Производительность

ЭТС АПК-20 Лекция №6=2ч.

1.6. Производительность и эксплуатационные затраты при работе машинно-тракторных агрегатов

1.6.1. Основные понятия и определения производительности

1.6.2. Расчѐт производительности агрегатов

1.6.3. Расчѐт производительности МТА в функции мощности

1.6.4. Суммарный учѐт производительности (наработки) МТА

1.6.5. Способы повышения производительности агрегатов

1.6.6. Основные виды эксплуатационных затрат

1.6.7. Расчѐт удельных расходов топлива, смазочных материалов и энергии

1.6.8. Затраты труда при работе агрегатов

1.6.9. Расчѐт удельных затрат труда и денежных средств

1.6.10. Основные направления снижения эксплуатационных затрат при работе агрегатов

1.6.1. Основные понятия и определения производительности

Производительность МТА определяется объемом выполненной работы установленного качества в единицу времени. Объем работы в зависимости от типа агрегата можно определять по значению обработанной площади (м², га), по количеству обработанного технологического материала (кг, т) и т. д.

В зависимости от промежутка времени производительность чаще всего бывает секундной (м²/с, кг/с и т. д.), часовой (га/ч, т/ч и т.д.), сменной W_CM и дневной W_Д. Иногда сменную и дневную производительность агрегата называют сменной и дневной выработками (наработками). Соответственно с этим определяют месячную, сезонную и годовую выработки (наработки) агрегатов.

Производительность – один из важнейших технико-экономических показателей использования машинно-тракторных агрегатов, от которого в значительной степени зависит эффективность всего сельскохозяйственного производства.

Различают теоретическую, техническую и фактическую (действительную) производительность агрегатов.

Теоретическую производительность W_T рассчитывают по конструктивной ширине захвата В_к и теоретической скорости v_т при полном использовании времени смены Т_см, т. е.

где W_T, W_T.CM – соответственно часовая и сменная теоретическая производительность агрегата, га/ч, га/смену.

Техническую (или расчетную W_p) производительность МТА рассчитывают при технически обоснованных значениях ширины захвата В_р, скорости v_p и времени работы Т_р:

W_p = 0,1 В_р v_p τ_р

W_p.CM = 0,1 В_р v_p Τ_р

где W_p, W_p.CM – соответственно расчетная часовая и сменная производительность агрегата, га/ч, га/смену;

τ_р – расчетный коэффициент использования времени смены.

Фактическую W_ф (действительную) производительность МТА определяют в процессе работы путем деления объема выполненной работы U_ф на соответствующий промежуток времени Т_ф:

Перспективные научные рекомендации разрабатывают на основе технической (расчетной) производительности W_р, выражаемой в функции параметров МТА и природно-производственных факторов.

Соответственно в дальнейшем основное внимание будет уделено методам определения технической производительности агрегатов.

1.6.2. Расчѐт производительности агрегатов

Техническую (расчетную) производительность определяют по нами рассмотренной формуле и при техническом обосновании значений ее основных составных элементов.

W_p = 0,1 В_р v_p τ_р

W_p.CM = 0,1 В_р v_p Τ_р

Технически возможную (оптимальную) ширину захвата В_тех агрегата определяют с учетом коэффициента β (таб. 1.6) использования конструктивной ширины захвата В_к, т. е.

Таблица 1.6

Значение коэффициента β для различных сельскохозяйственных машин:

Технически обоснованная скорость движения отличается от теоретической на значение коэффициента ξ_тex, учитывающего буксование движителя трактора δ:

Коэффициент буксования δ определяют по тяговой характеристике трактора при известном тяговом сопротивлении агрегата или используют допустимое его значение δ_Д (для колесных тракторов с одной ведущей осью δ_Д = 18 %, с двумя ведущими осями – 15%; для гусеничных тракторов δ_Д = 5 %).

Наибольшее влияние на производительность агрегатов оказывает степень (коэффициент) использования времени смены τ. Технически обоснованное его значение определяют из баланса времени смены (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Составляющие времени смены

Сменное время Т_см расходуется: на производительную работу (иногда называют чистой работой) Т_р; на холостой ход при поворотах агрегата Т_х; на технологическое обслуживание агрегата Т_тех; на ежесменное ТО трактора и машин, входящих в состав агрегата Т_ЕТО; на подготовительно-заключительные операции (приемка и сдача агрегата, переезд к месту работы и обратно, получение наряда и сдача работы) Т_пз (нормативные станции страны принимают Т_пз 0,55 ч); на возможные простои агрегата Т_пр.

Время простоев Т_пр можно разделить на простои, связанные с физиологическими потребностями механизатора, Т_физ (Т_физ = 0,35 ч), по организационным причинам Т_орг и из-за метеорологических условий Т_мет. Из всех этих видов простоев в нормируемое время смены Т_см.н включают только Т_физ.

Перерыв на обед Т_об и подготовительно-заключительное время на сборку новых машин Т_пз^опл , которое оплачивают отдельно, в состав времени смены не включают.

Таким образом, нормируемое время смены

Первые три составляющие представляют собой цикличное (цикловое) время Т_ц, которое зависит от способа движения и организации работы:

где t_р.ц, t_х.ц, t_о.ц – затраты времени, приходящиеся на один цикл работы агрегата соответственно при рабочем ходе, холостом ходе и при остановках агрегата на технологическое обслуживание, ч;

n_ц — число циклов работы агрегата за смену.

где L_p – рабочая длина гона, м;

v_р – рабочая скорость агрегата, км/ч;

L_x – длина холостого пути агрегата при повороте, м;

v_x – скорость агрегата на поворотах, км/ч (обычно v_x = 5км/ч);

L_тех – рабочий путь агрегата между смежными технологическими остановками, м;

t_О – продолжительность одной остановки на технологическое обслуживание, ч.

где V – вместимость технологической емкости, м³;

λ – степень заполнения технологической емкости;

ρ – плотность распределяемого (собираемого) материала, кг/м³;

B_р – рабочая ширина захвата агрегата, м;

H – норма высева (или урожайность убираемой культуры), кг/га.

Для агрегатов без технологических емкостей (плуги, бороны, лущильники, катки, паровые культиваторы, косилки, жатки и т. д.) составляющая баланса времени смены T_тех не является цикловой. Вместо нее в баланс времени смены вводят внецикловую составляющую T’_тех, определяющую затраты времени на устранение технологических отказов. Число циклов определяют по формулам:

для агрегатов с технологическими емкостями

без технологических емкостей

В результате округления значения n_ц до целого числа действительное время смены Т_{см д} в каждом конкретном случае будет несколько отличаться от установленного (Т_см = 7 ч).

Рис. 1.30. Зависимость коэффициента τ от длины гона L

Расчетное значение коэффициента использования времени смены

Наибольшее влияние на значение коэффициента использования времени (а следовательно, и на производительность) из природно-производственных факторов оказывает длина гона L. При коротких гонах велика доля затрат времени на холостые повороты, однако при увеличении длины гона более 1200...1500 м прирост τ незначителен (рис. 1.30) и к тому же усложняет технологическое обслуживание агрегатов и подготовку полей к работе, что следует учитывать при проектировании полей и подготовке рабочих участков.

1.6.3. Расчѐт производительности МТА в функции мощности

Преобразовывая ранее нами рассмотренные выражения для тяговых агрегатов:

получим

Подставив полученное соотношение в формулу W = 0,1B_рv_рτ, получим формулу для расчета часовой производительности агрегатов в функции тяговой мощности:

где – N_кp^max максимальная тяговая мощность, кВт;

k_м – тяговое сопротивление машины, кН/м

Так как тяговая мощность N_кp и эффективная мощность двигателя трактора N_е^н связаны между собой тяговым КПД, т. е. то формулу для расчета производительности агрегата можно записать в виде

В случае расчета тягово-приводных агрегатов в данном выражении учитывают не всю мощность двигателя N_е^н, а лишь идущую на тягу:

1.6.4. Суммарный учѐт производительности (наработки) МТА

Учет суммарной выработки тракторов в условных единицах необходим:

- для оценки уровней использования отдельных тракторов и всего тракторного парка по наработкам: среднесменной, среднедневной и годовой;

- планирования потребности в тракторах, межремонтных сроков, расхода топлива, денежных затрат на ТО и ремонты;

- определения эксплуатационных затрат на единицу тракторных работ и других технико-экономических показателей работы МТП.

В качестве единицы измерения выработки тракторных агрегатов принят условный эталонный гектар, представляющий собой объем работы и энергозатраты, соответствующие вспашке 1 га в следующих условиях, которые принимаются как эталонные:

- удельное сопротивление 50 кН/м² (кПа) при скорости движения агрегата 5 км/ч;

- глубина обработки 20...22 см;

- агрофон – стерня зерновых на средних суглинках при влажности почвы 20...22 %;

- рельеф ровный (угол склона до 1°);

- конфигурация поля прямоугольная; длина гона 800 м;

- высота над уровнем моря до 200 м; каменистость и иные препятствия отсутствуют.

За условный эталонный трактор принимают трактор, выполняющий за 1 ч сменного времени один условный эталонный гектар (у. э. га).

Эталонная наработка трактора W_н.э – это наработка трактора конкретной марки в эталонных условиях, определяемая по методике технического нормирования (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Эталонная наработка тракторов

λ_эт – коэффициент перевода физических тракторов в условные эталонные трактора по абсолютному значению численно равен их эталонной производительности за 1 ч сменного времени W_н.э. В условные тракторы переводят по формуле

где – ∑X_y сумма условных эталонных тракторов 1, 2…, i-й марок.

Физический объем всех видов тракторных работ переводят в условные эталонные гектары по числу физически выполненных нормо-смен

где U_физ – выполненный или планируемый объем работ в физическом исчислении, га, т, т·км и т.д.;

W_см.физ – сменная норма выработки в соответствующем исчислении, га/смену, т/смену, т·км/смену и т. д.

Объем работы в условных эталонных гектарах U_э.га – произведение числа выполненных нормо-смен n_н.с на сменную эталонную наработку трактора рассматриваемой марки W_н.э.см, т. е.

Например, агрегат МТЗ-80+КРН-5,6 прокультивировал посевы кукурузы на площади 252 га. Сменная норма выработки этого агрегата составляет 24 га/смену. Тогда число выполненных нормо-смен:

Сменная эталонная наработка трактора МТЗ-80 равна 4,9 у.э.га/смену (см, табл. 1.5). Поэтому объем выполненной работы этим агрегатом

Суммируя значения U_э.га по всем видам работ, находят общую эталонную наработку как конкретного трактора, так и всего тракторного парка.

1.6.5. Способы повышения производительности агрегатов

Наибольшего повышения производительности агрегатов, можно добиться только при комплексном учете всех основных действующих факторов. Прежде всего, уже на стадии конструирования должны быть заложены прогрессивные принципы высокопроизводительной работы агрегатов: выбраны оптимальные параметры; обеспечена высокая надежность машин; созданы благоприятные условия работы для обслуживающего персонала и др.

В процессе эксплуатации агрегатов необходимо проводить мероприятия связанные с обеспечением практической реализации их потенциальных возможностей:

- оптимальное комплектование агрегатов;

- обеспечение быстрой доставки агрегатов и механизаторов к месту работы и обратно;

- правильная настройка рабочих органов машин;

- выбор оптимальных способов движения агрегатов;

- соответствующая подготовка полей;

- высокий уровень технического, технологического и других форм обслуживания в процессе работы агрегатов;

- применение прогрессивных организационных форм групповой работы агрегатов и т. п.

1.6.6. Основные виды эксплуатационных затрат

Для эффективного функционирования машинно-тракторных агрегатов необходимы определенные затраты различных видов эксплуатационных ресурсов. К ним относятся затраты топлива, смазочных материалов и энергии, затраты труда, затраты материальных и финансовых ресурсов.

Основные оценочные показатели ресурсосбережения – удельные эксплуатационные затраты в расчете на единицу объема выполненной работы или на единицу конечной продукции.

Удельные эксплуатационные затраты тех или иных ресурсов на единицу объема выполненной работы в обобщенной форме определяют делением произведенных затрат за определенный промежуток времени на наработку агрегата за тот же промежуток времени (обычно за смену), т. е.

где С_о – удельные эксплуатационные затраты, кг/га, чел.-ч/га, р/га и т.д.;

С_о.см – затраты определенного вида ресурсов за смену, кг, чел.-ч, р. и т. д.;

W_см – сменная наработка агрегата, га, т и т. д.

Удельные затраты на единицу конечной продукции (урожая) (кг/т, р/т, чел.-ч/т и т.д.) в общем случае определяют с учетом всего комплекса работ по производству продукции:

C_oу = 1/ Н _{ },

где Н – урожайность возделываемой культуры, т/га;

n_оп – общее число операций;

C_oi – удельные эксплуатационные затраты на i-й операции, кг/га, чел.-ч/га, р/га.

1.6.7. Расчѐт удельных расходов топлива, смазочных материалов и энергии

Для обычных полевых агрегатов удельный расход топлива, кг/га:

где G_т.см – расход топлива за смену, кг;

G_p, G_x, G_о – часовой расход топлива соответственно при рабочем, холостом ходе и при остановках агрегата с работающим двигателем, кг/ч;

Т_р, Т_х, Т_о — сменные затраты времени на соответствующих режимах, ч.

Выразив сменную производительность в функции мощности двигателя так как

,

то выше приведѐнную формулу можно записать в виде

Удельный расход топлива на единицу урожая q_у, кг/т, в соответствии с ранее рассмотренным выражением

C_oу = 1/ Н _{ },

определяют по формуле

где qi – удельный расход топлива на i-й операции, кг/га.

Расход смазочных материалов рассчитывают в процентном отношении от расхода основного топлива (3%).

Расход энергии – один из важнейших универсальных оценочных показателей эффективности функционирования любых сельскохозяйственных агрегатов.

Общие удельные энергозатраты Ео, кДж/га, для агрегатов с двигателями внутреннего сгорания вычисляют по количеству израсходованного топлива:

где Q_H – низшая теплота сгорания, кДж/кг.

Для дизельного топлива принимают

Q_H = 42600 кДж/кг.

Важное практическое значение имеет эффективный расход энергии Eе, снимаемой непосредственно с коленчатого вала двигателя:

где η_е — эффективный КПД двигателя. Для дизелей при номинальном режиме работы

η_e = 0,35.. .0,4.

Технологические энергозатраты Eт зависят от тягового η_т или общего η (для тягово-приводных агрегатов) КПД трактора.:

Полезные удельные энергозатраты Е_п. Они характеризуют потребную для полезной работы энергию, остающуюся после соответствующих потерь в рабочей машине:

где η_м — КПД рабочей машины.

Энергетический КПД агрегатов:

тяговых

тягово-приводных

Основные способы уменьшения расхода топлива и соответственно энергозатрат следующие:

- повышение КПД тракторов и рабочих машин в результате технического совершенствования их конструкций и улучшения технического обслуживания;

- уменьшение сил сопротивления рабочих машин;

- снижение непроизводительных потерь времени и др.

Наиболее полный и объективный оценочный показатель агрегата как потребителя энергии – его энергетический КПД. Однако при его расчете значительные сложности возникают в определении КПД рабочих машин ηм, поскольку даже для простейших машин трудно выделить полезную часть потребляемой энергии.

Согласно справочным данным среднее значение ηм составляет 0,7. Для пахотных агрегатов на базе гусеничных тракторов

при ηе=0,35, ηт =0,75 и ηм = 0,7 приближенное значение энергетического КПД составит

ηа.т = 0,35 · 0,75 · 0,7 = 0,18, т. е. 18 %.

Для сложных агрегатов типа уборочных это значение еще меньше. Отсюда следует, что современные агрегаты сельскохозяйственного назначения необходимо совершенствовать.

Существенного уменьшения удельных энергозатрат можно достичь в результате разработки и внедрения новых принципов воздействия рабочих органов машин на обрабатываемую среду (материалы).

1.6.8. Затраты труда при работе агрегатов

Прямые затраты труда определяют по формуле

Зт = (Мм+Мвс) / Wсм

где М_м, М_вс – численность соответственно механизаторов и вспомогательных рабочих на агрегате, W_см – сменная выработка.

Единицы измерения: чел. -ч/га, чел. -ч/т, чел. -ч/(т·км) и т.д.

Общие затраты труда на 1га выращиваемой культуры

Зга = _{ }

где k – число операций при производстве данной культуры.

Иногда при производстве некоторых культур получают основную и побочную продукции (зерно и солома, корнеплоды и ботва и др.). В этом случае затраты труда в расчете на 1 т основной и побочной продукции, чел.-ч/т:

З_о = З_га / И_о δ_о + И_п δ_П

З_п = З_оδ_п

где И_о, И_п – урожайность основной и побочной продукции; δ_о, δ_П – доля затрат труда на основную и побочную продукцию.

Основные направления снижения затрат труда:

- повышение производительности агрегата за исключением мероприятий, обусловливающих увеличение численности вспомогательных рабочих;

- уменьшение численности вспомогательных рабочих за счет механизации вспомогательных работ и работ, связанных с управлением и контролем за качеством работы агрегата;

- уменьшение численности механизаторов за счет автоматизации управления агрегатами (один механизатор на несколько агрегатов) и выполнения наиболее сложных и трудоемких операций на стационаре.

1.6.9. Расчѐт удельных затрат труда и денежных средств

Для агрегатов всех типов удельные затраты труда, чел.-ч/га, чел.-ч/т и т. д.:

или, используя нами рассмотренное выражение

,

получаем

где т_мех, т_вр – соответственно численность механизаторов и вспомогательных рабочих на агрегате.

Если для обслуживания агрегата достаточно одного механизатора, то т_мех = 1, т_вр = 0.

Трудозатраты на единицу урожая, чел.-ч/т, с учетом всего комплекса работ по возделыванию данной культуры

C_т.o.y = 1/ Н _{ }

где п_оп – число операций в технологическом процессе; i – номер операции.

Если величины mмех и mв.р числителей в выше приведѐнных выражений принять постоянными, то минимуму затрат (Cт.0 → min) соответствует максимум производительности (W → max).

Прямые эксплуатационные затраты денежных средств для агрегатов всех типов

где С_{з п} – затраты на заработную плату;

C_q - затраты на топливо;

С_а.р.то – затраты на амортизацию, ремонт и техническое обслуживание (включая хранение).

Размерности всех величин в рассматриваемой формуле определяются типом агрегата и размерностью его производительности.

Расходы на заработную плату, р/ч:

где f_мех, f_в.р – часовые тарифные ставки соответственно механизаторов и вспомогательных рабочих, р/ч;

μ_мех, μ_в.р – коэффициенты, учитывающие соответствующие надбавки к зарплате

Затраты на топливо и смазочные материалы рассчитывается с учѐтом удельного расхода топлива по формуле, р/кг:

где Ц_к – комплексная стоимость топлива, учитывающая и стоимость смазочных мате-риалов, р/кг.

Формула для определения Са.р.то имеет вид

где Ц_б.т, Ц_б.м – балансовые цены соответственно трактора (энергомашины) и рабочей машины i-го типа, включая сцепку, р.;

а_а.р.ТО, а_а.р.т.м – соответствующие суммарные нормы отчислений на амортизацию, ремонт и техническое обслуживание, включая хранение, %;

Т_г.т, Т_г.мi – нормативные годовые загрузки трактора и рабочей машины i-го вида, ч;

п_м – число машин в составе агрегата, включая сцепку.

Приведенные затраты Сп.о в дополнение к прямым эксплуатационным Сэ.о учитывают также капиталовложения, связанные с приобретением (покупкой) машин:

где Е_н – коэффициент эффективности капиталовложений (для сельскохозяйственной техники в среднем принимают Е_н = 0,1);

К_у.о – удельные капиталовложения, р/га.

1.6.10. Основные направления снижения эксплуатационных затрат при работе агрегатов

Поскольку удельные эксплуатационные затраты находятся в обратной зависимости от производительности агрегата, то одно из важнейших направлений их снижения - увеличение производительности.

Следующее важное направление уменьшения эксплуатационных затрат – выбор оптимальных параметров и режимов работы агрегатов по рассмотренным ранее критериям ресурсосбережения.

Помимо общих направлений существуют частные методы уменьшения затрат. Так, для уменьшения расхода топлива в соответствии с рассмотренной нами формулой, по которой вычисляется удельный расход топлива:

,

необходимо обеспечить оптимальную загрузку двигателя, уменьшение тягового сопротивления машин, увеличение тягового КПД трактора, уменьшение непроизводительных потерь времени.

Важный резерв уменьшения трудовых затрат – снижение численности вспомогательных рабочих на агрегатах за счет механизации и автоматизации вспомогательных операций.

Эксплуатационные затраты можно существенно снизить, увеличив годовую загрузку тракторов и других энергомашин, увеличив урожайность с.х. культур за счет других организационных мероприятий.