Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние изученности вопроса и задачи исследования 9
1.1 Общая характеристика способов и технологий подготовки посадочного материала картофеля 9
1.2 Краткий обзор стимулирующих препаратов для обработки корнеклубнеплодов 15
1.3 Анализ технологий и технических средств обработки корнеклубнеплодов
1.3.1 Протравливание корнеклубнеплодов 17
1.3.2 Нетрадиционные способы предпосадочной обработки корнеклубнеплодов 31
1.4 Обоснование применения ЭГ-торфа 37
1.4.1 Сущность ЭГ-эффекта 37
1.4.2 Состав и свойства ЭГ-торфа
1.5 Обоснование стимулирующих повреждений семенных клубней 43
1.6 Постановка задач исследований 44
2 Разработка. и теоретическое обоснование конст руктивш техноло
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы устройства предпосадочной обработки картофеля 45
2.2 Определение максимальной ширины зоны подвода клубней к перфорирующим барабанам и максимально допустимой угловой скорости их вращения 50
2.3 Определение загрузки перфорирующих барабанов устройства. 56
2.4 Обоснование рациональной толщины оболочки перфорирующих барабанов 59
3 Программа и методика экспериментальных исследований 71
3.1 Программа экспериментальных исследований 71
3.2 Экспериментальные установки, приборы и оборудование 71
3.3 Методика проведения многофакторного эксперимента и анализа экспериментальных данных 75
3.4 Методика определения фиксации ЭГ-торфа на поверхности клубней, повреждаемости клубней и производительности экспериментального образца устройства 78
3.5 Методика определения удельных энергозатрат на предпосадочную обработку картофеля ЭГ-торфом
3.6 Методика исследований сушки обработанного картофеля 80
3.7 Методика и условия проведения полевых опытов 82
3.8 Методика изготовления ЭГ-торфа 83
4 Результаты экспериментальных исследований 86
4.1 Определение оптимальных конструктивно-технологических параметров узла перфорации устройства 86
4.1.1 Выбор факторов и обоснование уровней их варьирования 86
4.1.2 Результаты экспериментальных исследований
4.2 Исследования изменения плотности клубней семенного картофеля при поражении основными заболеваниями 101
4.3 Обоснование оптимального значения скорости движения полотна транспортера выгрузки обработанных клубней 102
4.4 Обоснование оптимальной высоты падения обработанных клубней 104
4.5 Обоснование оптимального режима сушки обработанного картофеля 107
5 Оценка эффективности функционирования устройства предпосадочной обработки картофеля эг торфом
5.1 Полевые испытания картофеля, обработанного ЭГ-торфом на экспериментальном образце устройства
5.1.1. Урожайность картофеля и содержание клубней семен ной фракции в урожае ПО
5.1.2 Биоэнергетическая и экономическая эффективность выращивания картофеля 113
5.2 Энергетическая оценка функционирования экспериментального образца устройства 116
5.3 Экономическая оценка функционирования экспериментального образца устройства 117
Основные выводы 120
Литература 122
- Анализ технологий и технических средств обработки корнеклубнеплодов
- Определение максимальной ширины зоны подвода клубней к перфорирующим барабанам и максимально допустимой угловой скорости их вращения
- Методика определения удельных энергозатрат на предпосадочную обработку картофеля ЭГ-торфом
- Исследования изменения плотности клубней семенного картофеля при поражении основными заболеваниями
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Картофель относится к числу важнейших сельскохозяйственных культур разностороннего применения. Он успешно используется во многих странах с умеренным климатом как продукт питания, сырье для крахмально-спиртового производства и кормовая культура. Высокая значимость этого продукта подтверждается постоянным ростом его производства в мире и стабильным спросом.
Одним из способов повышения урожайности картофеля является предпосадочная обработка клубней различными стимуляторами роста. Применение биологических и химических стимуляторов роста ускоряет репродуктивное развитие клубней в вегетационный период с неустойчивой погодой, позволяет снизить дозы вносимых органических удобрений и повысить урожайность на 15 – 40 % и по сравнению с влиянием агротехнических способов на рост и развитие клубней является наиболее оперативным и эффективным приемом. Обработка регуляторами роста повышает лежкость клубней, в них больше накапливается крахмала, толще становится кожура. Благодаря этому клубни меньше травмируются при уборке, меньше повреждаются болезнями, лучше сохраняются.
Одним из биостимулирующих препаратов является электрогидравлически обработанный торф (ЭГ-торф). Сущность электрогидравлического эффекта состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого и других форм) разряда вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физических и химических явлений. ЭГ-обработка активизирует органическое вещество и азот торфа, повышая питательную ценность обрабатывающего состава.
В ГНУ НИИСХ Республики Коми Россельхозакадемии проводились исследования по обработке клубней картофеля ЭГ-торфом, суспензией влажностью 80 – 85 %, обладающей клеящей способностью и биостимулирующими свойствами, выдерживанием в емкости 3 – 5 минут с последующей сушкой. В результате исследований установлено, что использование ЭГ-торфа обеспечивает повышение урожайности на 32 – 38 %, причем стоимость применяемого состава значительно ниже традиционно применяемых биостимулирующих препаратов. При этом было выявлено, что в процессе выдерживания клубни, пораженные основными болезнями, всплывали в результате разности их плотности и применяемого состава, что также положительно сказалось на качестве семенного материала.
Позже для увеличения адсорбируемости и массы фиксируемого ЭГ-торфа применяли перфорирование поверхности клубней мелкими иглами. Данный прием позволил увеличить урожайность картофеля на 8 – 9 %.
Таким образом, являются актуальными разработка средства механизации процесса предпосадочной обработки клубней картофеля и исследования по определению его оптимальных параметров.
Степень разработанности. Уровень разработки превышает отраслевой, так как применение устройства позволяет получить урожайность картофеля до 22 т/га, что превышает среднюю урожайность по Российской Федерации на 80 – 85 %.
Цель и задачи работы. Цель работы – обоснование основных конструктивно-технологических параметров устройства предпосадочной обработки клубней электрогидравлически обработанным торфом, обеспечивающего снижение энергозатрат и повышение урожайности картофеля.
Поставлены следующие задачи научных исследований:
- разработать конструктивно-технологическую схему устройства предпосадочной обработки клубней картофеля ЭГ-торфом;
- провести теоретические исследования по обоснованию параметров узла перфорации устройства и процесса взаимодействия перфорирующих барабанов с клубнями картофеля;
- провести исследования по изменению плотности клубней картофеля в зависимости от поражения распространенными заболеваниями, обосновать целесообразность применения механизма для удаления пораженных клубней;
- оптимизировать основные конструктивно-технологические параметры узла перфорации устройства предпосадочной обработки клубней картофеля;
- обосновать оптимальные режимы выгрузки и сушки обработанных клубней;
- оценить эффективность функционирования устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом.
Научная новизна. Конструктивно-технологическая схема устройства предпосадочной обработки картофеля, состоящего из емкости, заполненной биостимулирующим препаратом, установленных в ней перфорирующих барабанов и транспортеров выгрузки обработанных клубней (патент № 2421964 РФ на изобретение).
Схема устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом, модели регрессии, позволяющие определить его основные конструктивно-технологические параметры при обработке клубней ЭГ-торфом с применением перфорации их поверхности, последующей погрузке в контейнер и сушке.
Теоретическая и практическая значимость. Разработан экспериментальный образец устройства предпосадочной обработки картофеля электрогидравлически обработанным торфом, определены оптимальные конструктивно-технологические параметры узла перфорации устройства, а также режимы выгрузки и сушки обработанных клубней.
Устройство предпосадочной обработки картофеля прошло опытно-производственную проверку, в ходе которого семена картофеля, обработанные ЭГ-торфом на устройстве, высаживались на поле СПК «Палевицы» Сыктывдинского района Республики Коми.
Методология и методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовались общие и частные методики, приборы и установки. Разработан и изготовлен экспериментальный образец устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом. При реализации, подготовке и обработке результатов экспериментов применялись методы математической статистики и теории планирования многофакторного эксперимента с применением ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту:
- конструктивно-технологическая схема устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом;
- математические зависимости определения оптимальных параметров и режимов работы узла перфорации устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом;
- результаты экспериментальных исследований работы узла перфорации устройства, а также режимов выгрузки и сушки обработанных клубней;
- результаты экспериментальных исследований по изменению плотности клубней картофеля в зависимости от поражения распространенными заболеваниями;
- эффективность функционирования устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность экспериментальных данных оценивалась F-критериями Фишера, критериями Кохрена, коэффициентами детерминации и подтверждена положительными результатами лабораторно-полевых и производственных проверок устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом.
Основные положения диссертационной работы были изложены на научных конференциях Сыктывкарского лесного института (г. Сыктывкар, 2010…2011 гг.), Вятской ГСХА (г. Киров, 2012 г.), Курской ГСХА (г. Курск, 2012 г.), ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии (г. Киров, 2012 г.), а также на 14-ом международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (г. Москва, 2011 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, и получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, включает 132 страницы основного текста, содержит 37 рисунков, 15 таблиц и 6 приложений. Список литературы включает в себя 115 наименований.
Анализ технологий и технических средств обработки корнеклубнеплодов
В картофелеводстве уровень урожайности в значительной степени определяется качеством семенного материала, при условии соблюдения требований технологии возделывания. Поэтому улучшение этого показателя стоит на одном из первых мест при выращивании картофеля. Исходя из того, что здоровый (без какой-либо инфекции) и богатый сухим веществом клубень способен обеспечить хорошие темпы развития растения и достижение высокого уровня урожайности, становится очевидным необходимость выделения такого материала на семенные цели [6, 7, 31, 33, 34, 35, 102 и др.].
Гарантированное высокое качество посадочного материала картофеля можно получить только при строгом соблюдении технологических процессов при подготовке клубней к посадке, используя проверенные методы контроля и оценки качества выполнения основных операций.
Предпосадочная подготовка семенных клубней включает следующие технологические операции: выгрузку из хранилищ, сортирование, воздушно-тепловой обогрев или проращивание, протравливание и обработку клубней стимулирующими веществами [9, 37, 38, 39, 81]. Семенной материал готовят к посадке в зависимости от технологии послеуборочной доработки (заложен с поля без предварительного сортирования, с предварительным сортированием без калибрования, предварительно отсортированный и откалиброванный, протравленный с осени, не протравленный) и хранения. Клубни картофеля, используемые на семенные цели, должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 53136-2008 [25].
Подготовку семенного материала начинают не позднее, чем за 2...4 недели до посадки, механическую обработку (погрузку, сортирование, переборку и др.) — при температуре 8... 10 С. Высота падения клубней при работе машин допускается не более 0,3 м. Для уменьшения высоты падения используют спуски-гасители скорости из мешковины или брезента.
Выгруженный картофель доставляют самосвалами или системой транспортеров в приемные бункера сортировальных пунктов. Сортирование и калибрование клубней на фракции проводят на стационарных картофелесортиро-вальных пунктах КСП-25, ПКП-25 и передвижных КСП-15Б, КСП-15В.
Так же для этой цели завод «Рязсельмаш» выпускает малогабаритную картофелесортировку МСК-1,0 производительностью до 1 т/ч. Отбор некондиционных клубней необходимо проводить до поступления общей массы на рабочую поверхность калибрующей машины. Указанную операцию проводят на столах ленточного или роликового типа (входят в комплект КСП-25 и К-754). Нагрузка на одного рабочего за переборочным столом устанавливается в зависимости от количества примесей.
Проращивание картофеля в северных и северо-восточных районах страны позволяет удлинить безморозный период на 12...20 дней. Преимущество проращивания клубней особенно сказывается в те годы, когда растения сильно поражаются фитофторозом. У картофельного растения, полученного из проро-щенного клубня, урожай накапливается до появления болезни.
В практике картофелеводства существует несколько способов проращивания клубней, отличающихся режимом, продолжительностью и эффективностью проращивания: на открытых площадках и котлованах, на свету в тёплых помещениях, во влажной среде и комбинированное - на свету и во влажной среде.
Воздушно-тепловой обогрев проводят в течение 10... 14 дней: - в хранилищах с активной вентиляцией температуру насыпи клубней по степенно поднимают (на 1 С в сутки) до 8...15 С путем вентиляции подогре тым воздухом или за счет естественного прогревания массы клубней перекры тием распределительных каналов; - на площадках стационарных КСП насыпь картофеля высотой до 1,5...2,0 м прогревают наружным воздухом. В такой насыпи на клубнях не об 11 разуется длинных ростков, что позволяет высаживать их как обычными сажалками, так и сажалками для пророщенного картофеля. Клубни картофеля проращивают в условиях естественной вентиляции: - в стеклянных и пленочных теплицах на грунте или в оборудованных помещениях на стеллажах слоем 2...3 клубня; - в решётчатых ящиках на 10..Л 2 кг, установленных друг на друга по 10...15 штук. Просветы между ящиками должны быть не менее 0,10...0,12 м; - в специальных контейнерах для хранения и проращивания семенного картофеля (Р61-42) вместимостью 0,5 т. При проращивании картофеля необходимо выдерживать следующие оптимальные параметры: 1) Температура воздуха: - для ранних сортов - 8... 12 С; - для среднеспелых и поздних 12... 15 С. 2) Влажность воздуха- 85...90 %. 3) Освещенность 200...500 люкс (после появления ростков не менее 10 часов ежедневно).
Продолжительность проращивания на свету зависит от физиологической зрелости клубней и составляет в среднем для ранних сортов 20...30 дней, для среднепоздних и поздних — 25.. .35 дней. Перед посадкой ростки должны быть зелеными и прочными, длиной: - после воздушно-теплового обогрева до 5 мм; - после проращивания не более 20 мм.
Весной заблаговременно (не более чем за месяц), перед посадкой или в процессе посадки, семенной картофель обрабатывают стимулирующими веществами. Пестицидами клубни обрабатывают в процессе подготовки или укладки с помощью ТЗК-60/30 на площадки или в помещения для накопления. При подготовке на стационарных пунктах клубни обрабатывают при поступлении их с транспортера в бункера-накопители или в автотранспорт. Для этого используют протравливатели ПУМ-30М (рисунок 1.1) или ПКМ-1. Распылители устанавли 12 вают, например, в ТЗК-30 между наклонным и выгрузным (стрелой) транспортерами. Технические характеристики протравливателей ПУМ-ЗОМ и ПКМ-1 представлены в таблицах 1.1 и 1.2.
Определение максимальной ширины зоны подвода клубней к перфорирующим барабанам и максимально допустимой угловой скорости их вращения
В результате исследований лаборатории картофелеводства НИПТИ АПК Республики Коми в 1996 - 2010 гг. по предпосадочной обработке клубней семенного картофеля ЭГ-торфом выявлено [98, 111, 112], что: - выдерживание клубней семенного картофеля в электрогидралически обработанной водной суспензии торфа в течение не менее 3-5 минут позволило повысить урожайность на 32 - 38 %, сохранность в течение 8 зимних месяцев на 13,8 %; - в процессе выдерживания клубней в емкости с ЭГ-торфом всплывали клубни, пораженные сухой гнилью, фитофторой, кольцевой гнилью. Удаление пораженных клубней также положительно сказалось на продуктивности и качестве урожая.
Технология обработки и последовательность выполнения операций состоит в следующем. В процессе переборки картофеля перед посадкой механизировано или вручную картофель порциями загружают в емкость с ЭГ-торфом. Пораженные клубни сразу же всплывают и их удаляют вручную. «Утонувшие» клубни выдерживают от 3 до 5 минут, производят выгрузку в ящики или контейнеры.
Позже для увеличения массы ЭГ-торфа на поверхности клубней применяли способ перфорирования поверхности клубней иглами длиной не более 5 мм и диаметром до 2 мм. Этот прием позволил увеличить урожайность картофеля на 8 - 9 %.
Анализ технологий и технических средств предпосадочной обработки и подготовки картофеля показал, что существующие технические средства имеют свои недостатки. Одними из них являются недостаточная равномерность нанесения рабочей жидкости на поверхность клубней, большие габариты конструкций, высокая стоимость применяемого оборудования, возможность использования только совместно с другим технологическим оборудованием и др. К тому же важным недостатком существующих технических средств является невозможность использования в качестве обрабатывающего состава суспензий, обладающих высокой вязкостью и клеящей способностью, коей является элек-трогидравлически обработанный торф.
В связи с этим актуальной является разработка устройства предпосадочной обработки картофеля, с помощью которого можно наносить на поверхность клубней картофеля вязкий биостимулирующий состав, в частности ЭГ-торф.
Предложена конструктивно-технологическая схема устройства предпосадочной обработки картофеля, изображенная на рисунках 2.1 и 2.2 [69]. Устройство содержит (рисунок 2.2): - емкость 7, заполненную жидким биостимулятором (ЭГ-торфом); - рабочий орган, установленный в емкости, в виде двух вращающихся навстречу друг другу перфорирующих барабанов 8, имеющих эластичную поверхность, на которой закреплены иглы для накалывания клубней (перфорации), при этом размеры и параметры вращения барабанов позволяют создавать условия для перемешивания биостимулятора, оседающего на дне емкости, и исключить применение дополнительных перемешивающих устройств; - контейнер 1 для сбора и сушки обработанных клубней; - выгрузные транспортеры 3 и 4, причем первый транспортер 4 расположен в емкости, а второй 3 установлен над контейнером 1 для сушки и хранения обработанных клубней, при этом транспортер 3, выполнен с возможностью установки под углом к первому, что обеспечивает загрузку обработанных клубней картофеля в контейнер 1 с заданным по агротехническим требованиям значением высоты падения, исключающим повреждение клубней и чрезмерное удаление зафиксированного биостимулятора на поверхности клубня при ударе о днище контейнера 1 или о другие клубни; - регулируемый механизм привода 6 перфорирующих барабанов 8, со стоящий из электродвигателя, червячного редуктора, цепной передачи, обеспе 4 Рисунок 2.1 - Схема устройства предпосадочной обработки картофеля (вид сверху): 1 - емкость; 2 - барабан перфорирующий; 3, 4 - транспортер выгрузной; 5 - контейнер; 6 - механизм привода выгрузных транспортеров; 7- механизм привода перфорирующих барабанов регулируемый; 8 - вентиль
Схема устройства предпосадочной обработки картофеля (вид сбоку): 1 - контейнер; 2 - механизм регулирования угла наклона выгрузного транспортера; 3, 4 - транспортер выгрузной; 5 - механизм привода выгрузных транспортеров; 6 - механизм привода перфорирующих барабанов регулируемый; 7 - емкость; 8 - барабан перфорирующий; 9 - вентиль чивающей вращение перфорирующих барабанов навстречу друг другу; - механизм привода 5 выгрузных транспортеров 3 и 4, состоящий из электродвигателя, цилиндрического редуктора, цепных передач; - вентиль 9 для слива биостимулятора из емкости; - механизм регулирования угла наклона 2 выгрузного транспортера 3, необходимый для изменения высоты падения обработанных клубней при их загрузке в контейнер 1. Технологический процесс обработки осуществляется следующим образом [109].
Очищенные клубни семенного картофеля посредством транспортера равномерно подаются в емкость 7, наполненную обрабатывающим раствором, в зону захвата вращающихся навстречу друг другу перфорирующих барабанов 8. Иглы герметично закреплены в эластичном материале перфорирующих барабанов 8. При прохождении клубня между барабанами иглы наносят на его поверхности сетку углублений, которая создает каркас для крепления оболочки из жидкого биостимулятора, в результате чего улучшается его фиксация на поверхности клубня. Форма и размеры игл позволяют обеспечить наиболее оптимальное качество перфорации и возможность самостоятельного отделения клубней от барабанов после процесса перфорации и их падения на дно емкости под действием сил тяжести и инерции и исключить применение дополнительных устройств для отделения. В процессе обработки клубней вращающиеся барабаны позволяют создать условия перемешивания биостимулятора, оседающего на дне емкости, и обеспечивают равномерную концентрацию биостимулятора по всему объему емкости.
Методика определения удельных энергозатрат на предпосадочную обработку картофеля ЭГ-торфом
На экспериментальном образце устройства были проведены исследования по определению влияния избыточного давления воздуха в перфорирующих барабанах устройства на повреждаемость клубней и фиксацию биостимулятора на поверхности клубней.
Анализ графиков зависимостей повреждаемости и фиксации биостимулятора на поверхности клубней от избыточного давления воздуха в перфорирующих барабанах показывает, что данные параметры при возрастании избыточного давления увеличиваются по параболической функции (рисунок 4.4). В пределах значений избыточного давления воздуха от 0 до 20 кПа повреждаемость клубней находится в зоне допустимых значений и составляет 2,0 - 5,3 %, при этом при увеличении давления в данных пределах значительно увеличивается фиксация биостимулятора и составляет 59 - 69 г/кг [96]. При увеличении избыточного давления воздуха свыше 20 кПа значительно увеличивается повреждаемость клубней и составляет 5,3 - 10,0 %, что находится вне зоны допусти 89 мых значений. При этом фиксация биостимулятора увеличивается незначительно и составляет 69-71 г/кг.
При увеличении значения зазора между перфорирующими барабанами выше значения максимального размера клубня перфорационная сетка на его поверхности наноситься не будет. Поэтому верхний уровень для фактора хз выбирали с учетом условия нанесения перфорационной сетки на клубни и минимальной их повреждаемости. Основной уровень для данного фактора выбран дб = 25 мм. Интервал варьирования - 25 мм.
В ходе теоретических исследований процесса загрузки перфорирующих барабанов была определена длина дуги контакта клубня с перфорирующим барабаном 1К = 0,169 м. Было установлено, что для данного значения дуги контакта максимальное значение количества игл на единице площади не должно превы-шать z„=5000 ед/м . При увеличении данного значения значительно снижается равномерность нанесения перфорационной сетки и повышается повреждае 90 мость клубней. Также представляет значительный интерес исследование работы гладкого перфорирующего барабана (zu = 0). Поэтому для фактора х4 основ-ной уровень выбрали zu = 2500 ед/м . Интервал варьирования - 2500 ед/м .
Количество биостимулирующето препарата (ЭГ-торфа), зафиксированного на единице массы семенных клубней (фиксация ЭГ-торфа), во многом зависит от продолжительности выдерживания клубней в нем. Чем дольше выдерживаются клубни в ЭГ-торфе, тем лучше он адсорбируется поверхностью клубней и больше его массы фиксируется на единице массы клубней. Но увеличение продолжительности выдерживания клубней в биостимулирующем препарате свыше 10 минут значительно снижает производительность предпосадочной обработки и увеличивает трудоемкость. При этом фиксация биопрепарата практически не изменяется. Поэтому основной уровень для фактора х составил 4 = 5 мин. Интервал варьирования — 5 мин.
Для определения конструктивно-технологических параметров узла перфорации клубней устройства реализован трёхуровневый план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для пяти факторов (приложение В). Факторы, их уровни и интервалы варьирования представлены в таблице 3.2.
Анализ выражения (4.1) показал, что установка на барабаны перфорирующих игл способствовала увеличению фиксации ЭГ-торфа на клубнях картофеля от 20...30 г/кг до 75...85 г/кг, что объясняется созданием перфорационной сетки на поверхности, образующей «каркас» для крепления стимулятора (рисунок 4.5 а, б). Увеличение продолжительности te выдерживания клубней картофеля в емкости с ЭГ-торфом пропорционально увеличивало фиксацию стимулятора на клубнях, что объясняется налипанием постепенно оседающих частиц препарата на поверхность клубней. При этом при фиксированных значениях частоты вращения п перфорирующих барабанов, избыточного давления воздуха р внутри перфорирующих барабанов и зазора д& между перфорирующими барабанами увеличение количества zu перфорирующих игл на единице площади от 0 (гладкий перфорирующий барабан) до 2500 ед/м и продолжительности te выдерживания клубней картофеля в емкости с ЭГ-торфом от 0 до 5 мин способствовало увеличению фиксации биостимулятора от 20...25 до
При тех же условиях дальнейшее увеличение значений продолжительности te выдерживания клубней от 5 до 10 мин и количества z„ перфорирующих игл на единице площади от 2500 до 5000 ед/м способствовало повышению фиксации биостимулятора на 21,5...25,0 %. Наибольшие значения фиксации биостимулятора отмечаются при продолжительности выдерживания клубней
ґв=10 мин (х5=1) и количестве перфорирующих игл на единице площади z„=3450 ед/м2 (х/=0,69). При фиксированных значениях факторов е=10 мин и zM=3450 ед/м повышение избыточного давления воздуха р внутри перфорирующих барабанов от 0 до 20 кПа увеличивало фиксацию стимулятора на 14,5...21,5 %. Это объясняется улучшением обтекаемости клубней материалом перфорирующих барабанов в процессе перфорации.
Наименьшее влияние на фиксацию ЭГ-торфа на клубнях картофеля оказал зазор Зб между перфорирующими барабанами (рисунок 4.6, а, б). Установлено, что при избыточном давлении воздуха внутри перфорирующих барабанов = 20 кПа(х2=1), количестве перфорирующих игл на единице площади zu = 3450 ед/м" (х/=0,69), а также фиксированных значениях частоты вращения п перфорирующих барабанов и продолжительности te выдерживания клубней увеличение значения зазора между перфорирующими барабанами в пределах 5(5=0...50 мм способствовало снижению фиксации биостимулятора на поверхности клубней на 11,0 - 13,5 %. Это вызвано ухудшением способности к проникновению перфорирующих игл в кожицу клубней и снижением качества нанесения перфорационной сетки. При этом при значении зазора дб=50 мм на клубнях диаметром менее 40 мм перфорационная сетка практически не наносилась, и фиксация стимулятора на таких клубнях заметно снижалась.
Фактор частота вращения п вращения перфорирующих барабанов не оказал значимого влияния на фиксацию ЭГ-торфа на клубнях картофеля и был исключен из модели регрессии Yj как статистически незначимый.
Повреждаемость клубней картофеля является важным качественным показателем процесса предпосадочной обработки картофеля и по агротехническим требованиям не должна превышать 5 %. Из анализа уравнения (4.2) установлено влияние выбранных факторов на повреждаемость клубней картофеля и их взаимодействий.
Исследования изменения плотности клубней семенного картофеля при поражении основными заболеваниями
В ходе исследований по энергетической оценке функционирования экспериментального образца устройства оценивалась энергоёмкость процесса предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом. В качестве показателей энергоёмкости предпосадочной обработки определялись как удельные энергозатраты, включающие в себя затраты электроэнергии на работу экспериментального образца устройства и сушку обработанного картофеля, так и максимальная потребляемая мощность на предпосадочную обработку и сушку картофеля, а также производительность устройства за час основного времени, средний коэффициент мощности и удельный расход биопрепарата (количество ЭГ-торфа, расходуемого на обработку единицы массы клубней).
В результате энергетической оценки функционирования экспериментального образца устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом было установлено, что максимальная мощность, потребляемая на работу экспериментального образца, составляет 0,45 кВт; максимальная мощность, потребляе 117 мая на сушку картофеля не подогретым воздухом с использованием калорифера
СФО-25, равна 1,4 кВт. Общая максимальная потребляемая мощность на предпосадочную обработку картофеля ЭГ-торфом составила 1,85 кВт.
Энергетическая оценка выявила, что удельные затраты энергии на предпосадочную обработку ЭГ-торфом и сушку обработанного картофеля равны 287,5 МДж/т. При этом был определен средний коэффициент мощности, который составил 0,82.
При удельном расходе биопрепарата (ЭГ-торфа), составляющем 75 кг/т, средняя производительность экспериментального образца устройства предпосадочной обработки картофеля - 0,25 т/ч.
Экономическая оценка функционирования экспериментального образца устройства Оценка экономической эффективности проведена на основе данных, по лученных в ходе полевых испытаний картофеля, обработанного ЭГ-торфом на экспериментальном образце устройства. Годовой экономический эффект оценивался разностью между дополнительными доходами экономического эффекта от повышения урожайности картофеля при применении устройства предпосадочной обработки клубней ЭГ-торфом и затратами на предпосадочную обработку.
Исходные данные для расчета годового экономического эффекта и срока окупаемости приведены в таблице 5.8. Таблица 5.8 - Данные для расчёта экономической эффективности
Годовой экономический эффект и срок окупаемости определялись в соответствии с рекомендациями [19, 20, 21, 59]. Расчет годового экономического эффекта и срока окупаемости представлен в приложении Д.
В результате расчёта экономической эффективности функционирования устройства приведенные затраты на предпосадочную обработку картофеля ЭГ-торфом составили 2386,34 руб/т. Расчетная оптовая цена ЭГ-торфа составила 5,06 руб/кг. Годовой экономический эффект от эксплуатации устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом составил 660280,5 руб. при сроке окупаемости Ток = 0,25 года. Годовой экономический эффект в расчете на 1 га посадок картофеля составил 49886,9 руб/га.
Разработана конструктивно-технологическая схема устройства предпосадочной обработки картофеля жидким биостимулирующим препаратом в виде ЭГ-торфа (патент № 2421964 РФ на изобретение), состоящего из емкости, заполненной биостимулирующим препаратом, установленных в ней перфорирующих барабанов и транспортеров выгрузки обработанных клубней.
Теоретическими исследованиями взаимодействия клубня картофеля с перфорирующим барабаном устройства определены: - ширина зоны подвода клубней к перфорирующим барабанам р=0,11 м, минимальный радиус перфорирующего барабана R6 =0,017 м, максимальная угловая скорость вращения перфорирующих барабанов при взаимодействии с одним клубнем а бтах=2,12 с"1; - количество клубней, одновременно находящихся в контакте с перфорирующими барабанами устройства - 23 клубня, длина дуги контакта 1К =0,169 м; - толщина материала оболочки перфорирующего барабана h6 =8,2 мм.
Экспериментальными исследованиями установлено, что эффективная и качественная работа узла перфорации устройства обеспечивается при следую щих оптимальных конструктивно-технологических параметрах: частота враще ния перфорирующих барабанов радиусом R6 =0,15 м п = 30...35 мин"1; избы точное давление воздуха внутри перфорирующих барабанов р = 10... 13 кПа; зазор между перфорирующими барабанами д& = 25...30 мм; количество перфо рирующих игл на единице площади zu - 3400...3500 ед/м ; продолжительность выдерживания клубней картофеля в емкости с ЭГ-торфом te = 5 мин.
Экспериментальными исследованиями установлено, что плотность клубней снижается в зависимости от степени поражения клубней основными заболеваниями. Из всех испытываемых пораженных клубней сорта Изора при погружении в ЭГ-торфе всплывало 40 % клубней, сорта Невский - 20 %. Ввиду незначительности количества всплываемых клубней сделан вывод о нецелесо 121 образности применения механизации процесса удаления всплывших пораженных клубней, и принято решение производить их удаление «вручную».
Определена скорость движения полотна транспортеров выгрузки обра ботанных клубней, при которой обеспечивается сток «лишнего» ЭГ-торфа с по верхности клубней обратно в емкость устройства и исключающая его перерас ход: L mp=0,2 м/с, и оптимальная высота падения клубней после обработки ЭГ торфом, составляющая 0,3 - 0,5 м. Установлено, что оптимальным режимом сушки обработанных ЭГ-торфом клубней картофеля является активное вентилирова-ние не подогретым воздухом с расходом 1800 м /т ч в течение 24 ч.
Предпосадочная обработка клубней ЭГ-торфом на экспериментальном образце устройства обеспечивает повышение урожайности картофеля на 27,7 %, увеличение количества клубней семенной фракции в общем урожае на 18,2 % и снижение себестоимости производства картофеля на 15,1 %. Удельный расход энергии на предпосадочную обработку составляет 287,5 МДж/т при средней производительности устройства 0,25 т/ч и расходе ЭГ-торфа 75 кг/т. Годовой экономический эффект, от эксплуатации устройства предпосадочной обработки картофеля ЭГ-торфом составил 660280,5 руб. при сроке окупаемости Ток = 0,25 года. Годовой экономический эффект в расчете на 1 га посадок картофеля соста вил 49886,9 руб/га.
