Удобрений по прямоточной технологии

1. Выписать из табл. 7.1 исходные данные по соответствующему ва­рианту задания.

2. Сформулировать основные агротехнические требования,

3. Выбрать ресурсосберегающие агрегаты.

4. Организовать эффективную взаимосвязанную работу погрузчиков и разбрасывателей удобрений.

5. Представить основные результата расчетов в форме таблицы, приведенной в конце задания.

Основные положения

Основной целью задания является освоение студентами современных методов, оптимального проектирования сложных с.-х. производствен­ных процессов на основе общих принципов операционной технологии ме­ханизированных работ и ранее полученных знаний по теоретическим основам производственной эксплуатации МТП.

В результате выполнения задания на примере сплошного внесения удобрений студент должен получить навыки обеспечения эффективной ресурсосберегающей работы всех агрегатов при (высоком качестве технологического процесса.

Пункты задания охватывают все основные элементы операционной технологии, включая агротехнические требования (пункт 2), подготовку агрегатов (пункт 3), подготовку поля. и организацию работы агрегатов (пункт 4), контроль качества работы (пункт 4). Операционной технологией предусмотрены еще вопросы охраны труда, которые изучаются в специ­альном курсе.

Задания выполняются на примере наиболее распространенной пря­моточной технологии внесения удобрений, предусматривающей последо­вательное выполнение трех операций: погрузка удобрений (погрузчиком) в кузов разбрасывателя; перевозка до поля; внесение удобрений разбрасывателем (равномерное их распределение по поверхности поля).

Таблица 7.1

Примерные варианты заданий

Описанные элементы прямоточной технологии входят в состав и других технологических схем сплошного внесения удобрений, включая перевалочную и перегрузочную.

Методические указания по выполнению задания 7

1. Исходные данные из табл. 7.1 выписываются в соответствии с но­мером варианта задания. При необходимости исходные данные могут быть изменены с учетом местных условий.

2. Основные агротехнические требования: отклонение от заданной дозы внесения обоих видов удобрений ±10 %; неравномерность распре­деления по поверхности поля до ± 10 % по ходу и ±25% по ширине захва­та агрегата для органических удобрений и ± 25 % - для минеральных удобрений. Удобрения должны быть заделаны в почву в минимальные сроки.

3. Основным элементом подготовки агрегатов является выбор ресур­сосберегающих погрузчиков и разбрасывателей удобрений с учетом дозы внесения и расстояния перевозки.

Из погрузочных средств в хозяйствах наибольшее распространение имеет погрузчик экскаватор ПЭ-0,8Б, навешиваемый на трактор ЮМЗ-6Л/М. В последующих расчетах можно использовать этот погруз­чик, однако с учетом местных условий возможно использование и другого погрузчика. Усредненно для эксплуатационной производительности по­грузчика по справочным данным можно принять значение 62 т/ч.

Используемые в задании эксплуатационные показатели основных типов разбрасывателей твердых органических и минеральных удобрений приведены в табл. 7.2.

В соответствии с современными требованиями ресурсосбережения для каждого из указанных агрегатов необходимо определить такие соче­тания дозы внесения удобрений и расстояния их перевозки до поля, при которых имеют место наименьшие приведенные затраты на единицу объ­ема выполненной работы.

Решение этой задачи осуществляется на основании данных табл. 7.3 и 7.4, в которых приведены примерные Оптимальные значения грузоподъ­емности разбрасывателя удобрений в зависимости от дозы внесения и рас­стояния перевозки. При этом обеспечивается работа соответствующих аг­регатов в области минимума приведенных затрат.

Данные таблиц округлены с учетом грузоподъемностей имеющихся в хозяйстве разбрасывателей, приведенных в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Основные эксплуатационные показатели агрегатов сплошного внесения твердых органических и минеральных удобрений

Для каждого варианта (табл. 7.1) задается доза внесения удобрений и расстояние их перевозки. Затем определяется оптимальная грузоподъем­ность разбрасывателя органических (табл. 7.3) или минеральных удобре­ний (табл. 7.4) и по этому значению выбирается соответствующий агрегат.

Таблица 7.3

Значения оптимальной грузоподъемности разбрасывателей

твердых органических удобрений

Таблица 7.4

Значения оптимальной грузоподъемности разбрасывателей

твердых минеральных удобрений

После выбора ресурсосберегающего агрегата осуществляется его на­стройка на заданный режим работы в соответствии с имеющимися реко­мендациями.

4. Организация эффективной взаимосвязанной работы погрузчиков и разбрасывателей удобрений предусматривает последовательное решение следующих задач: выбор способа движения разбрасывателей; согласова­ние длины гона с грузоподъемностью разбрасывателя; определение общего потребного количества разбрасывателей и погрузчиков; организация эффективной взаимосвязанной работы погрузчиков и разбрасывателей в составе транспортно-технологических комплексов (ТТК).

Основным способом движения агрегатов при сплошном внесении удобрений является челночный, показаний ранее на рис. 5.1. При этом способе движения обеспечивается высокое качество работы агрегатов без огрехов, а также в достаточной степени удовлетворяются требования вы­сокой производительности безопасности движения и т.д.

В процессе работы необходимо согласовывать длину гона с грузо­подъемностью разбрасывателя таким образом, чтобы опорожнение кузова происходило на конце загона. Решение этой задачи является одним из ос­новных элементов подготовки поля.

Указанное требование удовлетворяется при целом числе проходов аг­регата по загону за время опорожнения кузова в соответствии с равенст­вом

(7.1)

где п_ПР – число проходов; l_Р – длина рабочего пути, проходимого агрега­том за время опорожнения кузова, м; L – длина гона, м. Значение l_Р получим в виде

(7.2)

где Q_ГН – грузоподъемность разбрасывателя удобрений, т; К_Г – коэффици­ент использования грузоподъемности; В – ширина захвата агрегата, м; и – доза внесения удобрений, т/га.

На основании (7.1), (7.2) получим

(7.3)

Значения Q_ГН и В приведены в табл. 7.2, а значения и – в табл. 7.1.

Большинство твердых органических и минеральных (удобрений от­носится, к грузам первого класса, для которых К_Г = 1.

Значение L в (7.3) выбирается в пределах среднего класса длины го­на для данной почвенно-климатической зоны по условию

(7. 4 )

где L_С – среднезональная длина гона.

Длина гона L в (7.3) с учетом условия (7.4) выбирается таким обра­зом, чтобы п_ПР было целым числом; четным – при одностороннем заезде агрегата на загон; нечетным – при заезде агрегата на загон поочередно с обеих сторон.

Чаще в условиях производства заезд разбрасывателя на загон осуще­ствляется с одного и того же конца (со стороны места расположения удобрений; п_ПР – четное число). При этом уменьшаются потери времени смены на холостые ходы агрегата, а при расположении удобрений на краю поля требуется вдвое меньше погрузчиков.

Рассмотрим численный пример для условий Центрального района при средней длине гона L_С = 400–600 м и дозе внесения органических удобрений и = 60 т/га. Предположим, что для этих условий выбран агрегат Т–150К + ПРТ–10 при Q_ГН =10 т, В = 6 м, К_Г = 1.

Для получения длины гона L, обеспечивающей четное значение п_ПР при условии L £ 600 м, воспользуемся на основании (7.3) равенством

(7.5)

Подставляя в это равенство последовательный ряд значений п_ПР = 2,4, 6... до L < 600 м, получим наибольшие возможные значения L и п_ПР. Для условий нашего примера получим

м

При поочередном заезде с обеих сторон загона следует в (7.5) при­нять последовательные нечетные значения п_ПР= 1, 3, 5....

Схему челночного способа движения разбрасывателя в соответствии с рис. 5.1 следует изобразить в тетради с указанием полученной длины го­на и направления заезда на загон.

Нормативное общее потребное количество разбрасывателей удобре­ний т _{S Н} для выполнения работы в установленные календарные сроки оп­ределяется в расчете на 100 га поля с точностью до двух знаков после за­пятой по формуле

(7.6)

где т _{S Н} – нормативное потребное количество разбрасывателей; F _{S Н} = 100 га - нормативная площадь пашни, на которой предполагается вносить удобрения, га; Д_K - календарные сроки внесения удобрений, дни;. a _K – коэффициент использования календарного времени; W_m – часовая производительность разбрасывателя удобрений, т/ч; Т_CM – продолжитель­ность смены, ч; К_СM – коэффициент сменности; g _Г – коэффициент готовно­сти разбрасывателей удобрений. Значения и, Д_К, К_СМ приведены в табл. 7.1. По заданию F _S = 100 га, Т_CM = 7 ч, а для a _K и g _Г можно принять усредненные значения a _K = 0,90, g _Г = 0,98. При наличии данных можно принять и более точные значения, a _K, К_СМ, g _Г. Для местных зональных условий.

Значение т _{S Н} определяется как норматив без округления до целого числа с точностью до двух знаков после запятой, как указано ранее.

Производительность разбрасывателя удобрений W_m выбирается по нормативным данным или рассчитывается по упрощенной формуле

(7.7)

где t_т – продолжительность одного технологического цикла разбрасывате­ля удобрений, ч; l_Г – расстояние до поля, км; l_P – длина пути разбрасывания удобрений, м; V_Г, V_X, V – скорости движения соответственно с грузом, без груза и при разбрасывании удобрений, км/ч; п_П – количество холостых, поворотов; t_п – продолжительность одной погрузки удобрений, включая возможное маневрирование в процессе погрузки, ч; t_П – продолжитель­ность одного холостого поворота, ч.

При отсутствии более точных данных для обоих видов разбрасыва­телей удобрений можно принять усредненные нормативные значения: V_Г = 22 км/ч; V_Х = 28 км/ч; V = 9 км/ч; t_n = 0,0083 ч (30 с)

Значение l_P рассчитывается по формуле (7.2), а значение l_Г приведе­но в табл. 7.1.

Число холостых поворотов ид с учетом (7.3) составляет

Продолжительность времени t_n зависит от производительности по­грузчика W_n:

(7.8)

где W_n – производительность погрузчика, т/ч; b _ПМ – коэффициент, учиты­вающий возможные потери времени, связанные с маневрированием агре­гатов в процессе погрузки.

Для используемого в данном задании погрузчика ПЭ-0,8Б можно принять усредненную производительность W_п = 62 т/ч при b _ПМ = 1,1. С учётом местных условий можно использовать и другой погрузчик, с более высокой производительностью.

На основании (7.6) и (7.7) с учетом приведенных данных определя­ется общее нормативное потребное количество разбрасывателей удобре­ний в расчете на 100 га.

Нормативное потребное количество погрузчиков п _{S Н} в расчете на 100 га пашни определяется по формуле, аналогичной (7.6), или из условия, поточной работы агрегатов:

(7.9)

При этом получим

(7.10)

Значение n _{S H} также получаем в виде норматива с точностью до двух знаков после запятой.

Переход от нормативных значений т _{S Н} и п _{S Н} к целым округленным т _{S Н} и п _{S Н} для заданной обрабатываемой площади полей F _{S Н} осуществля­ется по формулам:

(7.11)

Округление, до целых значений т _{S Н} и п _{S Н} осуществляется в большую сторону при дробной части, большей 0,35.

Наиболее эффективной формой организации работы разбрасывате­лей удобрений и погрузчиков в хозяйствах является групповая работа в виде транспортно-технологических комплексов (ТТК). При этом сущест­венно уменьшаются простои агрегатов во взаимном ожидании, а также сокращаются сроки обработки каждого поля.

Обычно, в условиях производства, ТТК состоял из одного погрузчи­ка и соответствующего количества разбрасывателей.

Количество разбрасывателей удобрений с одним погрузчиком при­ближенно можно рассчитать упрощенным детерминированным методом или более точно методами теории массового обслуживания (ТМО) с учётом вероятностного характера изменения действующих факторов.

Из приводимых ниже, методов по усмотрению преподавателя выби­рается тот, который больше соответствует уровню подготовки студентов, степени оснащенности вычислительной техникой.

При упрощенном детерминированном методе расчета количество разбрасывателей удобрений т, обслуживаемых одним погрузчиком, опре­деляется из условия их поточной работы по аналогии с (7.9), (7.10) при п = 1.

(7.12)

Полученное значение т округляется до целого значения, как указано ранее применительно к формуле (7.11).

Недостаток упрощенного метода расчёта по формуле (7.12) заключа­ется в том, что значения W_m и W_п предполагаются постоянными при каж­дом цикле погрузки и разбрасывания. Однако в действительности они изменяются вероятностным образом, относительно средних значений, по­этому более точные расчеты также следует проводить вероятностными методами, в частности методами ТМО. Соответствующие теоретические положения применения этого метода изложены в учебнике, а также в спе­циальной литературе.

Взаимосвязанная работа погрузчика и разбрасывателей удобрений при этом рассматривается как замкнутая система массового обслуживания (СМО) с ожиданием при одном (п = 1) обслуживающем звене (погрузчи­ке). Система считается замкнутой из-за ограниченного числа да одних и тех же разбрасывателей удобрений.

Если в момент прибытия очередного разбрасывателя удобрений по­грузчик занят обслуживанием другого разбрасывателя, то вновь прибыв­ший становится в очередь до освобождения погрузчика.

Задача заключается в определении такого оптимального количества т_ОРt разбрасывателей удобрений, при котором потери от взаимного ожи­дания погрузчика и разбрасывателей будут минимальными.

В качестве критерия оптимальности целесообразно выбрать мини­мум суммы потерь денежных средств от взаимного ожидания погрузчика и разбрасывателей в виде

(7.13)

где С_тп – сумма потерь от простоя разбрасывателей и погрузчика во вза­имном ожидании за один час работы, р./ч; т ₀ – среднее число ожидающих своей очереди разбрасывателей из-за занятости погрузчика; Р_{п 0} – средняя вероятность простоя погрузчика из-за несвоевременного прибытия раз­брасывателей; С_т, С_п – стоимость одного часа простоя соответственно од­ного разбрасывателя и погрузчика, р./ч.

Поскольку в современных условиях значения С_т и С_п не остаются постоянными, то для большей стабильности результатов расчётов целесо­образно перейти к относительным безразмерным затратам в виде

(7.14)

Значения С_т и С_п примерно пропорциональны оптовым ценам соот­ветственно разбрасывателя с трактором Ц_т и погрузчика Ц_п с трактором, поэтому для простоты решения воспользуемся эквивалентным критерием оптимальности

(7.15)

Значения т ₀ и Р_{п 0} определяются па формулам ТМО:

(7.16)

(7.17)

где а =l / m, т – текущее число разбрасывателей удобрений; l – плотность потока требований (среднее количество разбрасываний или циклов, со­вершенных одним разбрасывателем за 1 ч), 1/ч; m – интенсивность обслу­живания (среднее количество обслуживании или погрузок, совершенных погрузчиком за 1 ч), 1/ч.

Значения l и m можно определить на основании ранее полученных результатов:

(7.18)

Поскольку отношение Ц_т / Ц_п в (7.15) мало зависит от выбранного года, то более удобным является расчет в стабильных ценах 1984 г. Для погрузчика с трактором ЮМЗ–6Л/М + ПЭ–0,8Б имеем Ц_п = 4857 р. Цены разбрасывателей с тракторами в соответствии с данными табл. 7.2 имеют значения:

МТЗ–80 + РТО–4 Ц_т= 3987+1250 = 5237 р.;

МТЗ–80 + РОУ–5 Ц_т = 3987 + 1900 = 5887;

Т–150К + ПРТ–10 Ц_т = 7152 + 3300 = 10452р.;

К–701 + ПРТ–16 Ц_т = 15575 + 4200 = 19775 р.;

К–701 + ММТ–23 Ц_т = 15575 + 6100 = 21675 р.;

МТЗ–80 + 1РМГ–4 Ц_т = 3987 + 830 = 4817 р.;

МТЗ–80 + РУМ–5 Ц_т = 3987 + 1500 = 5487 р.;

Т–150K + PУM–8 Ц_т = 7152 + 3500 = 10657 р.; К–701 + РУМ–16 Ц_т = 15575 + 7200 = 22775р.

Если вместо трактора МТЗ–80 используется МТЗ–82, то вместо 3987 р. следует принять цену трактора МТЗ-82 – 4322 р.

Решение по критерию (7.15) с учетом полученных значений l, m, а =l / m, Ц_т / Ц_п осуществляется численным способом с использованием калькулятора или компьютера в следующей последовательности.

Задаемся в (7.17) значением т ₁ = 1, определяем Р_{п 0} = 1/(1 + а). Под­ставляем значения т ₁ и Р_{п 0} (7.16) и определяем т_{о 1}.

Затем из равенства (7.15) при m₀ = m_{o 1} и Р_{п 0} = P_{по 1} получаем значение критерия С_{тп 1}.

Аналогичный расчет выполняем при т ₂ = 2: определяем Р_{по 2} = 1/[1 ⁺ 2 а + 2(2 – 1) а ²] и т.д.

Численный расчет выполняем до такого оптимального значения т_Zopt, после которого значение критерия оптимальности , станет больше предшествующего минимального значения .

Одновременно при т = т_орt, получим: среднее количество простаи­вающих в очереди разбрасывателей m_oopt вероятность простоя погрузчика P_noopt при оптимальном режиме работы, а также пропускную способность погрузчика по количеству обслуживаемых за один час разбрасывателей удобрений по формуле

(7.19)

Можно рассчитать также коэффициент (вероятность) простоя раз­брасывателей удобрений при оптимальном режиме работы:

(7.20)

Значения Р_noopt, и K_mopt можно рассматривать и как доли времени про­стоя соответственно погрузчика и каждого разбрасывателя удобрений.

Поскольку Р_noорt > 0 и К_mopt > 0, то исключить простои во взаимном ожидании агрегатов практически невозможно, поэтому речь может идти только о минимизации ущерба от этих простоев.

В то же время в приближенной формуле (7.12) предполагается от­сутствие таких простоев агрегатов во взаимном ожидании. Сравнив зна­чения т из (7.12) и m_opt, можно оценить точность детерминированных приближенных расчетов.

Если значение т при предварительном расчете по упрощенной фор­муле (7.12) окажется слишком большим (более 6), то расчеты методами ТМО ни основе (7.17) на обычном калькуляторе становятся чрезмерно громоздкими.

Приближенные расчеты на базе ТМО при этом можно выполнить путем перехода от отдельных разбрасывателей к группам, составляемым на 2-х и более агрегатов. Например, если по формуле (7.12) получим т = 18, то можно составить шесть т групп разбрасывателей по три в каж­дой группе.

Соответствующие значения l _Г и m _Г вместо (7.17) при этом опреде­ляются из следующих равенств:

(7.21)

Значение l = l _Г при этом не меняется, а m _Г – соответственно уменьша­ется. Следует в (7.15) также принять Ц_тГ = ЗЦ_т.

Таким образом, расчеты проводятся по тем же формулам для услов­ного встроенного разбрасывателя удобрений. Естественно, что точность результатов расчетов при этом будет меньше. При наличии компьютера и соответствующей программы расчета необходимость в указанных упро­щениях отпадает. Из полученных результатов наглядно^: видна большая глубина и результативность расчетов на основе вероятностных методов, в частности методов ТМО.

Такой вероятностный вариант расчета можно использовать также как студенческую научно-исследовательскую работу с несколькими вари­антами решения при разных дозах внесения удобрений, изменяющихся расстояниях перевозки и т.д.

В соответствии с общими принципами операционной технологии оценивается также качество работы разбрасывателей удобрений балльным методом, а также указываются мероприятия по охране труда и технике безопасности, которые изложены в учебнике.

5. Итоговые результаты расчетов по пунктам, включая, исходные данные

Выполнил ________________________ Ф.И.О. студента

подпись

Принял ________________________ Ф.И.О. преподавателя

ЗАДАНИЕ 8