Содержание к диссертации
Введение
CLASS 1. Состояние вопроса. цель и задача исследования технологии производства картофеля CLASS
1.1. Анализ производства картофеля в Монголии 7
1.2 Анализ почвенно-климатических условий для возделывания картофеля Монголии 15
1.3. Анализ технологии производства картофеля в Монголии 22
1.3.1. Обзор технологий и технических средств производства картофеля за рубежом 26
1.3.2. Гребневая технология возделывания картофеля 28
1.3.3. Грядовая технология возделывания картофеля 34
1.3.4. Голландская технология возделывания картофеля 36
1.3.5. Заворовская технология возделывания картофеля 40
1.4. Анализ исследование сорта картофеля используемые в условиях Монголии 43
1.4.1. Биологические особенность возделывающие сорта картофеля в условиях Монголии 51
1.5. Механизация, использование техники и проблемы технической оснащенности при производстве картофеля в страны 52
Краткие выводы. цель и задачи исследования 66
2. Принцип формирования адаптивных технологии и технологических комплексов машин для производства картофеля
2.1. Основные влияющие факторы на формирование урожай картофеля ... 69
2.1.1. Определение величины возможного урожая картофеля по наличию неуправляемых факторов 70
2.1.2. Оптимизация управляемых факторов 78
2.1.3. Оптимизация обеспечивающих факторов 83
2.1.4. Оптимизация режима почвенного питания 85
2.2. Принципы управления продукционного процесса адаптивной технологии возделывания картофеля 87
2.3. Основные принципы формирования рациональных технологических процессов и вариантов технологии картофелеводства 98
2.3.1. Вариантное проектирование адаптивных технологий 98
2.3.2. Структурное построение технологии возделывания картофеля 105
2.4. Энергетическая эффективность технологии возделывания картофеля 110
2.5. Выбор эффективных машинно-тракторных агрегатов для возделывания картофеля 117
3. Программа и методика исследования
3.1 Программа исследований 124
3.2. Методика получения экспериментальной информации при испытании машинно-тракторных агрегатов 125
3.3. Методика статистического анализа экспериментальных данных 126
3.4. Методика оценки свойств стационарности потоков заявок систем обслуживания 130
3.5. Методика дискретизации Марковских процессов с непрерывным временем 132
4. Анализ результатов исследования
4.1. Анализ эффективности исследования сортов картофеля в условиях Монголии 135
4.2. Эффективность приемов сохранение влаги в почве 143
4.3. Выбор эффективных МТА для технологии 152
4.4.Анализ данных хронометража работы МТА 173
4.5. Анализ эффективности технологии 181
4.6. Биоэнергетическая оценка технологии возделывания картофеля... 190
4.7. Анализ экономической эффективности технологии возделывания картофеля 201
Общие выводы 217
Литература 219
Приложенріе 231
- Анализ производства картофеля в Монголии
- Анализ технологии производства картофеля в Монголии
- Основные влияющие факторы на формирование урожай картофеля
- Методика получения экспериментальной информации при испытании машинно-тракторных агрегатов
Введение к работе
Реформирование агропромышленного комплекса (АПК) Монголии позволило в первой половине 90-х годов начать становление рыночных отношений в сельском хозяйстве.
Эти преобразования должны были способствовать повышению эффективности АПК на основе хозяйствования при полной самостоятельности сельхозпроизводителей, как в производственной деятельности, так и в распоряжении доходами.
Однако агропромышленный комплекс страны, как и другие отрасли экономики оказался в глубоком экономическом кризисе по причине несоответствия проводимых экономических преобразований условиям сельскохозяйственного производства. Поэтому большинство хозяйств оказалось не приспособленными к рыночным законам, что привело их к низкой эффективности использования потенциальных возможностей новые выпускающие высокопроизводительные сельскохозяйственные техники российские и зарубежного производства.
Показатели технической оснащенности более ухудшились, в 1998 г. обеспечение сельскохозяйственных товаропроизводителей техникой по базовым группам машин составляло 40 - 80 % от нормативной потребности. Ежегодно уровень готовности техники к полевым работам снижается на 3 - 5 %, в работе не участвуют необходимые трактора, комбайны, сельскохозяйственные машины, что приводит к росту нагрузок на исправную технику и затягиванию агротехнических сроков выполнение работ [110].
Решение проблемы технической оснащенности сельхозпроизводства в настоящее время связано с многоукладностью форм ведения хозяйства, реальным существованием положением сельхозпроизводителя.
Зарубежный опыт интенсификации сельскохозяйственного производства 90-х гг. рыночных стран Западной Европы показывает, что
высокопроизводительная техника используется более эффективно в сельхозкомпаниях (кооперативы, кружки, ринги и т. д.), чем у отдельного фермера. В то же время частный землевладелец находит область экономичного использования собственных машин [96].
Выше изложенное применительно к теме данного исследования, относящегося к области производственной эксплуатации машин, ставит две основные задачи:
а) условиях дефицита техники для осуществления технологического
процесса производства сельскохозяйственной продукции приобретением
машин необходимо решить на основе научно-обоснованным путем.
б) освоение сельхозпроизводителями прогрессивных технологий
производства продукции (адаптированных, ресурсосберегающих и
влагосохраняющих технологий).
Решение этих задач позволяет сельхозпредприятиям достичь рентабельного производства с учетом конкретных условий хозяйствования.
Данное исследование проведено с целью разработки теоретических основ и методов повышения эффективности производства картофеля в условиях рынка за счет выбора рациональных форм использования техники.
Работа является результатом исследования автора, выполненного с зональной научно-технической программой 8 Р по теме "Разработать научные основы инженерно- экономической оценки и обоснования оптимальных и критических уровней технической оснащенности сельскохозяйственных товаропроизводителей, оптимальных и критических методов и форм использования машин, их производственной и технической эксплуатации в условиях рыночной экономики и различных форм хозяйствования" номер государственной регистрации 01970000339.
Автор выражает признательность научному руководителю работы д. т. н. проф. А. Г. Левшину.
Анализ производства картофеля в Монголии
Состояние отрасли картофелеводства. Из истории культуры картофеля известно, что ценнейшее растение к 1940 году широко распространилось по всем странам света, став "вторым хлебом" человека. По предположению многих авторов, картофель в Монголии стали возделывать в начале 1930-ых годов. Картофель быстро распространился в Монголии и к концу 1978 году площади его возделывания составили около 10,3 тыс.га [34].
За последние годы в Монголии, произошли существенные изменения в структуре и объемах производства картофеля по основным категориям хозяйств.
В результате реформирования сельского хозяйства страны 90% крупных сельскохозяйственных предприятий страны были преобразованы в акционерные общества и другие новые формирования. Наряду с личными подсобными хозяйствами получила развитие и новая организационно-правовая форма сельскохозяйственного производства - (семейные) хозяйства (табл. 1.1).
Все эти категории хозяйств выращивают сельскохозяйственные культуры, в том числе и картофель, который является основной продовольственной культурой в стране.
В 1989 году картофель во всех категориях хозяйств Монголии занимал более 12,6 тыс.га.
По сравнению с 1995 годом площади под картофелем в общественном секторе сократилась до 30-49 %, а в последние годы удельный вес его производства снова увеличивается до уровня 1991 год.
Общая площадь под картофелем составляет за последние годы около 8,6 - 10,2 тыс.га, (валовый сбор) в хозяйствах всех категорий в 1993 г. составило 59,8 тыс.т, в 1996 г. - 45,5 тыс. т, а в 2000 и 2004 гг. - на уровне 57,8 - 79,8 тыс. т. Средняя урожайность по стране за последние годы изменяется от 5,6 до 9,3 т/га. Это в два три раза ниже потенциальных возможностей культуры и сильно уступает уровню урожайности картофеля в зарубежных странах с развитым картофелеводством (35,0-40,0 т/га).
Наиболее объективной оценкой состояния отрасли картофелеводства в Монголии является её сравнение с мировыми достижениями.
Картофелеводство промышленно развитых стран: России, США, Голландии, Германии, Англии, Франции и других отличаются высокой технической оснащенностью и степенью механизации (табл. 1.4).
Затраты труда на производства 1 ц картофеля в Монголии по сравнению с затратами труда в США, Голландии и Германии в 5-Ю раз выше. Кроме того, объём привозного картофеля в стране значителен. Основными экспортерами являются Россия и Китай. Импорт картофеля в Монголии показан в таблице 1.5.
Из приведенных данных видно, что в 1996 г. импорт картофеля составлял 0,01 тыс.т, а в 2004 г произошло увеличение этого показателя до 38,4 тыс.т. Среднесуточное потребление картофеля для различных групп населения в зависимости от возраста, характера труда, состояния здоровья и.т.д. составляет от 0,100-0,510 кг. С учетом валового сбора можно утверждать о том, что в последние годы Монголия в стране практически не обеспечивает собственным картофелем потребности населения.
Увеличению производства картофеля в сельхозпредприятиях (АО, и др. формы) наиболее отвечает интенсивный способ его возделывания с использованием новых машин в прогрессивных технологий. Тем более, что в стране в 80-е гг. были достигнуты успехи в отрасли картофелеводства (валовой сбор составлял в среднем по аймаков 20,8 тыс. т, урожайность 11,0 - 16,0, т/га) на основе специализации, концентрации его производства (многие хозяйства имели площади посадок 450, 500 га и выше) и механизацию основных технологических процессов.
В соответствии с прогнозом развития сельскохозяйственного производства страны на 2000-2005 гг. предусматривается увеличение площадей картофеля в сельхозпредприятиях до уровня 1989 г. - не менее 12,6 тыс. га при средней урожайности картофеля 18,0 т/га [111]. Повышение урожайности планируется достичь путем применения прогрессивных технологий на основе механизации производственных процессов.
Анализ технологии производства картофеля в Монголии
Картофель в Монголии занимает 2-е место по посевным площадям после зерновых культур.
Несмотря на это уровень производства в отрасли в большинстве хозяйств зоны низок и базируется на труде привлечённых сезонных рабочих. Такое положение не позволяет получать программируемые урожаи и не обеспечивает высокую степень механизации. Большие затраты ручного труда в картофелеводстве обусловлены также сложными резко континентальными почвенно-климатическими условиями страны. В настоящее время применяется 2 основных вида посадки картофеля: гладкая и гребневая, а в Монголии получила широкое распространение только гладкая посадка с междурядьем 70 см. К лучшим предшественникам относятся пары, зерновые и бобовые. Ранние и среднеспелые сорта картофеля возделывают на участках с легкими супесчанными и легкими суглинистыми почвами. Глубина посадки находится в пределах 10-12 см. В зависимости от типа и состояния на каштановых почв с достаточной влажностью посадку осуществляют на глубину 10-12 см, на тяжелых глинистых почвах - на 7-8 см, а в засушливых районах глубину увеличивают на 4-6 см.
Норму высадки выбирают в зависимости от сорта и срока спелости. Для семенного картофеля желательны густые посадки 50-60 тыс.шт на га, а для товарного картофеля 40-50 тыс.шт. Вес клубней находится в пределах 50-80 г. Средняя норма высадки составляет 2,5-3 т/га.
Обработка почвы. Основной схемой севооборотов в Монголии является пар - картофель - зерновые. Основу паровой обработки составляет вспашка с боронованием на глубине 20-22 см, которую проводят во второй половине июня. В зависимости от интенсивности прорастании сорняков проводят через 14-20 дней двух следное боронование или культивацию на глубину 10-12 см. Вторую обработку (культивацию) проводит в середине августа и второй половине сентября проводят прикатывание. В последнее время шире применяют комбинированную обработку: культивацию с прикатыванием. Пар можно обрабатывать плоскорезной техникой на глубину 12-14 см с подпочвенным внесением удобрении. В случае применения навоза или компоста, сначала их разбрасывают по полю, а затем запахивают.
Предпосадочная обработка почвы. Перед посадкой проводят закрытие влаги боронованием или перепашкой с боронованием. Хорошо обработанный пар перед посадкой культивируют или проводят плоскорезную обработку. Предпосадочную обработку желательно провести с внесением удобрений.
Основные агротехнические требования, предъявляемые к предпосадочной обработке почвы - создание рыхлого пахотного слоя, сохранение влаги, заделка удобрений и очищение поля от сорняков. Обработка почвы при физической спелости сопровождается хорошим её крошением и минимальными затратами механической энергии. Хорошее крошение почвы под картофель дает фрезерная обработка, которая позволяет разрыхлят, выравнивает почву и сепарирует сорняки однако, из за отсутствия фрезерных машин в Монголии их применяют редко.
Подготовка семенного материала к посадке. Картофель из хранилища выгружают несколько раньше до посадки, калибруют на фракции с отбором больных клубней и укладывают на специальной площадке для прогревания и подсушивания. Прошедщий такую весеннюю обработку семенной материал может лежать слоем 1-2м до 2 недель без ухудшения физико-механических свойств. Перед посадкой клубни обрабатывают минеральными удобрениями, микроэлементами. Кроме того для защиты растений от различных болезней, клубни обрабатывают различными фунгицидами.
Посадка. Оптимальная продолжительность посадки картофеля не более 8-Ю дней. Сажают картофель сажалками СН-4Б и КСМ-4. Для обеспечения постоянства густоты посадки и равномерности раскладки клубней в рядке не ниже 60-70%, глубины заделки не ниже 80%, картофель сажают с приводом от синхронного ВОМ трактора МТЗ-80/82 при скорости движения с сажалкой СН-4Б не более 5-6 км/ч, КСМ-4 не более 6,5-7,5 км/ч. Посадка картофеля с удобрением NPK значительно повышает урожайности.
Уход. В практике принято уход подразделять на систему агроприемов с использованием механических средств борьбы с сорняками и поддержания почвы в рыхлом состоянии и химическую систему ухода, основная задача которой, подавление сорняков, болезней и вредителей.
Применение химического способа ухода за растением позволяет сэкономить топливо и денежные средства. В последнее времени в нашей стране нашли широкое применение гербицид "Зенкор". При применении Зенкора не проводятся механические обработки кроме окучивания. Во время ухода за растениями можно проводить подкормку внесением питательных веществ или удобрений.
Уборка. В интенсивной технологии возделывания картофеля предусматривается сеникация, что позволяют ускорять возникновение крепкой корки клубней, а также исключить скашивание ботвы. Сеникация проводится за 20-25 дней до начала уборки. Для сеникации применяют раствор, в состав которого входят двойной суперфосфат 20-25%, соль натрия 0,01-2,4 % при норме расхода 200-400 л на га. Если не проводится сеникация, то скашивают ботву за Юдней до уборки.
При уборке применяют: однофазную и двухфазную схемы. Картофелекопателем и ручная уборка комбинированная - выкапывания. Картофель и образование валки в рядке и последующий подбор комбайном.
В наше стране широко применяются первые два способа. В связи с этим в передовых картофелеводческих хозяйствах проходят широкую производственную проверку различные технологии и средства механизации производства картофеля, как отечественные, так и зарубежные [34].
Более широкие познания в проектировании технологии картофелеводства и широкий выбор технических средств, для их реализации позволяют, исходя из конкретных хозяйственных условий, совершенствовать и интенсифицировать традиционно сложившиеся в зоне технологические процессы с целью получения более высоких урожаев и снижения трудозатрат.
Основные влияющие факторы на формирование урожай картофеля
Фотосинтетически активная радиация (ФАР) - важнейший фактор жизнедеятельности и продуцирования растений. Установлено, что 90...95% биологической массы растений образуется в процессе фотосинтеза за счет ФАР и углерода и атмосферы. ФАР составляет 45...50% (в среднем 48%) от общей интегральной солнечной радиации, приходящей из Космоса на землю.
Урожай формируется в процессе фотосинтеза в результате использования энергии солнечной радиации. К.А. Тимерязева считал, что предел плодородия земли определяется не количеством удобрений, которые мы можем ей доставить, не количеством поданной влаги, а количеством световой энергии, посылаемой солнцем на данную поверхность. Суммы фотосинтетической активной радиации (ФАР), рассчитываем по формулу: SQdmp =0,42SS +0,58SD, (2.1) где ЭДфар - сумма общей ФАР, кДж/см2; IS - сумма прямой солнечной радиации, кДж/см2; ХР- сумма рассеянной солнечной радиации, кДж/см2.
В реальных условиях на территории Монголии годовой приход суммарной ФАР колеблется в пределах 220...280 кДж/см, а за период вегетации сельскохозяйственных культур в диапазоне 120... 153 кДж/см [36]. Для картофеля за период вегетации раннеспелых сортов приход ФАР составляет 79,55-90,02 кДж/см2, среднеспелых сортов 92,11-100,48 кДж/см2, среднепоздных сортов 102,58-108,86 кДж/см , и позднеспелых сортов 110,05-119,32 кДж/см2 [53, 54]. Исходя из этого, можно оценивать, что приход ФАР в условиях Монголии достаточно для развития картофеля за вегетационный период.
Расчет потенциально возможного урожая по приходу фотосинтетически активной радиации проводится по формуле А.А. Ничипоровича [53]. UF = m-q (2.2) где UF- биологический урожай абсолютно сухой растительной массы, ц/га; F - количество приходящей ФАР за период вегетации сельскохозяйственной культуры в данную зону, кДж/га; KF - коэффициент использования ФАР посевом, %, q - удельное количество энергии. Аккумулируемой единицей абсолютно сухого органического растительного вещества (q=l,67472 106 кДж/ц); 100 - коэффициент перевода процентов в сотые доли единицы.
Вода играет важнейшую роль в жизни растений. Она является источником питательного элемента водорода, обеспечивает оптимальное функционирование клеток и тканей как растворитель питательных веществ, способствует их перемещению в растительном организме. Предохраняет растения от перегрева и.т.д. Влагообеспеченность существенно влияет на продуктивность растении.
Действительно возможный урожай (ДВУ), который теоретически может быть обеспечен за счет влагообеспеченности посадка картофеля определяют по следующей формуле _100JF ( _ ДВУ - —р Кт (Л3) кв где W - количество продуктивной влаги, мм; Кв - коэффициент водопотребления, мм га/ц. Кт- коэффициент для перевода из мг/ЮОг в кг питательного вещества на 1 га в расчетном слое почвы; Количество продуктивной влаги для растений картофеля можно определить по формуле W=W0+Oc, (2.4) где W0- запасы, доступной для растений влаги в метровом слое почвы в период сева или возобновления активной вегетации, мм; Ос - влага осадков, которые выпадают за вегетационный период, мм.
Потребность во влаге изменяется у него по фазам развития. В начале своего роста картофель может жить за счет запас влаги, имеющихся в материнском клубне. При запасах продуктивной влаги в пахотном слое почвы не менее 15 мм всходы картофеля не задерживаются.
Критическим периодом является фаза от начала цветения до прекращения прироста ботвы. Недостаток влаги в почве в этот период приводит к сильному снижению урожая клубней. Транспирационный коэффициент, или количество воды, затрачиваемое растением на образование единицы сухого вещества. Равен у картофеля 400-500 мм и в зависимости от условий произрастания изменяется в пределах 230-700 мм. На формирование 1 ц сухой биомассы картофель затрачивает 350-400 ц воды. При наличии 400 мм продуктивный влаги в почве и коэффициенте водопотребления 375 мм возможный урожай абсолютно сухой биомассы составит 107 ц с 1 га.
Методика получения экспериментальной информации при испытании машинно-тракторных агрегатов
Экспериментальная проверка теоретических моделей проводилась на основе опытных данных наблюдений за работой машин при их испытании на машиноиспытательных станциях. Количество контрольных смен, в течение которых велись наблюдения, удовлетворяет требованиям ГОСТ 24055 «Методы эксплуатационно-технологической оценки. Общие положения». Количество контрольных смен, в течение которых проводились хронометражные наблюдения за испытываемыми машинами, приведены в таблице 3.1.
При анализе работы использовались материалы хронометражных наблюдений машин, проходивших испытания в условиях ОПХ ЦМИС. Хронометражные наблюдения за работой машин в условиях Монголии проводились в учебно-опытном хозяйстве Монгольского сельскохозяйственного университета. Математическая обработка хронометражных данных проводилась на ЭВМ с помощью специальных программ. Структура составляющих баланса времени смены принималась по ГОСТ-24055. Показатели по качеству работы испытываемых на МИС определялись в соответствии с действующей нормативной документацией на методы испытаний сельскохозяйственной техники, машин и оборудования для переработки сельскохозяйственного сырья.
Анализ опытных данных начинается с исключения грубых ошибок по методике, используемой при исследовании сельскохозяйственных машин [ 81]. Для этого подсчитывают среднее арифметическое значение тх и дисперсию Sx для полученной совокупности выборочных значений 1 п ПТл и-1 v 11 /=1 п - число опытных значений; х, -вектор выборочных значений. Выбирают наибольшее хтах и наименьшее хт;п значения из числа опытных данных и подсчитывают критерий 77 _ max . 1/ _ min V- T s, (3-2) где Sx - среднее квадратическое отклонение. Значения xmax или хт;п являются грубыми ошибками, если выполняется условие У Vkp =Va;n . (3.3) Критическое значение Va; п для п=3...25 и различных уровней значимости а приведены в таблице 3.2. 126 Минимально допустимое число опытов п, необходимое для определения достоверных статистических характеристик определяют из условия и» trJt-St lOO (3.4) где ty; к - коэффициент Стьюдента; Sx - среднее квадратическое отклонение дисперсия опытных данных; Ау; k -предельная относительная ошибка в процентах, гарантируемая с вероятностью у; X - среднее значение опытных данных.
Критические значения F для уровня достоверности а и степеней свободы ki и к2 берут из статистических таблиц [ 35, 63, и др.].
Проверка однородности ряда дисперсий для m независимых наблюдений проводят для разных объемов выборок по критерию Бартлета (Q - критерий), а для одинаковых выборок по критерию Кохрена (G - критерий).
Для описания сопряженных экспериментальных значений показателей работы уі системы и изменяемого фактора х, подбирают эмпирическую зависимость. В качестве критерия используют минимум суммы квадратов отклонений экспериментальных значений УІ от рассчитанных по эмпирическому уравнению [ 76 ] Р(х)=І(уІ-уІ)\ (ЗЛ1) / = 1
Вид теоретической зависимости выбирают в зависимости от характера изменения анализируемого параметра. В практических расчетах для описания одномерных зависимостей используют уравнение прямой или параболы
