CC BY
45
Выводы
1. Сформированы математические модели, устанавливающие взаимосвязь параметров энергетических и тягово-динамических свойств сельскохозяйственного трактора.
2. По результатам моделирования определены оптимальные соотношения энергетических и динамических параметров двигателя, обеспечивающие наиболее полную реализацию энергетического потенциала трактора в условиях вероятностной тяговой нагрузки.
3. Установлено, что улучшение динамических свойств тракторного дизеля для получения характеристики постоянной мощности с выраженным режимом максимальной мощности на корректорной ветви позволяет повысить на 20-25 % энергетический потенциал и оптимальную скорость движения трактора в процессе реализации тяговых технологий при неизменном уровне его энергонасыщенности.
Литература
1. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2008. - 231 с.
2. Кутьков Г.М., Сидоров В.Н. Аппроксимация корректорного участка регуляторной характеристики дизеля // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - № 8. - С. 27-30.
3. Селиванов Н.И. Расчет эксплуатационных параметров сельскохозяйственного трактора: метод. указания. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ 2009. - 23 с.
УДК 631.3:145: 001.76 Г.Л. Утенков
СТРАТЕГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СИБИРИ
В статье сформулирована проблемная ситуация, обусловленная требованиями соответствия между пространственно-временной изменчивостью свойств почвы (изменчивостью условий функционирования) и управляемостью машинными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур. Определены задача оптимального выбора уровня интенсивности технологий по показателю прибыли и функции, обеспечивающие достижение экстремума целевому функционалу.
Ключевые слова: почва, гетерогенность свойств почвы, ситуация, проблема, функционал, прибыль, экстремум.
G.L. Utenkov STRATEGY OF MACHINE TECHNOLOGIES FORMATION FOR AGRICULTURAL CROPS CULTIVATION IN THE SIBERIA CONDITIONS
Problem situation caused by requirements of conformity between spatially and time variability of soil properties (operating conditions variability) and controllability of machine technologies of agricultural crops cultivation is formulated in the article. Problem of an optimum choice of technologies intensity level on the gain and function indicator providing extremum achievement for target functional is determined.
Key words: soil, soil properties heterogeneity, situation, problem, functional, profit, extremum.
Анализ и постановка проблемы. В производстве продукции растениеводства Сибири преобладают зерновые культуры. В структуре себестоимости производства данных культур затраты на реализацию только технологических процессов обработки почвы и посева составляют 60—70%. Одним из основных направлений повышения эффективности зернового производства является совершенствование технологии возделывания зерновых культур на основе интенсификации. Однако гетерогенность свойств поля, являющаяся причиной изменчивости величины урожая, ограничивает потенциальную возможность интенсивного использования земель [1-2].
Потребность в росте объемов производимой продукции и разработке ресурсосберегающих технологий, низкий уровень урожайности возделываемых культур и уменьшение засеваемых площадей, наличие
значительной доли устаревшего парка машин и ужесточение экологических требований, рост цен на невозобновляемые ресурсы создают проблемную ситуацию, характеризуемую следующими признаками:
1) современное состояние технологий и технического оснащения позволяют прогнозировать на ближ-не- и среднесрочную перспективу рост производительности труда за счет применения мобильных энергетических средств с преобладанием механических способов возделывания сельскохозяйственных культур. Однако планируемые показатели роста производительности труда требуют улучшения использования существующих трудовых и материальных ресурсов;
2) перспективным направлением повышения производительности труда является применение мобильных агрегатов с тракторами повышенной единичной мощностью, комбинированных машин и почвообрабатывающих посевных комплексов. Одним из направлений повышения единичных мощностей является оснащение двигателей турбонаддувом. Но высокая цена трактора определяет выбор агрегата;
3) интенсификация является прогрессивным направлением повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции. Однако применение интенсивных технологий требует однородности почвенного покрова, а существующая классификация уровней интенсивности технологий не предусматривает методику их реализации;
4) стратегия адаптивной интенсификации предполагает углубление дифференциации применяемых технологий, что служит основанием повышения качества и количества получаемой продукции. Согласно принципу Эшби, число управляющих воздействий должно быть больше числа состояний объекта управления. В условиях сложившегося классического подхода возделывания сельскохозяйственных культур это приводит к усилению антропогенного воздействия на почву, усложняет технику и увеличивает затраты на ее эксплуатацию, что в целом снижает эффективность производства сельскохозяйственной продукции;
5) существующие методы расчета технологических процессов машинных технологий возделывания сельскохозяйственных культур основаны преимущественно на детерминированных моделях почвы, как сплошной среды, и не учитывают ее структуру. Вероятностные модели, используемые для расчета параметров технических средств, в основном являются стационарными и не учитывают пространственно-временной изменчивости свойств почвы, как сложной динамической системы (нестационарность свойств почвы);
6) параметры и технико-экономические показатели машинно-тракторных агрегатов обоснованы, исходя из средних для зон агротехнических требований, и не учитывают конечные цели производства в условиях рыночной экономики. Для развития системы механизации необходимо использовать систему натуральных и стоимостных показателей, способных отразить как специфику технологических процессов и функций отдельных машин, так и состав необходимых для них ресурсов.
Противоречия в методах обоснования и совершенствовании машинно-технологического обеспечения технологий возделывания сельскохозяйственных культур объясняются отсутствием ориентации исследований на экономические законы общественного производства.
Сущность научной проблемы состоит в отсутствии закономерностей, описывающих взаимосвязи количественных характеристик неоднородности свойств почвенного покрова, как показателя изменчивости почв, с показателями качества машинных технологий возделывания сельскохозяйственных культур (МТВСК).
Методика решения. С математической точки зрения задача выбора оптимального решения в некоторой конкретной ситуации формулируется как задача отыскания вектора Х, доставляющего экстремальные значения показателю качества управления - целевой функции Р(Х). Так как речь идет о выборе оптимальной стратегии (уровня интенсивности МТВСК), то задача интерпретируется как задача отыскания векторной функции Х((), доставляющей экстремальное значение целевому функционалу J (Х(Ц). Качество выбираемой стратегии (эффективность управления) определяется численным значением соответствующего показателя эффективности.
В рыночных условиях преобладающим показателем эффективной деятельности предприятий является прибыль [3]. Отсюда возникает научная задача обоснования аналитических функций, обеспечивающих экстремум (максимум) функционалу качества - прибыли (Пр). Формализованное представление указанного требования записывается в следующем виде:
Пр = (Ц - Сс)У => тах,
где Ц - цена реализуемой продукции; V, Сс - объем и себестоимость производимой продукции.
Учитывая, что интегральным показателем эффективности земледелия служит урожайность, а методы решения многокритеральных задач еще достаточно хорошо не разработаны, то решение поставленной задачи сводится к классическому методу - однокритериальному.
Этому условию соответствует глобальный критерий:
ёПр
—р > 0. (1)
ёУ
Реализация условия (1) возможна при соблюдении следующих требований (для локальных критериев):
— > 0; (2)
ёУ
^ < 0; (3)
ёУ
ёУ
---^ 0. (4)
ёУ
Выполнение условия (2) - изменение цены - связано с качеством получаемой продукции. Под качеством следует понимать совокупность свойств, определяющих степень соответствия заданной конкретной потребности в фиксированных условиях потребления. Преимущество этого определения обусловлено тем, что говорится не о качестве вообще, а выдвигаются требования оценки качества продукции только в связи с некоторой заданной, заранее известной конкретной потребностью. Иначе улучшение качественных параметров продукции не достигает своей цели и затраты на повышение качества оказываются излишними и не дают полезного эффекта, т.е. происходит завышенное энергоресурсопотребление.
В работе [4] отмечается, что закупочная цена реализуемой продукции, например, яровой пшеницы, зависит от уровня интенсивности применяемой технологии. Так, третьему классу соответствует экстенсивная технология, закупочная цена - 3200 руб/т; второму классу - интенсивные технологии, закупочная цена -2700 руб/т. В работе [5] также указывается на необходимость применения дифференцирования цен на производимую продукцию. При этом отмечается необходимость дифференцирования земледелия страны по уровню биоклиматической продуктивности агроландшафтов в регионах. С увеличением уровня интенсивности агротехнологии и наукоемкости агрорецепторов, как указывается в работе [5], пропорционально растет прибавка зерна и улучшается качество всего урожая. И, как следствие, прогрессивно растет добавленная потребительская стоимость зернопродукции с единицы площади, характеризуя значение инновации в земледелии. Однако мы полагаем, что наиболее качественная ценовая политика должна регулироваться государством.
Условие (3) обеспечивается, когда себестоимость реализуемой продукции описывается гиперболой. Согласно [6], основой для определения эффективности создания и применения машинных технологий, техники, внедрения тех или иных мероприятий в народное хозяйство является прогноз целесообразности затрат. В условиях Сибири, согласно [7], для укрупненных объемов получаемой продукции можно полагать, что зависимость между затратами З и объемом V носит линейный характер:
З = АV + Б. (5)
Тогда выражение себестоимости Сс примет вид:
_ 3 АГ Б АРУ Б Б ^
Сс = — =-------+ —=--------н— = А1 н—, 6
У У У У У У
где А1 = АР при установившемся объеме обрабатываемых площадей Р.
Производная выражения (6) меньше нуля. Для выполнения условия(4) объем получаемой продукции представим зависимостью:
V = РУ. (7)
Учитывая данные П.Л. Гончарова и используя метод аппроксимации, принимаем:
Р = ае-аУ. (8)
Условие максимума для выражения (7) примет вид:
ё(БУ) лгёБ^п
—------- = У----+ Б>-0. 9
ёУ ёУ
Последнее выполняется тогда, когда как первая, так и вторая составляющие выражения (9), больше нуля. В данном случае фактор Р (площадь) в физическом смысле положительная величина, поэтому выполнение условия (9) требует, чтобы первая составляющая была больше нуля. Продифференцируя выражение
(8) по урожайности, имеем:
ёБ _ ё(ае~аУ)
ёУ ёУ
С учетом выражений (8) и (10), условие (9) примет вид:
= - сае-аУ. (10)
ёУ ёУ
Из выражения (11) имеем:
= у&1 + р = . уаае-ау + ае-^ = ае-аУ(1 - аУ) 0. (11)
1 - аУ ^ 0 или 1 ^ аУ, что соответствует значению а ^ -1
(12)
Из выражения (12) следует, что для каждого значения урожайности должно быть свое значение коэффициента а (табл.).
Взаимосвязь коэффициента а с урожайностью
Показатель Значение урожайности, т/га Значение коэффициента а
1 1,0 а ^ 1,0
2* 2,0 а ^ 0,5
2** 3,0 а ^ 0,33
4 4,0 а ^ 0,25
Примечание: * - для Сибири У = 2,0 т/га; ** - для Новосибирской области У = 3,0 - 3,5 т/га.
Существующий технологический процесс возделывания сельскохозяйственных культур нас не устраивает по экономическим и натуральным показателям [1-2]. Для выбора уровня интенсивности МТВСХ преобразуем полученное нами [8] выражение экономически обоснованной величины урожайности Уэ относительно коэффициента а. Откуда имеем:
1 ..
(13)
У.-^ДУ- *
р-1
где а - коэффициент, учитывающий снижение урожайности с ростом обрабатываемых площадей; Я = Б/А - коэффициент, характеризующий уровень интенсивности применяемых технологий; Б - параметр, характеризующий условно постоянные затраты, не зависящие от объема производимой продукции; А - параметр, характеризующий условно переменные затраты, зависящие от объема производимой продукции; в = Ц/А - коэффициент, учитывающий соотношение цены к условно переменным затратам (вновь созданная стоимость).
Из выражения (13) следует, что потери урожайности ДУ, обусловленные пространственно-временной
1
изменчивостью свойств почвы, оцениваемые нами составляющей ~, могут восполняться применением
разных уровней интенсивности технологии, оцениваемой соотношением
Ч
/?-1
В работах [4-5] на примере
возделывания зерновых культур показано, что рост урожайности пропорционален уровню интенсивности применяемой технологии. Так, меньшему значению а соответствуют однородные природнопроизводственные условия возделывания, что обеспечивает минимум потерь производимой продукции ДУ. Отсюда необходимы менее затратные технологии. Например, применение технологий с минимальной и нулевой обработками почв или осуществление прямого посева.
Большему значению а соответствуют большие потери урожайности ДУ. Следовательно, для применения интенсивных технологий необходимо провести предварительные (в зависимости от контрастности и сложности почвенного покрова) агротехнические мероприятия, например, глубокие мелиоративные обработки на солонцовых почвах.
Единичным представителем интенсивного земледелия являются уровни интенсивности технологий, применение которых ограничено коэффициентом а. Следовательно, выход их применения является входом (целью) в нижний уровень иерархии при системном рассмотрении эффективности МТВСХ. Достижение цели нижнего уровня иерархии осуществляется через единичное - технологические процессы, применение которых обусловлено преобразованием почвенного покрова, интегральной характеристикой которого является коэффициент неоднородности, предложенный В.М. Фридландом.
Выводы
1. Предлагаемый методический подход для разработки стратегии возделывания сельскохозяйственных культур и полученные зависимости показывают, что для сложившейся дифференциации природно-
климатических условий (природные зоны) требуется применение соответствующих уровней интенсивности технологий, затратный механизм реализации которых учитывает коэффициент а.
2. Для выбранного уровня интенсивности технологий необходимо подбирать соответствующее техническое обеспечение, удовлетворяющее требуемому качеству. Фрагмент технической реализации нами изложен в [8].
Литература
1. Якушев В.П., Полуэктов Р.А. Точное земледелие. Концептуальные положения // Научно-технический процесс в АПК России - стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции на период до 2010 года: сб. мат-лов науч. сессии Россельхозакадемии (Москва, 13-14 окт. 2003). - М., 2003. - С. 115-123.
2. Васенев И.И., Сорокина Н.П., Кузякова И.Ф. Место исследований структуры почвенного покрова в гео-информационно-агроэкологическом обеспечении современных систем земледелия // Агротехнологии XXI века: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. - М., 2007. - С. 162-164.
3. Краснощеков Н.В. Инновационное развитие сельскохозяйственного производства России. - М.: Ро-синформагротех, 2009. - 388 с.
4. Власенко А.Н., Каличкин В.К., Андриянушкин В.С. Ресурсосбережение в системе обработки почвы при возделывании яровой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. - 2004. - №5. - С. 15-18.
5. Алимов К., Алимов Г. Хлебное поле России // Главный агроном. - 2009. - №9. - С.4-7.
6. Игнатьев М.Б., Ильевский Б.З., Клауз Л.П. Моделирование системы машин. - Л.: Машиностроение, 1986. - 304 с.
7. Першукевич П.М. Организация труда и производства на сельскохозяйственных предприятиях в условиях многоукладности: теория, методика, проектирование, практика / РАСХН. Сиб. отд-ние. ГНУ СибНИИЭСХ. - Новосибирск, 2005. - 704 с.
8. Утенков Г.Л. Обоснование параметров машинных технологий возделывания зерновых культур в системе точного земледелия //Экология и сельскохозяйственная техника. - СПб., 2009. - С. 126-131.
'--------♦-----------
УДК 631.584.9 М.В. Орешкин
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБОВИДНОГО РЫХЛИТЕЛЯ ДЛЯ ОБЪЁМНОЙ ОБРАБОТКИ ЧЕРНОЗЁМНЫХ ПОЧВ
В статье рассматриваются подходы к теоретическому обоснованию параметров зубовидных рыхлителей для осуществления объёмной обработки черноземных почв. Даны конкретные рекомендации по их дальнейшему совершенствованию и применению на практике.
Ключевые слова: зубовидный рыхлитель, рациональные параметры, чернозёмные почвы.
M.V. Oreshkin SUBSTANTIATION OF THE TOOTH-LIKE CULTIVATOR RATIONAL PARAMETERS FOR CHERNOZEM SOILS VOLUMETRIC CULTIVATION
Approaches to theoretical substantiation of tooth-like cultivator parameters for chernozem soils volumetric cultivation realization are considered in the article. Concrete recommendations about their further perfection and application in practice are given.
Key words: tooth-like cultivator, rational parameters, chernozem soils.
Орудия с плоскорежущими рабочими органами, используемые при почвозащитной системе земледелия, не всегда отвечают задачам качественного рыхления почвы до необходимого мелкокомковатого ее состояния из-за своих конструктивных особенностей, а также особенностей физико-механических свойств поч-вогрунтов.
