Сравнительная оценка технологии возделывания картофеля

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Проектирование энергосбергающих технологий в картофелеводстве

Уровень производительности труда определяют два взаимосвязанных фактора - технологии производства и технические средства для их осуществления. Технологизация производства как стратегического фактора приоритетное направление для достижения конкурентоспособности отечественного продовольственного комплекса. Используемые на практике технологии определяют уровень продуктивности, отдачу затрат, ресурсов (их КПД) - технических, материальных, энергетических, денежных, кадровых и др.

Современные технологии обеспечивают качество продукции, гарантируют более высокую эффективность производства, повышение доходов, охрану окружающей среды и большую прибыль. Высокий уровень технологического обустройства стабилизирует работу отрасли, сглаживает отрицательное влияние на нее от неблагоприятных внешних воздействий. Как известно, в сельском хозяйстве нестабильность производства по годам в зависимости от природных факторов (например, от климатических колебаний) в западных странах составляет около 20%, а в России до сих пор остается на уровне 70% [6]. Это делает безотлагательным использование передовых технологий во всей цепочке - от выращивания урожая до его уборки.

Для каждой фазы развития растений изучены наиболее эффективные процессы технологического управления развитием растений через ввод недостающей техногенной энергии - элементов питания, орошения, защиты от сорняков, болезней, вредителей и др.

Исполнительным и управляющим объектом технологии получения конечной продукции, естественно, являются ресурсные факторы. В отличие от биофакторов они формируются посредством деятельности человека и включают технику, материально-технические ресурсы, сортовые семена, удобрения, топливо и т. д.

Важнейший блок алгоритма проектирования технологий - это техника определяющая в конечном итоге количественные и качественные параметры выполнения процесса. Для этого машины должны быть сертифицированы под отдельный или смежные технологические процессы. При проектировании технологий есть возможность представлять в проекте различные варианты парка машин для конкретного хозяйства, выбирая из них по экономическому критерию могут с высоким КПД использовать техногенную энергию и потенциал сорта по урожаю.

Через материально-технические ресурсы осуществляется управление процессом жизнедеятельности биологических объектов, являющееся, как правило, продуктом техногенной энергии. Минеральные и органические удобрения, химические препараты для защиты растений от сорняков, болезней и вредителей, вода при орошении и т. д. являются важнейшими факторами интенсификации издержки производства. Эффективность применения материально-технических ресурсов определяется величиной их окупаемости.

Базовый принцип проектирования энергосберегающих технологий заключается в том, что максимальную энергетическую эффективность производства продукции растениеводства можно обеспечить только синхронным совершенствованием всех составляющих систем земледелия.

Рекомендации производству

Разработка и освоение ресурсосберегающих экологически сбалансированных систем земледелия вызывает необходимость совершенствования технологии обработки почвы с целью оптимизации почвенных условий для развития растений, сохранения потенциальной энергии за счет сокращения числа механических обработок и снижения энергетических затрат при возделывании картофеля.

В качестве перспективных технологических схем (рис.5.11) по этапам являются предпочтительными варианты:

-на легких почвах

 

-на тяжелых почвах

Рекомендуется модернизацию базовой технологии вести по направлениям:

- использование механизированных способов уборки за счет совершенствования предпосадочной подготовки почвы, устранения уплотнения почвы в период вегетации и сокращения количества операций по уходу за посадками;

- сокращение количества операций при уходе за посадками возможно при дополнительном использовании комбинированных почвообрабатывающих агрегатов;

- при неблагоприятных условиях уборку картофеля производить укладкой в валки и применением комбинированных валков;

- при недостаточной влагообеспеченности возделывание картофеля производить на грядах.

- для грядоленточной технологии возделывания картофеля приемлемой является схема посадки 1050х350 мм. Площадь поперечного сечения гряды после окучивания должна быть не менее 2400 см² при высоте гряды не менее 26 см.

- с целью обеспечения питательными веществами и улучшения структуры почвы применение локального внесения органических удобрений с одновременной нарезкой гряд (гребней) при снижении потребности органических удобрений в 3-4 раза по сравнению со сплошным способом внесения.

 

 

Легкие почвы Тяжелые почвы

 

 

Хорошая структура почвы Плохая структура почвы

 

 

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что существующие технологии возделывания и уборки картофеля многооперационны, требуют многократного прохода агрегатов по полю, что приводит к чрезмерному уплотнению почвы. Урожайность картофеля не превышает 100-120 ц/га, а затраты труда достигают 2,5…4,0 чел.ч./ц. В связи с этим возникает проблема совершенствования технологии и рабочих органов машин для возделывания и уборки картофеля с целью сокращения технологических операций и снижения доли ручного труда.

2. Разработана структурно-технологическая модель анализа и оценки технологии возделывания картофеля, которая позволила определить основные направления совершенствования технологии возделывания и уборки за счет:

- качественного выполнения основной и предпосадочной обработки почвы в установленные агротехнические сроки;

- применения локального внесения удобрений, что позволяет снизить норму внесения удобрений и улучшить структурное состояние почвы;

- снижения уплотнения почвы при уходе за посадками картофеля за счет снижения количества проходов, что предполагает уменьшение количества почвенных комков в картофельном ворохе;

- снижения энергозатрат и исключения затрат ручного труда при уборочных работах;

3. Предложена структурная модель агрохимической системы, включающая агробиологическую (АБС), механико-технологическую (МТС), техническую (ТС) и агротехнологическую (АТС) и энергетическую (ЭС) системы.

. Рассмотрены составляющие агрохимической системы и их функциональные связи, позволившие обосновать показатели, характеризующие эффективность процесса предпосадочной подготовки почвы и внесения удобрений.

4. В ходе многофакторного эксперимента технологического процесса обработки почвы экспериментальными рабочими органами установлено:

- экспериментальные рабочие органы при рабочих скоростях Vп = 2,0-2,2 м/с обеспечивают качество крошения почвы -90%, коэффициент вариации по выравненности обработанной поверхности не выше 10%.

Предложен бесприводной ротационный рабочий орган пальцево-барабанного типа, обеспечивающий рыхление почвы и устранение уплотнения почвы по следу движителей. Обоснованы: диаметр диска 600 мм; диаметр ножей - 15 мм; длина ножей-30; количество ножей ротора 12…16 шт.; угол наклона ротора к вертикали 22 < α < 31^о.

Предложен грядообразователь фрезерного типа. Обоснованы: диаметр фрезерного барабана D=500 мм., подача на нож S=8-10см, количество ножей в одной плоскости n = 4 шт. Рассмотрена кинематика движения фрезерного барабана, определены скорости и ускорения точек ротора и установлены силы сопротивления, действующие на рабочий орган.

5. Тяговое сопротивление тягово-приводного орудия шириной захвата 1,4 м при установочной глубине обработки 0,11м находится в пределах 3,6-4,5кН, потребляемая мощность на ВОМ- 25-30кВт, удельное тяговое сопротивление составляет 2,3-2,9 кН/м, а удельный расход топлива –9,0-12,0 кг/га.

Тяговое сопротивление орудия с бесприводным ротационным рабочим органом с шириной захвата 2,8 м при установочной глубине обработки 0,20 м находится в пределах 20кН, удельное тяговое сопротивление составляет 3,0-4,0 кН/м, а удельный (погектарный) расход топлива – 8,9-10,4 кг/га.

6. Предложен вибрационный высевающий аппарат для локального внесения твердых органических удобрений, обоснованы параметры рабочего органа: - одинаковую скорость перемещения частицы по вибрирующей поверхности можно достичь при различных амплитудах, но каждой из них должна соответствовать определенная частота колебаний; - верхний предел регулирования частоты колебаний, при амплитудах 3-4см следует ограничить -30-35с т.к. дальнейшее увеличение частоты колебаний не дает приращения производительности высевающего устройства. Определены конструктивные параметры: угловая скорость 25-31с^-1; амплитуда колебаний 30-40 мм; угол наклона днища 10-15°. Отклонение от равномерности высева удобрений по ширине ленты не превышает технологически допустимую величину .

7. Зависимости между исследуемыми величинами при изменении частоты колебаний в пределах от 0 до 25-30 с^-1 незначительно отклоняются от линейной, что подтверждает правильность вывода, полученного при теоретическом анализе работы высевающего устройства. Для экспериментального высевающего устройства коэффициент кинематического режима –К имеет min, max значения для одного режима работы в отличии от обычных вибрирующих устройств.

8. Внутрипочвенное внесение является природоохранным мероприятием. При его использовании расчетный годовой экономический эффект от предотвращения экологического ущерба составляет 600 тыс руб. на 100 га. При этом снижается потребность органических удобрений в 3-4 раза по сравнению со сплошным способом внесения. Внутрипочвенное внесение удобрений способствует увеличению урожайности на 25-30%.

9. Установлено, что качество сепарации почвы на КСТ– 2Б увеличивается на участках обработанных с использованием грядообразователя фрезерного типа и бесприводного ротационного рабочего органа на 17-25% (уч.№3 и №4), а при уборке комбайнами поступление почвенных комков в бункер сокращается на 13-30%.

10. Разработаны рекомендации производству. Научно-техническим Советом Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона рекомендовано внедрить результаты исследований в картофелеводческих хозяйствах Уральского региона.

 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Сравнительная оценка технологии возделывания картофеля

 

Одна из важнейших задач сельскохозяйственного производства – разработка энергосберегающих технологий возделывания картофеля в природно-климатических условиях Челябинской области. Исследуются многочисленные варианты структур и технологий производства картофеля. Для выбора наиболее эффективного варианта используется критерий энергетической эффективности. Объективность методики расчёта энергозатрат и энергопродуктивности картофеля позволяет выбрать действительно энергосберегающие технологии, максимально используя при их реализации особенности биологического развития растений, потенциал почвы и растений. Проведена подробная оценка сравнительной эффективности (по энергетическому критерию) технологий производства картофеля. За основу взяты традиционные технологии производства картофеля на Южном Урале, а также перспективные технологии, в том числе разработанные на кафедре «Эксплуатация МТП» ЧГАУ, в которых имеются вариации не только по структуре технологических операций, но и по технологической комплектации МТА, проведены расчёты по видам энергозатрат. Технологические карты по традиционным направлениям составлены на основе данных картофелеводческих хозяйств лесостепной зоны Южного Урала (Сосновский, Красноармейский и Агаповский районы).

Исследовав взаимосвязь между энергетическими показателями, на основе анализа их величины и весомости влияния на критерий энергетической эффективности производства картофеля определены основные пути снижения его энергоёмкости. Проведены расчёты по экономической эффективности перспективных технологий производства картофеля. В качестве базы для сравнения выбраны традиционные технологии возделывания и уборки картофеля для проверки эффективности предложенных технологий по экономическому критерию по сравнению с традиционными технологиями.

Качество выполнения механизированных операций технологического процесса возделывания и уборки картофеля определяется состоянием рабочих органов машин, биологическими и физико-механическим свойствами растений и посадочного материала, правильным выбором конструкций отдельных элементов рабочих органов с целью повышения качества выполнения технологических операций, что является одной из главных, так как снижение качества выполнения элементов технологического процесса на одном этапе приводит к увеличению затрат труда на других этапах и к потере урожайности. При выборе абсолютных показателей, оценивающих отдельные свойства предмета, технологической операции необходимо брать такие показатели, которые оказывают существенное влияние на общий комплексный показатель качества.

Теоретические основы комплексного показателя уровня использования МТА с применением методов квалиметрии изложены в работах Л.К.Аблина [88]. Автором получена формула обобщенного комплексного показателя Пkj, представляющего средневзвешенное значение уровней, которая в общем виде выражается следующим образом:

(5.1.)

где Х_фij; Х_нij – соответственно фактическое и нормативное (эталонное) значения i-х показателей по j-тым составляющим вариантам; В_ij – коэффициент весомости показателей; n – число показателей; j - число сопоставимых вариантов.

(5.2.)

где У_ij – уровни исходных показателей.

В расчетах обобщенных показателей особую трудность представляет определение коэффициентов весомости исходных показателей, входящих в рассматриваемую группу. Из литературных источников известны следующие методы определения параметров весомости [88].

Метод стоимостных регрессионных зависимостей. Основу этого метода составляет то, что весомость Вj является монотонно возрастающей функцией от аргумента Sj, выражающего денежные или трудовые затраты, необходимые для обеспечения существования свойства. Иначе говоря, если Вj=j(Sj), то при Sj >Sj-1 Bj >Bj-1, то есть весомость свойства оказывается идентичной весомости соответствующих затрат.

Вероятностный метод,базирующийся на предположении, что среди свойств, определяющих качество любого продукта труда, для каждого j-го свойства можно подобрать хотя бы одно свойство, которое близко к эталону.

Экспертный метод. Метод предельных и номинальных значений.

Перечисленные методы имеют ряд существенных недостатков. Экспертному методу свойственны элементы субъективности. Применение метода предельных значений связано с наложением дополнительных требований и условий (количество объектов оценки, наличие предельно допустимых значений и т.д.).

Предлагаемая технология возделывания картофеля (рис. 5.1) предусматривает внутрипочвенное внесение органо-минеральных удобрений, сокращение операций на предпосадочной обработке почвы за счет совмещения операций, а так же сокращение операций по уходу за посадками. Разработанные рабочие органы позволяют повысить качество предпосадочной обработки почвы, сократить наряду с затратами ручного труда и общие затраты при возделывании картофеля. Всё это позволяет сократить затраты труда с 200 чел.ч/га до 60 чел.ч/га по сравнению с традиционными технологиями (таблица 6.9).

 

 

 

 

Рисунок 5.1. - Предлагаемая схема производства картофеля

Энергетическая эффективность производства продукции - показатель, отражающий соотношение между энергией, содержащейся в продукции, и суммарными энергозатратами на ее производство.

Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники, нефтепродуктов, электроэнергии, удобрений, химических средств, научных разработок и других средств невозможно без учета энергии на единицу сельскохозяйственной продукции. Оценка систем земледелия и ее составляющих в недалеком прошлом (15-20 лет назад) базировалась в основном на экономических показателях (себестоимость продукции, чистый доход, рентабельность производства и др.) [1, 31, 39, 118, 157, 164, 165]. За последние 20 лет широкое распространение получила энергетическая оценка эффективности возделывания сельскохозяйственных культур [116, 163, 166, 179, 195, 213]. Поэтому необходим анализ биоэнергетической эффективности севооборотов, технологий и отдельных технологических принципов на этапе их разработки, чтобы определить и предложить производству наиболее энергоемкие ресурсосберегающие варианты. Затраты техногенной энергии при возделывании селькохозяйственных культур можно рассчитывать, используя типовые технологические карты. Необходимость энергетической оценки обусловлена в первую очередь условиями рыночной экономики в России и колебаниями, диспаритетом цен. Значимость энергетической оценки возникает из диспропорции между энергопотреблением и энергопроизводством, т.е. это определение степени окупаемости энергетических затрат энергией, накопленной в урожае.

Методически правильный расчёт энергозатрат при работе МТА в различных технологиях производства продукции позволяет проводить их объективный выбор по энергетическим критериям. Разработка энергетических эквивалентов всех видов затрат, связанных с производством сельскохозяйственной продукции, позволяет наиболее объективно оценивать системы земледелия, отдельные технологии и приемы. Энергетический анализ предусматривает сравнение суммарных затрат энергии в процессе производства сельхозпродуктов с количеством энергии, получаемой в продукции, выраженных в сопоставимых единицах (ккал, МДж). Подобный вид анализа позволяет сопоставлять эффективность систем земледелия, отдельных их звеньев с совершенно различной структурой экономических затрат; сравнивать эффективность ведения хозяйства в периоды, разделенные значительными промежутками времени без сложных поправок на индексы цен и т.д.