудков, В. А. Сакун, Н. И. Клёнин, Н. Е. Резник, Г. Д. Петров, Е. С. Босой, Г. Е. Листопад, П. Н. Бурченко, Н. М. Марченко, И. А. Долгов, А. А. Сорокин, В. П. Елизаров, В. И. Анискин, Э. В. Жалнин, А. В. Авдеев, И. М. Панов, Г. Ф. Серый, Ю. А. Утков, Ю. Ф. Лачуга, А. В. Шпилько, М. В. Туаев, Ю. А. Песков, В. П. Гаврилов, Ю. Н. Ярмашев и многие другие.

На основе анализа эвристических приёмов предложена общая стратегия и эвристическая методика изыскания способов воздействия на обрабатываемый материал.

Совершенствование метода оценки инженерно-технической значимости изобретений, предложенного В.Г. Гмошинским, заключается в разработке общей схемы и содержания позиций генеральной определительной таблицы, переводящей качественные признаки изобретения в количественные показатели, применительно к оценке рабочих органов с.-х. машин, а также в анализе ограничивающих производительность факторов и методов интенсификации.

Далее излагается методика рационализированного метода оценки инженерно-технической значимости изобретений (РМОИТЗИ). При этом методе анализируются и оцениваются уже структурно оформленные технические решения. Поэтому конструкторы имеют материал предконструкторского характера; разработчики принципиально новых процессов, способов и устройств таких материалов не имеют, что значительно затрудняет их работу.

Этот процесс может быть значительно ускорен использованием научно- обоснованного прогнозирования перспективных схем рабочих органов (РО), позволяющего доказательно констатировать их работоспособность и выявить преимущества до разработки технических решений (на допатентном уровне). Поставить на научную основу решения этой задачи позволяет наличие основополагающих (фундаментальных) общностей в формах рабочих органов, являющихся (как установил В.П. Горячкин) развитием пространственного трёхгранного клина. С учётом этого даже принципиально новые (нетрадиционные) РО находятся с известными в определенных отношениях, поэтому для решения указанной задачи нами разработан и использован метод аналитического прогнозирования на основе математической теории отношений толерантности.