К проблеме эффективности уборки зерновых культур

9. Machnev, А. V. Kinematics of seeds at underground-surfase sowing / А. V. Machnev // The Bulletin of Saratov State Agrarian University in honor of N. I. Vavilov. - 2010. - № 8. - P. 47-48.

10. Vainrub, V. I. Technology of manufacturing processes and operations in plant growing / V. I. Vinrub, P. V. Мishin, V. H. Huzin. - Cheboksary: publishing house «Chuvashia», 1999. - 456 p.

11. Machnev, V. А. Theoretical mechanics / V. А. Machnev. - Penza: EPD PSAA, 2001. - 140 p.

12. Klenin, N. I. Agricultural machines / N. I. Klenin, S. N. Kiselev, А. G. Levshin. - М.: folosS, 2008. -816 p.

13. Machnev, V. А. The use of vibrational processes of a gearing / V. А. Machnev, V. I. Shishkin // Engineering in Agriculture. - 1996. - № 3. - P. 35-37.

14. Machnev, V. А. The effects of vibrations on the wear of the bearings / V. А. Machnev // Tractors and agricultural machines. - 2004. - № 3. - P. 52-57.

15. Machnev, V. А. A tiller-seeder for subsoil-broadcast sowing with seeds deflectors-distributors / V. А. Machnev, А. V. Machnev, М. А. Larin // Tractors and agricultural machines. - 2012. - № 8. -P. 16-17.

16. Nurullin, E. G. Analysis and evaluation of dozing devices of modern sowing complexes / E. G. Nurullin, I. Z. Islamov, I. M. Salakhov // Vestnik of Kazan State Agrarian University. - 2009. -№ 2(12). - P. 53-55.

17. Machnev, V. А. Reasoning of a technological card of troubleshooting gear search / V. А. Machnev // Engineering in Agriculture. - 2008. - № 3. P. 63-66.

18. Sabiev, U. ^ Mathematical model of caryopsis segment movement in centrifugal-rotor crushing machine for fodder grain / U. ^ Sabiev, V. V. Fomin // Achievement of science and technology in agriculture. - 2010. - № 2. - P. 62-66.

19. Laryushin, N. P. Seeder with combined shares / N. P. Laryushin, А. V. Machnev, V. V. Shumaev // Mechanization and Electrification of Agriculture. - 2011. - № 5. - P. 9-10.

20. Machnev, А. V. Procuring of the least deformation of seeds during the impact against a distributor / А. V. Machnev // Niva Povolzhya. - 2010. - № 2(15). - P. 63-65.

21. Senin, P. V. Improving the reliability of mobile agricultural machinery under personal repair / P. V. Senin. - Saransk: publisher university of Mordovia, 2000. - 124 p.

УДК 631.354

К ПРОБЛЕМЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Н. И. Стружкин, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. 8412-628-351

Уборка зерновых культур рассматривается как единый технологический процесс, связывающий операции по уборке, транспортировке и послеуборочной обработке зерна на зерно-току. С целью выработки конечных технологических и технических решений по повышению эффективности уборочных работ разработана экономико-математическая модель. В модели с учетом технико-экономических показателей зафиксировано взаимодействие машин, участвующих в сложной уборочной системе «поле - комбайн - транспорт - зерноток». Приведены результаты моделирования как по отдельным составляющим уборочной системы, так и процесса в целом. Полученные результаты позволили определить оптимальные технологические и технические параметры функционирования уборочной системы, которые могут быть использованы для обоснования рационального состава уборочного комплекса с учетом различных условий уборки.

Ключевые слова: уборка, зерно, чистота, ворох, зерноток, система, транспорт, комбайн, производительность, модель,экономика.

Обеспечение России зерном собственного производства является ключевой задачей агропромышленного комплекса [1, 2, 3]. Эта задача должна решаться также и с учетом комплексного развития технологий уборки, транспортировки и послеуборочной обработки зерна.

Однако в научных публикациях [4-9], посвященных вопросам уборки, уборочные

операции и операции по послеуборочной обработке зерна чаще всего рассматриваются отдельно, независимо друг от друга, что не позволяет адекватно оценить эффективность уборочных работ.

В связи с этим в работе [10] все уборочные операции предлагается рассматривать как единый технологический процесс с выделением взаимосвязанных фи-

Нива Поволжья № 4 (29) 2013 53

нишных операций по уборке, транспортировке и послеуборочной обработке зерна на зернотоку. Для определения условий оптимального функционирования машин в сложной уборочной системе необходима разработка экономико-математической модели с последующим компьютерным вычислительным экспериментом. Это позволит получить необходимые исходные данные для проектирования оптимальных технологий уборки и послеуборочной обработки зерна.

Для этих целей с учетом работ [11, 12, 13] нами предложена детерминированная экономико-математическая модель [14], в которой с учетом технико-экономических показателей зафиксировано взаимодействие машин, участвующих в сложной уборочной системе «поле - комбайн - транспорт - зерноток» (ПКТЗ). Критерием оптимальности в этой модели приняты эксплуатационные затраты на уборку одной тонны зерна. Общий вид экономико-математической модели представляется в виде суммы эксплуатационных затрат:

Побщ =Е П! = П + N П + N 2 П + N 3 П 4 + П 5

+П6 + П7 + N 4 П8

шт, руб / т

где Побщ - общие затраты на работу системы, руб./т; П{ - затраты на подготовку поля к работе уборочных агрегатов, руб./т; П2 - затраты на скашивание хлебов в

валки, руб./т; N1 - управляющий параметр (при прямом комбайнировании N1 =0; при раздельной уборке N1=1); П3 - затраты на подбор хлебов из валков и их обмолот, руб./т; N2 - управляющий параметр (при прямом комбайнировании N2=0 ; при раздельной уборке N2 =1); П4 - затраты на обмолот хлебов при прямом комбайниро-вании, руб./т (N 3=1 при прямом комбайнировании, N3=0 при раздельной уборке); П5 - стоимость механических и биологических потерь зерна в поле, руб./т; П6 -затраты на транспортировку зерна от комбайна на ток, руб./т; П 7 - затраты на обработку зерна на стационарном пункте (зернотоку), руб./т; П8 - стоимость отходов собранных на зернотоку (механических и естественных), руб./т.

Многие составляющие функционала Побщ были определены аналитическими зависимостями, включающими большинство оптимизируемых параметров. В статье [10] при определении затрат на работу

зерноуборочного комбайна мощность комбайнового двигателя определяли по выражению

N =

где дм - пропускная способность зерноуборочного комбайна, кг/с;

1 - коэффициент, учитывающий изменение мощности двигателя Ые в зависимости от комплектации комбайна (для комбайна с капотом 1 = 1,0, с копнителем 1 = 1,05, с измельчителем 1 = 1,22).

В дальнейшем формула (2) нами была скорректирована и приняла следующий вид:

N = 25,14 gм 0,84 1, кВт.

Используя разработанную экономико-математическую модель (1), можно решить несколько задач:

1. Выявить влияние урожайности зерна, производительности, стоимости комбайна и засоренности зернового вороха на прямые эксплуатационные затраты на получение зерна в поле.

2. Выявить влияние грузоподъемности транспортных средств, скорости и радиуса перевозки на эффективность работы транспорта на перевозке зерна по критерию «затраты - производительность» при различном уровне засоренности бункерного зерна.

3. Выявить влияние урожайности, производительности комбайна, засоренности перевозимого вороха, режимов работы транспорта на эффективность работы зер-нотока по критерию «затраты - производительность».

4. Оценить работу системы «поле -комбайн - транспорт - зерноток» в целом в зависимости от производительности комбайна, засоренности зернового вороха, режимов работы транспорта по критерию «затраты - производительность».

Особенностью модели является возможность определять эффективность работы системы «ПКТЗ» при различной засорённости зернового вороха [13, 15].

Расчеты, с использованием модели (1) проведены при следующих условиях: уборка зерновых осуществляется прямым ком-байнированием с применением комбайнов класса 5...13 кг/с; работа комбайнов организована групповым способом; они не простаивают в ожидании разгрузки; производительность комбайнов, мощность двигателя, стоимость комбайнов разных классов определены в соответствии с зависимостями, представленными в работе [10], годовую загрузку комбайнов варьировали в интервале 200...600 га. Стоимость машин и агрегатов системы «ПКТЗ» принимали по прайс-листам 2010-2011 гг.

1=1

950

ю а

850

ш .о £ £

О ^

га н

га ^

с

(0

750

650

550

450

350

9 11

Пропускная способность, кг/с

Рис. 1. Изменение затрат на уборку при различных пропускной способности и годовой загрузки комбайна

Проведенные расчеты с использованием экономико-математической модели (1) показали, что с увеличением пропускной способности комбайна линейно увеличивается его часовая производительность, причем со снижением чистоты бункерного зерна производительность комбайна возрастает более интенсивно.

Снижение чистоты бункерного зерна с 95 % до 86 % (повышение содержания соломистых частиц в 2,8 раза) приводит к повышению фактической производительности рассматриваемых комбайнов почти на 20 %. Таким образом увеличения фактической производительности в среднем на 10...20 % можно достичь, повышая засорённость бункерного зерна в пределах от 5 до 14 %. При этом необходимо руководствоваться основным ограничением - не-забиваемость зернового и колосового шнеков комбайна.

На рис. 1 представлена динамика эксплуатационных затрат на уборку зерна с изменением чистоты бункерного зерна, пропускной способности зерноуборочного комбайна при различной его годовой загрузке.

Анализ рис. 1 показывает, что затраты на уборку уменьшаются с использованием комбайнов с повышенной пропускной способностью. Причём изменение это носит интенсивный характер. Так, при уборке хле-

бов с площади 600 га комбайном с пропускной способностью 5 кг/с затраты составили 1050 руб./га, а при работе комбайна с пропускной способностью 13 кг/с они уменьшились до 600 руб., или в 1,75 раза. В этом случае резко увеличиваются затраты при работе комбайнов с невысокой пропускной способностью (5 кг/с), при этом значительно затягиваются сроки уборки и увеличиваются биологические потери зерна.

Уборка зерновых культур с пониженной чистотой бункерного зерна оказывает более существенное влияние на работу комбайнов с повышенной пропускной способностью.

Анализ подсистемы «Транспорт» (рис. 2) показывает, что при радиусе перевозки 5 км и изменении чистоты бункерного зерна с 98 % до 86 % затраты на работу транспорта увеличились в 2,27 раза (с 45,3 до 102 руб./т). При радиусе перевозки 20 км и том же снижении чистоты зерна рост затрат составил 2,56 раза (с 137,5 до 353 руб./т), то есть интенсивность роста затрат с увеличением радиуса перевозки повысилась примерно в 1,12 раза. С изменением чистоты зерна с 98 % до 86 % интенсивность роста затрат повышается в большей степени. С увеличением радиуса перевозки зерна с 5 до 20 км затраты на перевозку при чистоте 95 % составили соответствен-

Нива Поволжья № 4 (29) 2013 55

350

300

250

а

Л 200 х

150

I

100

50

Е = 86%,^

Е = 89°%^^

^^ Е = 92%^^^^

Е =

Е = 98% ^^^^^^^^

10 15

Радиус перевозки зерна, км

20

Рис. 2. Изменение затрат на транспорт в зависимости от чистоты бункерного зерна и радиуса перевозки

но 45,3 и 137,5 руб./т, то есть возросли в 3 раза, а при чистоте 86 % увеличились со 102,7 до 353,0 руб./т, то есть в 3,44 раза. Интенсивность роста затрат составила 1,15 раз против 1,13 раза при сопоставлении со значением радиуса перевозки. Следовательно, интенсивность роста затрат на перевозку зерна с уменьшением чистоты бункерного зерна опережает интенсивность роста затрат с увеличением радиуса перевозки примерно на 2 %. Таким образом, влияние чистоты бункерного зерна примерно равнозначно влиянию радиуса перевозки на затраты по перевозке зерна.

Проведенные расчеты показали, что при планировании перевозок зерна целесообразно выбирать маршруты с короткими плечами перевозок (менее 7 км), но позволяющие реализовать повышенные скорости перевозки (более 40 км/ч).

С увеличением производительности машин подсистемы «Зерноток» затраты на обработку зерна уменьшаются (рис. 3). Так, при стандартной чистоте вороха 95 %, производительности машин зернотока 36 т/ч (10 кг/с) затраты на обработку зерна составили 88,3 руб./т, а при производительности 144 т/ч (40 кг/с) затраты уменьшились до 23,2 руб./т, то есть в 3,8 раза. Такое же соотношение в изменении затрат наблюдается и при обработке бункерного

зерна с чистотой в пределах от 98 % до 86 %. Причём, более интенсивно затраты уменьшаются, когда производительность зернотока увеличивается с 36 т/ч до 72 т/ч. В этом интервале затраты уменьшаются в 2 раза, а при дальнейшем увеличении производительности до 108 т/ч и 144 т/ч затраты уменьшаются соответственно в 1,64 и в 1,3 раза. Поэтому более целесообразно использовать зернотока с производительностью в диапазоне от 72 до 108 т/ч.

Чистота бункерного зерна также существенно влияет на эксплуатационные издержки. Так, при производительности машин зернотока 10 кг/с и изменении чистоты зерна с 86 % до 98 % затраты уменьшились со 140 руб./т до 79,4 руб./т, то есть в 1,76 раза. При производительности 40 кг/с снижение затрат также происходит в 1,76 раза.

Представляет интерес анализ эффективности уборочных работ системы «поле - комбайн - транспорт - зерноток» в целом, который показывает, что изменение производительности машин зернотока оказывает существенное влияние на изменение суммарных затрат (рис. 4). Так, при производительности стационара 36 т/ч (10 кг/с) и скорости движения транспортных средств 30 км/ч затраты составили 935 руб./т, а при этой же скорости и производительности 144 т/ч затраты уменьшились до 868 руб./т, или на 8 %.

0

\е = 86 % \

Рис. 3. Изменение затрат на работу зернотока в зависимости от его пропускной способности и чистоты зерна

Более интенсивно снижение затрат происходит при изменении производительности зернотока с 36 т/ч до 72 т/ч. В этом случае интенсивность снижения затрат составила 9 %, тогда как в интервалах 72. 108 т/ч и 108.144 т/ч она соответственно составила 2 % и менее 1 %. Следовательно, целесообразно производить послеубо-

рочную обработку зерна на зернотоку производительностью до 72 т/ч, поскольку дальнейшее увеличение производительности не приводит к какому-нибудь значимому снижению затрат.

Уборка зерновых культур с повышенной засорённостью происходит с меньшими суммарными затратами (рис. 5). Так,

Нива Поволжья № 4 (29) 2013 57

а яз

эш

^ вш

п

вш

Е = 98 %

„_____ Е = 95 % ^---- Е = 92 %

----------Е = 89 %

Е = 86 % —

1П

2П

за

10

Рис. 5. Изменение суммарных затрат на уборку в зависимости от пропускной способности зернотока и чистоты бункерного зерна

при производительности зернотока 72 т/ч и изменении чистоты бункерного зерна с 86 % до 98 % затраты на уборку увеличились с 825 руб./т до 928 руб./т, или в 1,12 раза. В абсолютном значении это составило 103 руб./т.

При производительности зернотока 144 т/ч (40 кг/с) затраты изменились с 797 до

910 руб./т. В абсолютном значении это составило 113 руб./т. Следовательно, засорённый ворох более рационально обрабатывать на зернотоках повышенной производительности.

Установлено (рис. 6), что изменение скорости перевозки оказывает незначительное влияние на общие затраты при изме-

970

960

950

940

930

920

910

900

890

880

40 50

Скорость, км/ч

Рис. 6. Изменение затрат на уборку в зависимости от чистоты бункерного зерна

и скорости движения транспорта

Е = 95%

60

нении чистоты бункерного зерна. Так, при увеличении скорости движения транспортного средства с 30 км/ч до 60 км/ч и транспортировании зерна чистотой 86 % затраты снижаются с 896 руб./т до 881 руб./т, или только на 2 %, а при транспортировании зерна чистотой 98 % затраты снижаются с 965 руб./т до 960 руб./т, или на 0,5 %. Но в любом случае засорённый ворох предпочтительнее перевозить транспортом на повышенных скоростях.

Таким образом, разработанная экономико-математическая модель, в общем виде представленная выражением (1), позволяет определять различные технологические и технические параметры функционирования уборочной системы и на основе проведенных расчетов дает возможность составлять рациональный состав уборочного комплекса с учетом различных условий уборки.

Литература

1. Алтухов, А. И. Зерновой рынок России / А. И. Алтухов. - М.: Изд-во ИП Насирдино-ва В. В., 2012. - 698 с.

2. Алтухов, А. И. Развитие рынка продовольственного зерна в России / А. И. Алтухов// Нива Поволжья. - 2012. - № 4(25). - С.2-10.

3. Войнович, Н. В. Прогноз развития зерновой отрасли в 2001 - 2005 гг / Н. В. Войнович// Зерновое хозяйство. - 2003. - № 1 - С. 5-6.

4. Бердышев, В. Е. Оптимизация конструктивных и технологических параметров аксиально-роторной молотильно-сепарирующей системы / В. Е. Бердышев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 3(19). - С.114-118.

5. Гольтяпин, В. Я.. Машины и оборудование для послеуборочной обработки зерна /

B. Я. Гольтяпин. - М.: Росинформагротех, 2000. - 80 с.

6. Жалнин, Э. В. Комплектование хозяйств зерноуборочной техникой / Э. В. Жалнин,

C. В. Пьянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2002. - № 6 - С. 6-10.

7. Лунякин, В. Н., Оптимизация перевозки зерна с поля на ток / В. Н. Лунякин // Труды ВИМ. - Т. 141, часть 2. - М., 2002.

8. Пьянов, С. В. Уборочно-транспортный комплекс для крупнотоварного производства зерна / С. В. Пьянов // Техника в сельском хозяйстве. - 2003. - № 1. - С. 11-14.

9. Стружкин, Н. И. Механизация послеуборочной обработки зерна / В. Я. Гольтяпин, Н. И. Стружкин. - М.: Росинформагротех, 2002. - 76 с.

10. Стружкин, Н. И. К проблеме проектирования технологий уборки и послеуборочной обработки зерна // Сб. науч. трудов ВИМ по материалам 2-й Межд. науч.-практ. конф. «Земледельческая механика в растениеводстве». Т. 148. - М., 2003. - С. 27-30.

11. Данилова, Г. М. Алгоритм моделирования на ЭВМ работы комплексов машин для уборки зерновых культур / Г. М. Данилова // Механизация уборки зерновых культур. - М., 1977. - С. 138-151.

12. Жалнин, Э. В., Математическое моделирование процессов земледельческой механики / Э. В. Жалнин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2000. - № 1 - С. 20-23.

13. Стружкин, Н. И. Экономико-математическая модель задачи оптимизации технико-экономических показателей работы уборочного комплекса по схеме «Невайка» / Н. И. Стружкин, Э. В. Жалнин // Труды ВИМ, Т. 79. - М.: 1979.

14. Стружкин, Н. И. Математическая модель расчета параметров и технико-экономической эффективности уборочной системы «поле - комбайн - транспорт - зерно-ток» / Н. И. Стружкин, Э. В. Жалнин, В. Ф. Рожин. - ВНТИУ ФАП 50200500607 - 2005.

15. Стружкин, Н. И. О засоренности и чистоте зернового вороха / Н. И. Стружкин // Техника в сельском хозяйстве. - 2005. - № 1. - С. 40-42.

Нива Поволжья № 4 (29) 2013 59

UDK 631.354

ABOUT THE PROBLEM OF THE EFFICIENCY OF HARVESTING GRAIN CROPS

N.I. Struzkin, doctor of technical sciences, professor FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, tel. 8412-628-351

The article deals with harvesting grain crops as a unified technological process, linking the operations on harvesting, transportation, and post-harvesting processing grain on barnyard. To make the resulting technological and engineering decisions in order to increase the efficiency of harvesting operations the economic-mathematical model has been developed. In the model the interaction of devices involved in harvesting complex system: «field-harvester-transport-grain threshing floor» has been fixed taking into consideration technical and economic parameters. The results of modeling both according to separate components of the harvesting system and process in general have been presented in the article.

The obtained results helped to determine the optimal technological and technical parameters of functioning the harvesting system. These parameters can be used for substantiation of rational composition of the harvesting complex according to the different harvesting conditions.

Key words: harvesting, grain, purity, heap, barnyard, system, transport, combine-harvester, productivity, model, economy.

References:

1. Altukhov, A. I. Grain market of Russia / A. I. Altukhov. - M: Publishing house IP Nasirdinov V.V., 2012. - 698 p.

2. Altukhov, A. I. The development of grain market in Russia / A.I. Altukhov// Niva Povolzhya. -2012. - № 4(25). - P. 2-10.

3. Voinovich, N.V. The forecast of the development of grain industry for the period of 2001-2005 years / N.V. Voinovich// Zernovoye khozyaistvo. - 2003. - № 1 - P. 5-6.

4. Berdyshev, V.E. The optimization of the design and technological parameters of axial rotor threshing and separating system / V.E. Berdyshev // Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy. -2012. - № 3(19). - P.114-118.

5. Goltyapin, V.Ya. Machines and equipment for post-harvest grain processing / V.Ya. Goltyapin. -M: Rosinformagrotech, 2000. - 80 p.

6. Zhalnin, E.V. Completing farms with grain-harvesting machinery / E.V. Zhalnin, S.V. Pyanov // Mechanization and electrification of agriculture. - 2002. - № 6 - P. 6-10.

7. Lunyakin, V. N. Optimization of transporting grain from the field to the barnyard / V.N. Lunyakin // Works of the VIM. - Vol. 141, part 2. - M., 2002.

8. Pyanov, S. V. Harvesting-transport complex for large-scale grain production. / S.V. Pyanov. // Tekhnika v selskom khozyaistve. - 2003. - № 1. - P. 11 - 14.

9. Struzkin, N.I., Mechanization of post harvesting processing of grain / V.Ya. Goltyapin, N. I. Struzkin. - M: Rosinformagrotech, 2002. - 76 p.

10. Struzkin, N.I. To the problem of designing the technologies of harvesting and post-harvesting grain processing // Collection of scientific works WIM according to the materials of the 2nd International scientific-practical conference. «Farming mechanics in crop production. Vol. 148. - M., 2003. - P.27-30.

11. Danilova, G. M. The algorithm of computer modeling of work of the complexes of grain harvesting machines. In the book. Mechanization of harvesting grain crops. M., 1977. - P. 138-151.

12. Zhalnin, E.V., Mathematical modeling of processes in agricultural machines / E.V. Zhalnin // Tractors and agricultural machines. - 2000. - № 1 - P. 20-23.

13. Struzkin, N. I. Economic-mathematical model of the problem of optimization of technical and economic performance of the harvesting complex according to the scheme «Nevaika» / N. I. Struzkin, E.V. Zhalnin // Works of VIM, Vol.79, - M: 1979.

14. Struzkin, N. I. Mathematical model of calculation of parameters and technical-economic effectiveness of harvesting system «field - harvester - transport - grain threshing floor» / N. I. Struzkin, E.V. Zhalnin, V. F. Rozhin - BHTMy FAP 50200500607 - 2005.

15. Struzkin, N. I About impurity and purity of grain heap / N. I. Struzkin // Tekhnika v selskom khozyaistve. - 2005. - № 1. - P. 40-42.