Определение последовательности выбора оптимального состава и вида почвообрабатывающего машинно-тракторного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение последовательности выбора оптимального состава и вида почвообрабатывающего машинно-тракторного агрегата

Саратовская область является одним из крупнейших сельскохозяйственных регионов страны. К сожалению, реформы, проводимые в сельском хозяйстве области, совпали с кризисом в стране. Результатом этого явилось снижение площадей сельскохозяйственных угодий по сравнению с 1990 г. на 762 тыс. га или 8,5 %, а в частности снижение посевных площадей зерновых на 27,8 %, а кормовых на 41,3%. Кроме этого, за время реформ область потеряла 14,5 тыс. тракторов и 12,5 тыс. зерноуборочной техники. Все это привело к тому, что сельскохозяйственный труженик старался сохранить и приобрести, в первую очередь, более мощную и энергонасыщенную технику способную выполнить любую сельскохозяйственную операцию с высокой производительностью.

Результатом этого явилось то, что в настоящий момент в области сосредоточено большое количество энергонасыщенных тракторов, таких как К-700, К-701, Т-150К, МТЗ-80. При этом осуществляется закупка новых перспективных тракторов, таких как К-744, ЛТЗ-155, МТЗ-1221. Данное обстоятельство привело к тому, что области насчитывается более 60 % тракторов имеющих пневмоколесное ходовое оборудование, которое вытесняет тракторы с гусеничным ходовым оборудованием.

Необходимо отметить, движители тракторов оказывают сильное воздействие на почву, вызывающее изменение физико-механических свойств, водно-воздушного режима, что приводит к снижению ее плодородия и как следствие снижение урожая сельскохозяйственных культур.

Рассмотрев технологию возделывания яровой пшеницы, было установлено, что суммарная площадь следов оставленных движителями машинно-тракторных агрегатов (МТА) составляет примерно 30% от общей площади поля. Кроме этого, на полях образуются поворотные полосы, где почва испытывает многократное воздействие от многочисленных проходов МТА. При этом количество проходов МТА по одному следу на поворотных полосах при выполнении всей агротехнологии колеблется 12…32 проходов.

Данное обстоятельство вызывает изменения качественного показателя почвы - ее плотности. После прохода МТА на поверхности поля остаются следы различной ширины до 0,8 м и их глубина достигает 0,15 м, при этом плотность почвы по следам превышает оптимальное значение (данное значение зависит от типа почвы и колеблется для почв Саратовской области от 1,2…1,3 г/см³) и может достигать значений равных 1,4…1,5 г/см³, табл. 1. Повышение плотности почвы сверхоптимального значения на 0,1 г/см³ приводит к снижению урожая зерновых культур до 8%.

Рассматривая энергетические показатели энергонасыщенных тракторов, таких как К-701, ЛТЗ-155, МТЗ-1221 и других, было установлено, что чем более энергонасыщеннее МТА, тем меньше его энергозатраты, тем экономически целесообразнее его использование.

В результате возникает спорный вопрос о рациональности использования энергонасыщенных МТА с точки зрения экономики и минимизации воздействия на почву.

Для ответа на поставленный вопрос были проведены исследования, которые необходимо решать в следующей последовательности.

машинный тракторный агрегат

Таблица 1 Параметры воздействия движителей тракторов на почву

1. При определении воздействия МТА на почву необходимо определять критерии воздействия в виде изменения ее структурной и функциональной частей (рис. 1). При этом в структурную часть подверженной воздействию вошли свойства, состав и режимы почвы, а в функциональную - плодородие.

Рис. 1. Определение основных параметров воздействия МТА на почву

На изменение вышеперечисленных показателей большое влияние оказывают конструкционно-технологические параметры МТА. В качестве оценочных показателей воздействия были выбраны плодородие почвы, ее плотность и деформация, а также урожай сельскохозяйственных культур. При этом было установлено, что практически все параметры МТА одинаково воздействуют на оценочные показатели.

2. Основываясь на критериях воздействия МТА на почву и их параметров были разработаны и теоретически обоснованы направления снижения воздействия МТА на почву включающие в себя полную реализацию тягового усилия, улучшения сцепных качеств и минимизация воздействия движителей на почву, рис. 2. Каждое направления решается с помощью одного или нескольких путей, включающих в себе конкретные технические решения и устройства.

Рис. 2. Направления позволяющие снизить воздействия МТА на почву

3. После выбора необходимого направления на снижение воздействия МТА на почву и технического решения дальнейшей задачей является обоснование экономической целесообразности применения МТА. Для этого необходимо в комплексе решить следующее, а именно, (рис. 3):

использование комбинированных МТА, способных одновременно выполнять несколько сельскохозяйственных операций, но при этом должны соблюдаться все агротехнические требования к данным видам операций;

подбор оптимального состава и режимов работы МТА для выполнения полного цикла работ по выращиванию сельскохозяйственной продукции;

обоснование вида выполняемых работ и маршрутов движения МТА с наименьшим воздействием на почву.

Рис. 3. Критерии экономической целесообразности применения МТА

На основании вышеизложенного выбор состава МТА и выполнение технологических операций оценивается сравнением, с одной стороны, оценкой воздействия МТА на почву качеством и количеством полученного урожая, а с другой - оценкой затрат, необходимых для выполнения полного цикла по возделыванию данного вида сельскохозяйственной продукции.

Для повышения эффективности использования МТА необходимо последовательно выполнить вышеперечисленные условия. Данная работа очень трудоемка и требует хорошей информации по каждому виду и составу МТА с точными данными по уровню воздействия на почву, агротехнических требований, энергетических возможностей и т.д. При этом необходимо иметь соответствующие математические зависимости, описывающие вышеперечисленные условия. В настоящий момент сделаны некоторые попытки произвести математическое описание некоторых компонентов (путей), входящих в условия эффективного использования МТА, однако целостной и обобщающей зависимости, пока не выведено.

В связи с тем, что все вышеперечисленные пути и решения косвенно связаны друг с другом, при этом оказывают в разной степени воздействие на почву, то выявить и описать их в виде одной целевой функции невозможно. Тогда встает вопрос об оптимизации решений, позволяющих повысить эффективность применения МТА.

Этого можно добиться с помощью агрегации неоднородных локальных критериев в один многомерный с использованием экспериментальной информации о приоритете и нормализации критериев. Тогда в качестве интегрального критерия качества МТА выберем урожай сельскохозяйственной культуры полученный после всех агротехнических операций, необходимых для данного вида культуры

,

где Ф - критерий качества МТА; - приоритет локального критерия; m - количество локальных критериев.

Производя поиск оптимального решения с использованием зависимости (1), можно получать разумный компромисс между различными, иногда противоречивыми локальными критериями качества МТА, такими как технические, технологические, функциональные и экономические, табл. 2. В основу поиска оптимального решения для эффективного использования МТА были взяты четыре приоритета локального критерия, каждый из которых включает в себя несколько локальных критериев. Например, приоритет ₁ локального критерия качества «Технологические» включает четыре локальных критерия, таких как тип движителя, схема компоновки движителей, нагрузка на оси движителя и параметры движителя. Тогда интегральный критерий качества применения МТА будет определяться как:

.

Таблица 2 Количество и тип локальных критериев необходимых для определения приоритета локального критерия

Представленная зависимость очень сложна и решается с использованием основ многокритериальной задачи оптимизации. После проведения полной оптимизации в области рассматриваемых типов и составов МТА используемых при выполнении всего цикла агротехнологии при возделывании определенного вида сельскохозяйственной культуры, можно определить решение единственного локального экстремума в виде получения наибольшего урожая.

Использование данной технологии выбора типа и состава МТА необходимого при выполнении всех операций по выращиванию сельскохозяйственных культур позволит с высокой точностью прогнозировать и получать высокие урожаи.

Размещено на Allbest.ru