РОЗДІЛ 2.
НАУКОВО-МЕТОДИЧНІ ЗАСАДИ ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ КОМПЛЕКСУ ҐРУНТООБРОБНИХ МАШИН
2.1. Системний підхід до обґрунтування параметрів комплексу ґрунтообробних машин
Комплекс машин для обробітку ґрунту складається із скінченої множини ґрунтообробних машин і зумовлений потребою виконання технологічних операцій з основного та передпосівного обробітку на полях СГП. В результаті виконання технологічних операцій із обробітку ґрунту отримують якісно новий агрофон поля, котрий забезпечує агротехнічні вимоги, що ставляться до ґрунту під сівбу сільськогосподарських культур.
Ґрунтообробна машина - це енергетичний засіб (трактор) та сільськогосподарська машина (ґрунтообробне знаряддя), котрі з'єднані між собою для виконання однієї, або декількох однакових технологічних операцій з механізованого обробітку ґрунту. Для виконання передбачених технологією ґрунтообробних операцій трактор з'єднується почергово із різними ґрунтообробними знаряддями. Таким чином, трактор та технологічно потрібний набір ґрунтообробних знарядь для основного та передпосівного обробітку ґрунту сукупно формують одиничний КҐМ.
Розгляд одиничного КҐМ та набору полів СГП, що потребують виконання технологічних операцій з обробітку ґрунту як виробничої системи обробітку ґрунту (ВСОҐ) уможливлює означення особливостей її функціонування. Особливістю ВСОҐ є те, що ґрунтообробний процес відбувається упродовж двох періодів - весняного та літньо-осіннього. За межами цих періодів трактори та окремі сільськогосподарські машини використовують на інших роботах - сівбі, механізованому догляді за посівами, хімічному захисті, транспортних процесах тощо, котрі в даній роботі не розглядаються.
З позицій системного підходу [49], дослідження ВСОҐ базується на виявленні закономірностей функціонування даної системи, котрі зумовлені сукупною дією її складових. Таким чином, КҐМ окремого СГП розглядається як складова ВСОҐ, до складу якої також входять: 1) поля, на яких необхідно виконати обробіток ґрунту; 2) тракторист; 3) технологічно потрібний набір ґрунтообробних машин; 4) машинно-тракторний парк із обладнанням, майданчиками для технологічного налагодження машин тощо; 4) заправні пункти із заправниками та заправним обладнанням; 5) пункт технічного обслуговування із слюсарями-ремонтниками, обладнанням та запасними частинами.
За функціональним призначенням складові ВСОҐ поділяються на виробничу структуру та обслуговуючу інфраструктуру. Параметри останньої інфраструктури у роботі не розглядаються (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Функціональні складові виробничої системи обробітку ґрунту: Ґ, П - поля, машини; З, О - заправні пункти, засоби технічного обслуговування; {Z}, {ZО} - множини параметрів виробничої структури та обслуговуючої інфраструктури; {Х}, {Y} - множини вхідних впливів та характеристик системи.
До множини вхідних впливів {X} ВСОҐ відносяться агрометеорологічні умови окремого регіону, територіальне розташування полів, заправного пункту, пункту технічного обслуговування.
Параметри {Z} ВСОҐ характеризують структуру та принципи функціонування її складових (Ґ, П) під дією вхідних чинників {X}. В результаті одержують відповідні характеристики {Y} функціонування системи на різних рівнях взаємодії її складових у вигляді множин деталізованих, часткових та узагальнених результатів.
Для розв'язання завдань аналізу та синтезу [53] в досліджуваній системі виділяють множини {X},{Z} та {Y}. Аналіз ВСОҐ дає змогу відшукати характеристики {Y} від множини її зовнішніх впливів {X}, параметрів {Z} та модельного часу Т [4]:
. (2.1)
Зокрема, аналізуються залежності характеристик системи {Y} від множини її параметрів {Z} за умови, що зовнішні впливи є постійними (константами), а також характеристик {Y} від множини зовнішніх впливів {X} за умови, що параметри {Z} є незмінними:
за умови ; (2.2)
за умови . (2.3)
Задача синтезу полягає у визначенні оптимальних параметрів виробничої системи:
за умови . (2.4)
Системний підхід дає змогу виокремити у виробничій системі досліджувану складову, розглянути її у безпосередньому взаємозв'язку із іншими складовими, окреслити середовище, в якому відбувається функціонування та, на підставі цього, встановити множину інженерних задач для її розвитку, котрі сукупно формують проблему дослідження. Слід зазначити, що у даній роботі конкретизується та розв'язується лише одна задача - обґрунтування параметрів одиничного КҐМ СГП за умови заданих характеристик обслуговуючої інфраструктури. Отже, розглянемо більш детально зміст системного підходу в даному дослідженні.
Зауважимо, що ефективність функціонування ВСОҐ залежить від наступних чинників - технічних характеристик ґрунтообробних машин, з яких формується КҐМ, агрофонових (вміст фізичної глини у ґрунті, структурність, наявність рослинності на полі тощо) та природно-рельєфних характеристик полів, а також агрометеорологічних умов періоду виконання ґрунтообробного процесу. На підставі цього, виділимо підсистему "комплекс ґрунтообробних машин - виробнича програма" (КМВП) весняного та літньо-осіннього періодів.
Під виробничою програмою розуміють загальну площу ріллі, число культур, їх види та відсоток кожної культури у загальній площі СГП. На підставі цього формується річний обсяг механізованих робіт СГП.
До підсистеми КМВП слід віднести: 1) набір r-х ґрунтообробних машин, що забезпечують виконання усіх технологічних операцій з обробітку ґрунту; 2) множина їх технічних характеристик; 3) множина ?-х полів k-ї культури, що потребують використання r-ї машини; 4) множина агрофонових та природно-рельєфних характеристик ?-х полів. Формування параметрів цієї системи відбувається на основі синтезу її складових та дослідження характеристик виконання ґрунтообробного процесу.
Таким чином, параметри КҐМ, що розглядаються в системі КМВП відображають множину технологічних операцій з обробітку ґрунту і є зм