Введение к работе
Актуальность проблемы. В отличие от аналогичных почв европейской части России каштановые почвы Забайкалья имеют легкий гранулометрический состав. Эта особенность определяет их физико-механические свойства: содержание физической глины составляет не более 30%, фракции мелкого песка – 38-53%, крупной пыли – 10-21% и ила 3-12%. Эти почвы могут уплотняться до 1,55-1,58 г/см3 и достигать твердости до 28-30 кг/см2. Содержание гумуса – 1-3%. Сумма атмосферных осадков на территории степи невелика – 250-350 мм. Особой засушливостью отличаются весенний и раннелетний периоды. Для сохранения почвенной влаги следует уплотнять поверхность почвы после каждой обработки. Наилучшим предшественником для возделывания зерновых культур является чистый пар, где оптимальные сроки посева пшеницы совпадают с массовым прорастанием сорняков. Поэтому нет условий для провокации их в предпосевной период. В степных районах большая часть пахотных земель подвержена ветровой эрозии и рельеф местности горный.
Для получения экономически оправданного урожая не представляется возможным рекомендовать единую унифицированную технологию при многообразии природных и хозяйственных условий. Она должна быть дифференцированной и максимально адаптированной к конкретным условиям.
Основное внимание при возделывании сельскохозяйственных культур уделялось задачам анализа технологических процессов с целью выявления влияния различных факторов на выполнения агротехнических требований, производительность и экономическую эффективность отдельных процессов. В то же время методы синтеза технологических процессов на основе характеристик технического средства и производственной системы хозяйства, в условиях которой необходимо реализовать проектируемый технологический процесс, пригодный для системно-структурного анализа и алгоритмизации, исследовались еще недостаточно. Поэтому разработка общих концепций проектирования технологических процессов с учетом экологических и производственных ограничений – важнейшая социально-экономическая проблема.
Сущность проблемы. Современный уровень техники позволяет осуществлять производственный процесс с помощью различных технических средств и значений их параметров, но вопрос в том, какие из них обеспечат максимальную эффективность, и это требует специального исследования.
Научная гипотеза. Повышение эффективности возделывания зерновых культур может быть достигнуто путем использования таких технологических процессов, а также применения таких технических средств, которые способствуют притоку и накоплению в растениях больше потенциальной энергии, чем та, которая была для этого затрачена из почвенных запасов.
Цель исследования. Повышение эффективности возделывания зерновых культур в зависимости от условий применения, за счет разработки принципов, методологических подходов к решению задач оптимизации технологий и параметров технических средств посева на основе системно-структурного анализа.
Объект исследования. Технологические процессы возделывания зерновых культур.
Предмет исследования. Закономерности формирования и выбора рациональных технологий, а также оптимизация параметров технических средств посева и оценка их эффективности в зависимости от условий применения.
Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлся системный анализ, который направлен на решение крупных проблем, основанных на концепции систем. При системном анализе использовались теории подобия и планирования эксперимента, методы математического программирования и имитационного моделирования. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на персональной ЭВМ с использованием программ Excel, Statistica, MathCAD.
Научная новизна:
1. Разработана совокупность новых принципов исследования процессов проектирования технологических процессов, отличающиеся от известных тем, что состоят из утверждений, имеющих иерархическое строение, где от уровня к уровню степень детализации целей возрастает, причем утверждение последнего уровня определяет не, только направление поиска варианта оптимального решения задачи, но и наиболее рациональный путь к нему ведущий.
2. Разработана многоуровневая структурная модель проектирования технологического процесса, отличающаяся направленностью решения «снизу-вверх», которая позволяет создать долгосрочный механизм воспроизводства решений и обосновать предпосылки для модернизации агротехнических требований.
3. Разработана система моделей и критериев для оценки эффективности технических средств, состоящая из показателей, имеющих иерархическую структуру, причем применение показателей верхнего уровня обусловлено необходимостью принимать во внимание категории экономического и социального характера.
4. Впервые разработана совокупность критериев подобия, позволяющая установить кубическую зависимость вместимости бункера посевного агрегата от ее ширины захвата и соотношение, где произведение производительности на массу агрегата к пропорционально произведению мощности трактора на ширину захвата посевного агрегата.
5. Предложена система коэффициентов для оценки перспективности технических средств, заключающаяся в том, что на основе усредненных показателей эффективности структурирована и систематизирована информация и выявлены пути совершенствования и повышения их эффективности.
6. Впервые разработаны технические решения и на их базе совокупность математических моделей, состоящих из уравнений второго порядка, позволяющих выявить закономерности взаимосвязей от комбинации параметров для описания оптимума. Техническая новизна подтверждена 3 патентами РФ на изобретение.
Практическая значимость. Разработана методология системно-структурного анализа процессов проектирования технологий и технических средств посева зерновых культур и многоуровневая система моделей и критериев для оценки эффективности технических средств посева. Разработаны эффективные технические средства посева, которые используются в ресурсосберегающих технологиях и повышают урожайность зерновых культур в среднем на 14,5-18,4 ц/га. Результаты исследований могут быть использованы для разработки эффективных технологий и технических средств, с последующей их алгоритмизацией.
Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в состав программы «Развитие агропромышленного комплекса и сельских территорий в Республике Бурятия до 2017 года» и издание «Ресурсосберегающие технологии в земледелии Республики Бурятия» (рекомендации).
В 2007 году через ИП «Ванин Д.В.» на ЗАО «Белинсксельмаш» (Каменка Пензенской области) был размещен заказ для изготовления модернизированных сошников, которые позволили переоборудовать сеялки СЗУ-3,6 и СЗП-3,6.
Агротехнические требования и технические задания, составленные в результате исследований, использовались при изготовлении модернизированных сеялок СЗП-3,6 и СЗС-2,1 (ООО «Литейщик» г. Гусиноозерск, Республика Бурятия) и рассеивателей к лаповым сошникам сеялок СЗС-2,1 (ООО «Судостроительный завод», г. Улан-Удэ, Республика Бурятия). Разработанные ресурсосберегающие технологии с применением перспективных технических средств внедрены в ряде хозяйств Забайкальского края и Республики Бурятия.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях Технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия и Забайкальского края, на научно-практических конференциях Бурятской ГСХА (БСХИ) (1985-2008 гг.), Иркутской ГСХА (ИСХИ) в 1987, 2006 гг., Челябинском ГАУ в 1989 г.; на международных научных конференциях: «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (г. Барнаул, АГАУ, 2010 г.), «Engineering problems in agriculture and industry» (Монголия, г. Улан-Батор, 2010 г.), на докторском семинаре ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии (2009 г., 2011 г.);
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 53 научные работы, в том числе 17 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и рекомендация в производство. Получено одно авторское свидетельство, один патент на изобретение и два патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и приложений. Общий объем работы 373 страниц, в том числе 57 рисунков, 39 таблиц, 21 приложение и список литературы из 298 наименований.
