НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДЛЯ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

Совпадение результатов прогнозирования о перспективности безвальных спирально – винтовых (БСВ) и гибких рабочих органов с участками обратной кривизны, проведённое двумя методами: РМОИТЗИ и аналитическим прогнозированием на основе математической теории отношений толерантности,– является относительной верификацией прогностических результатов, подтверждающей их правильность.

Дополнительно к этому данные экспериментов повышают уровень обоснованности аналитического прогнозирования применительно к безвальным спирально–винтовым рабочим органам. Мониторинг тенденций развития БСВ рабочих органов также повышает обоснованность результатов аналитического прогнозирования применительно к ним.

В главе 7 « Эффективность результатов проведённых исследований и методы её повышения» для оценки эффективности применения в с.-х. технике принципиально новых, спирально-винтовых рабочих органов, которые могут заменить традиционные в почвообрабатывающих, уборочных, транспортных и др. машинах, была использована методика стоимостной оценки объектов интеллектуальной собственности, разработанная Российским агентством по патентам и товарным знакам. В соответствии с ней дополнительная прибыль (экономия затрат) от внедрения новых технических решений (спирально-винтовых рабочих органов) в с.-х. машинах взамен существующих составляет примерно 22,4 % затрат при производстве 1т пшеницы. В последнее время эффективность от применения новых технических решений рекомендуется оценивать энергетическими показателями. Такой подход был использован ВИМом. С использованием подхода ВИМа был подсчитан энергетический эквивалент 1 тонны пшеницы, и на основе этого определена экономическая эффективность от применения БСВ рабочих органов. При полной замене существующих рабочих органов безвальными спирально–винтовыми при производстве зерна она составит 32,2 млрд. рублей.

Эффективность от применения триеров с гибким рабочим органом была определена расчётом экономического потенциала по формуле

, (16)

где – количество зерна, которое необходимо обработать за один год,

Т – число лет, за которое определяется экономический потенциал,

– эксплуатационные издержки на единицу обработанного зерна по базовому и новому триерам в каждом году,

Р – норматив для приведения разновременных затрат,

Е– отраслевой нормативный коэффициент эффективности Е = 0,2,

– удельные капиталовложения в сфере эксплуатации,

Тп – время вложения предпроизводственных затрат,

– предпроизводственные затраты в каждом году.

Экономический потенциал от применения триеров с гибким рабочим органом и участком обратной кривизны составляет: Эмин = 484, 975 млн. руб., Эмакс= 799, 904 млн. рублей.

Для повышения эффективности от использования высокопроизводительных рабочих органов в составе машинно-технологических агрегатов установлены предельные законы производительности МТА. Определено, что коэффициент использования времени смены const:

, (17)

где wч – производительность за час чистой работы, tнер– удельное нерабочее время, приходящееся на единицу обработанной площади, ч/га.

Это объясняет замедление роста производительности МТА за час сменного времени при значительном увеличении Wч. Для поддержания tнер должно уменьшаться по гиперболе (1 – )/ Wч. Поэтому основное внимание при значительном увеличении Wч необходимо уделять методам уменьшения составляющих нерабочего времени смены. В противном случае повышение производительности за час сменного (эксплуатационного) времени будет существенно отставать от роста производительности за час чистой работы (за час основного времени).

Для повышения эффективности использования МТА на базе высокопроизводительных рабочих органов предложен алгоритм разработки в с. – х. предприятиях системы повышения производительности МТА с мероприятиями по уменьшению всех нормируемых затрат времени Тнер (приложение 6 диссертации). В связи с решающим значением кадрового потенциала в деле эффективного использования техники представлены рекомендации по улучшению подготовки специалистов технического профиля для АПК.

Общие выводы и рекомендации

1. Повышение уровня технического обеспечения модернизации сельскохозяйственного производства предопределяет необходимость создания нового поколения техники на основе перспективных, нетрадиционных рабочих органов сельскохозяйственных машин.
2. Разработан метод аналитического прогнозирования, использующий закономерности математической теории отношений толерантности. Он создает возможность на уровне общих схем (на допатентном уровне) выявить перспективные рабочие органы с.-х. машин и доказательно обосновать их работоспособность. Методом аналитического прогнозирования определены следующие группы перспективных рабочих органов с.-х. машин: безвальные спирально-винтовые и гибкие с участками обратной кривизны, на основе которых могут быть созданы с.–х. машины нового поколения, являющиеся основой новой системы машин. Основные параметры нетрадиционных рабочих органов, определенные аналитическим прогнозированием с использованием прототипов, приведены в тексте диссертации.
3. Развит и адаптирован к условиям с.-х. производства наиболее результативный метод инженерно-технического прогнозирования – метод оценки инженерно-технической значимости изобретений:

– отработано и апробировано содержание генеральной определительной таблицы, переводящей качественные признаки изобретения в количественные характеристики;

– предложено проводить исследование ограничивающих факторов и методов интенсификации в каждой конкурирующей группе технических решений.

4. Усовершенствованы эвристические методы порождения нового. Их применение создало возможность предложить перспективные технические устройства: многофункциональную ресурсосберегающую почвообрабатывающую машину (МПР), устройства для интенсификации сепарации почвы в картофелеуборочных комбайнах. Основные параметры МПР: диаметр верхнего ротора – 300 мм, частота вращения – до 650 мин-1, диаметр нижнего ротора до100 мм, частота вращения – до 750 мин-1. Машина может выполнять 8 схем обработок почвы: подготовку почвы под посев, фрезерования почвы с уничтожением высокостебельных сорняков и др.

5. Разработана стохастическая модель процесса сепарации с использованием Марковских случайных процессов с дискретными состояниями и непрерывным параметром при структурно - логическом подходе, дающая возможность получить основные закономерности сепарации и параметры гибких рабочих органов с участками обратной кривизны. Решением системы дифференциальных уравнений Колмогорова определена вероятность попадания частицы в поглощающее состояние при установившемся режиме работы

,

также определена интенсивность сепарации (11). На основе этого решения может быть определена длина рабочего органа.

Длину рабочего органа L для разделения смеси при заданной вероятности выделения частицы в поглощающее состояние Р14 в зависимости от производительности Q рекомендуется определять графо-аналитическим методом на основе зависимостей L=f(Q). Для достижения Q4,8–5 т/м2ч при Р14 = 0,9999…0,999 длина рабочего органа овсюжного триера L=0,8 – 1,2 м, что было подтверждено исследованиями, проведенными во ВСХИЗО и ГСКБ ПО «Воронежзерномаш» (в настоящее время ОАО ГСКБ «Зерноочистка»).

Поскольку вероятностные решения обладают большой общностью, так как не связаны явно со схемой рабочего органа, то предложенный графо - аналитический метод может применяться для расчета длины рабочих органов всех видов сепараторов с гибкой разделяющей поверхностью.

6. Основы теории процесса сепарации на гибких разделяющих поверхностях, разработанные с использованием закономерностей земледельческой механики, позволили описать движения частицы по внутренней разделяющей поверхности сепараторов с учётом применённых в опытах режимов загрузки (12), получить условия самоочищения отверстий на участке обратной кривизны сепаратора от застрявших зёрен

и ,

упростить формулы расчёта длины отверстия решета для прохождения частиц.

7. Верификация результатов прогнозированием, проведенная совокупностью методов, подтверждает их выводы о перспективности безвальных спирально – винтовых и гибких рабочих органов с участками обратной кривизны.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили прогноз о перспективности сепараторов зерновых смесей с гибкой разделяющей поверхностью и участками обратной кривизны. Они являются абсолютной верификацией результатов прогнозирования относительно решёт и триеров с гибкой разделяющей поверхностью и участками обратной кривизны.

Результаты экспериментов дают возможность установить следующие положения:

– сепараторы с гибкой разделяющей поверхностью и участками обратной кривизны работоспособны при значениях К >> 1;

– зона выделения на участке обратной кривизны чёткая, отделение частиц происходит в месте перегиба разделяющей поверхности и не зависит от физико-механических свойств частиц;

– экспериментально полученная удельная производительность решета составляет более 5 т/м2ч и превышает таковую плоских решет в 1,5 – 3 раза при чистоте зерна 0,99.

Удельная производительность триера с гравитационной загрузкой смеси достигает 4,8 т/м2ч, кукольного со шнековой – 6,1 т/м2ч при К=6,6. По данным ГСКБ ПО «Воронежзерномаш» удельная производительность овсюжного триера достигает 5,2 т/м2ч, кукольного – 4,73 т/м2ч при чистоте зерна 0,994 и 0,99 соответственно. Экстраполяция увеличения производительности триера – овсюгоотборника в зависимости от показателя кинематического режима К показывает, что удельная производительность триеров исследуемой схемы (с гравитационной загрузкой) не увеличивается бесконечно, а имеет горизонтальную асимптоту, значение которой для овсюжного триера – 12,5 т/м2ч; Сепараторы данной схемы хорошо сочетаются с воздушной очисткой.

8. Суммарное значение экономического потенциала от использования триеров с гибкой разделяющей поверхностью и участком обратной кривизны в современных условиях при округлении до тысяч рублей составит: минимальное значение 484, 975 млн. руб., максимальное – 799, 904 млн. рублей.

От применения спирально-винтовых рабочих органов может быть получена достаточно высокая экономическая эффективность. При ориентировочной цене 1 кг условного топлива 10 рублей максимальная прогнозируемая экономия денежных средств от замены существующих рабочих органов с. - х. машин спирально - винтовыми при производстве зерна составляет 32,2млрд. рублей.

9. Значительное повышение эффективности использования машинно-технологических агрегатов, созданных на основе высокопроизводительных рабочих органов, возможно только при системном подходе с использованием предельных законов теории производительности МТА и основ производственной логистики с учетом особенностей работы мобильных МТА.

Установленные предельные законы теории производительности объясняют несоответствие расчетной и практически получаемой производительности за час сменного времени мобильных машинно-технологических агрегатов при значительном увеличении производительности за час чистой работы и создают возможность выявления резервов повышения производительности МТА.

Предельные законы теории производительности устанавливают следующее:

– коэффициент использования времени смены не является независимой переменной величиной, он определяется уравнением ;

– имеются две предельные зависимости изменения производительности за час сменного времени W от производительности за час чистой работы Wч : при=const и при tнер= const;

– при увеличении производительности за час чистой работыWч (при tнер= const)уменьшается по гиперболе; это объясняет известное из экспериментов замедление роста производительности за час сменного времени W при значительном увеличении производительности за час чистой работы Wч;

– для линейной зависимости W от Wч (=const) необходимо, чтобы tнер уменьшалось по гиперболе;

– при tнер = const производительность W не увеличивается безгранично и при Wч асимптотически приближается к величине 1/ tнер;

–значение не может служить полным критерием совершенства организации работы машинно–технологических агрегатов (МТА), её правильнее оценивать величиной tнер.

Для повышения эффективности использования машинно-технологических агрегатов, созданных на основе высокопроизводительных рабочих органов, предложен алгоритм разработки комплексной системы повышения производительности МТА с использованием логистических матриц. Для практического использования предложены мероприятия по уменьшению всех нормируемых составляющих нерабочего времени смены.

Основные опубликованные работы по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Кузьмин М. В. Триер с эластичной ячеистой поверхностью / М. В. Кузьмин, М. В. Туаев // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. – 1972. – №8.– С. 14 – 16.
2. Кузьмин М. В. Использование воздушного потока в скоростных триерах / М. В. Кузьмин, Ю. Г. Смирнов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства.– 1974.– № 9. – С. 41 – 42.
3. Кузьмин М. В. Эластичное цилиндрическое решето / М.В. Кузьмин, В.Ю. Чурюмов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1987. – № 1. – С. 56.
4. Кузьмин М. В. Использование единой схемы сепарирующих рабочих органов с гибкой разделяющей поверхностью / М. В. Кузьмин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. – № 9. – С. 9 – 11.
5. Кузьмин М. В. Предельные законы теории производительности машинно-технологических агрегатов / М. В. Кузьмин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2005. – № 10. – С. 6 – 8.
6. Кузьмин М. В. Нетрадиционные рабочие органы сельскохозяйственных машин / М. В. Кузьмин // Техника в сельском хозяйстве. – 2006. –№6. – С. 23 – 28.
7. Кузьмин М. В. Новая система машин на основе безвальных спирально–винтовых рабочих органов/ М.В. Кузьмин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 3. – С. 37 – 39.
8. Кузьмин М. В. Значение идей В. П. Горячкина для создания новых рабочих органов / М.В. Кузьмин // Вестник федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». Агроинженерия. Научный журнал. – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2008. – № 2(27). –С. 86 – 88.

Учебные пособия для вузов

9. Сабликов М. В. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным машинам / М. В. Сабликов, М. В. Кузьмин. – М.: Колос, 1973. – 191 с.
10. Бубнов В. З. Эксплуатация машинно-тракторного парка / В. З. Бубнов, М. В. Кузьмин. – М.: Колос, 1980. – 231 с.
11. Кузьмин М. В. Интенсификация рабочих процессов сельскохозяйственных машин / М. В. Кузьмин. – М.: ВСХИЗО 1985. – 107 с.
12. Кузьмин М. В. Эксплуатация машинно-тракторного парка. Часть 1. Производственная эксплуатация / М. В. Кузьмин, В.М. Тараторкин. – М.: РГАЗУ, 1997. – 91 с.

Книги и брошюры

13. Буряков А.Т. Механизация производственных процессов заготовки сена (обзор иностранных патентов) / А.Т. Буряков, М. В. Кузьмин, А. В. Реутов.– М.: ЦНИИПИ, 1964. – 40 с.
14. Буряков А.Т. Механизация производственных процессов заготовки силоса (обзор иностранных патентов) / А.Т. Буряков, М. В. Кузьмин, А. В. Реутов. – М.: ЦНИИПИ, 1964. – 30 с.
15. Буряков А. Т.Справочник по механизации полеводства / А. Т. Буряков, М. В. Кузьмин. – М.: «Колос», 1970. – 351 с.
16. Буряков А. Т. Новая техника для земледелия / А.Т. Буряков, М. В. Кузьмин. – М.: Россельхозиздат, 1973. (переиздана на татарском языке, Казань, 1973.).– 223 с.
17. Кузьмин М. В. Интенсификация процесса сепарации при уборке и послеуборочной обработке зерновых / М. В. Кузьмин, Е. Г. Ермакова. – М.: МСХ СССР ВНИИТЭИСХ, 1975. – 66 с.
18. Комплексная механизация уборки зерновых / М. В. Кузьмин и др. – М.: Россельхозиздат, 1975. – 151 с.
19. Кузьмин М. В. Использование сельскохозяйственной техники: производительность и качество / М. В. Кузьмин. – М.: Россельхозиздат, 1983.– 189с.
20. Смирнов Ю. Г. Режущие устройства для уборки зерновых культур (обзорная информация) / Ю. Г. Смирнов, М. В. Кузьмин, А. Р. Барсов. – М.: ВНИИПИ, 1990. – 63 с.
21. Почвообрабатывающие машины для почвозащитного земледелия / Т. Г. Гурова, А. П. Ивашникова, М. В. Кузьмин, Ю. Г. Смирнов. – М.: ВНИИПИ, 1991. – 99 с.
22. Прогнозы развития механизации в агропромышленном комплексе. / Ю. Г. Смирнов, М. В. Кузьмин, Н. П. Шепелев и др.– М.: ВНИИПИ, 1991.– 112с.
23. Смирнов Ю.Г. Молотильно-сепарирующие устройства (обзорная информация) /Ю. Г. Смирнов, А. Р. Баранов, М. В. Кузьмин. – М.: ВНИИПИ, 1991. – 75 с.
24. Смирнов Ю. Г. Нетрадиционные рабочие органы сельскохозяйственных машин (обзорная информация) / Ю. Г. Смирнов, М. В. Кузьмин, Г. Ф. Серый. – М.: ВНИИПИ, 1992. –107 с.
25. Смирнов Ю. Г. Машинно-тракторные агрегаты для выполнения полевых работ / Ю. Г. Смирнов, М. В. Кузьмин. – М.: НПО «Поиск», 1993.– 60 с.
26. Кузьмин М. В. Нетрадиционные направления развития техники будущего / М. В. Кузьмин.– М.: ОАО ИНИЦ «ПАТЕНТ», 2006.– 104 с.

Статьи в журналах

27. Данилов В. А. Эффективное использование широкозахватных посевных агрегатов / В.А. Данилов, В.А. Родичев, М.В. Кузьмин и др. // Сельские зори.– 1969.– № 3.–С. 7,8.
28. Кузьмин М. В. Больше рабочего времени жатве / М.В. Кузьмин // Сельский механизатор. – 2005. – №9. – С. 36– 37.
29. Васюков Ю. Роторная машина для обработки почвы и уничтожения сорняков / Ю Васюков, М. Кузьмин, Ю. Юдин //Сельский механизатор.– 2007. – №3. – С. 12,13
30. Кузьмин М. В. Определение режимов работы гибкого цилиндрического решета с участком обратной кривизны, 0420700045 / 0068 / М. В. Кузьмин, В. Ю. Чурюмов // Электронное научное издание «Вестник РГАЗУ». 2007. № 2, www. RGAZU. ru.
31. Кузьмин М. В. Эффективность спирально – винтовых рабочих органов сельскохозяйственных машин, 0420700045 / 0097 / М. В. Кузьмин // Электронное научное издание «Вестник РГАЗУ». 2007. № 3, www. RGAZU. ru.
32. Кузьмин М. В. Переход к системной подготовке специалистов для АПК / М. В. Кузьмин // Вестник федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». Теория и методика профессионального образования. Научный журнал.– М.:ФГОУ ВПО МГАУ,2008. – № 6/1(31) – С. 93 – 95.

Статьи в сборниках и научных трудах