Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 .Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 9
1.1. Природно-климатические условия в Северо-Западной зоне Р.Ф 9
1.1.1.Оценка погодных условий в Северо-западной зоне Р.Ф 9
1.1.2. Статистический анализ количества выпавших осадков 10
1.2. Состояние льноводства 18
1.2.1. Состояние и перспективы отрасли 18
1.2.2. Используемые и перспективные технологии производства льна-долгунца в условиях региона 21
1.2.3. Оценка технического обеспечения перспективных технологий 22
1.2.5. Пути совершенствования технологии производства льна-долгунца 24
1.3. Обзор технологий уборки влажного льносырья 26
1.3.1. Обзор отечественных технологий и технических средств 26
1.3.2.Обзор зарубежных технологий и технических средств 31
1.4. Обзор исследований по определению качества тресты, формированию и выбору рациональных технологий возделывания и уборки с/х культур 33
1.5. Цели и задачи исследований технологий уборки влажного льносырья 43
ГЛАВА 2. Теоретические аспекты формирования технологий уборки 45
2.1. Классификация погодных условий Северо-западного региона Р.Ф 45
2.2. Состояние льнотресты в процессе уборки 55
2.3. Принципы и критерии формирования адаптивных вариантов технологии уборки влажного льносырья 61
2.4. Математическая модель снижения качества льносырья 72
2.5. Алгоритм формирования рациональных технологических процессов ТП технологии уборки влажного льносы рья 85
2.6. Алгоритм выбора рационального варианта технологии уборки влажного льносырья 97
ГЛАВА 3. Задачи и методика исследований разрабатываемых вариантов технологии уборки влажного льносырья 105
3.1. Методика определения качества льносырья в процессе уборки 105
3.1.1. Задачи экспериментальных исследований 105
3.1.2. Программа экспериментальных исследований 106
3.1.3. Условия и методика проведения полевых опытов 107
3.1.4. Методика проведения полевых экспериментальных исследований 109
3.2. Методика производственной проверки влияния агроприемов на повышение эффективности машинной технологии уборки 117
3.2.1. Задачи экспериментальных исследований 117
3.2.2. Программа экспериментальных исследований 117
3.2.3. Условиям методика проведения полевых опытов 118
3.2.4. Методика проведения полевых экспериментальных исследований 118
3.3. Методика обработки опытных данных 123
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 126
4.1. Анализ результатов исследований продолжительности уборки влажного льносырья 126
4.2. Анализ определения качества льносырья в период уборки... 132
4.3. Результаты выбора рациональной технологии 135
4.3.1. Анализ эффективности базовых вариантов технологии в сложившихся производственных условиях, характерных для Северо-запада РФ 135
4.3.2. Оценка базовых и разрабатываемых вариантов технологии в благоприятных производственных условиях 141
4.4. Результаты производственной проверки 155
ГЛАВА 5. АРМ технолога-льновода 157
5.1. Описание программы «Лен-2002» 158
5.2. Инструкция по работе с программой «Лен-2002» 161
Общие ВЫВОДЫ 166
Литература 168
Приложение 177
- Статистический анализ количества выпавших осадков
- Классификация погодных условий Северо-западного региона Р.Ф
- Методика проведения полевых экспериментальных исследований
- Анализ результатов исследований продолжительности уборки влажного льносырья
Введение к работе
В настоящее время во многих отраслях агропромышленного комплекса положение дел очень сложное. В полной мере это относится к производству и переработке льна.
Издавна лен считается древнейшей русской культурой, возделываемой на Псковских и Новгородских землях. В 12-15 вв. Псков и Новгород были главными производителями льна. Псковские торговцы продавали лен, как на внутреннем рынке, так и за границей [96].
Однако в настоящий момент обстановка в льноводстве в целом по стране оставляет желать лучшего. Одновременно со снижением объемов производства наблюдается снижение качества льнопродукции. Номер тресты к 1998 году снизился до 0,75, соответственно средний номер трепального льна уменьшился до 10,0, а средний номер волокна до 2,55 [83]. Прямая зависимость качества урожая от погодных условий, значительные затраты ручного труда, приходящиеся в основном (80%) на уборку, обусловили снижение производства льна-долгунца. Немаловажное значение на спад производства оказало и то, что объем производимой мешковины и веревки из льноволокна низкого качества резко снизился в связи с появлением дешевых синтетических материалов.
Одной из причин качественных и количественных потерь льнопродукции является низкий уровень механизации уборочных работ. Уборка является важным этапом производства льна-долгунца, от нее зависит сохранение не только выращенного урожая, но и качество льносырья. Проблематичными до сих пор являются операции на стадии естественной сушки. Неблагоприятные погодные условия Северо-Западного региона России, в котором производится более 20% льна-долгунца, приводят к значительному снижению качества льносырья в период уборки, следовательно, существенно влияют на получение урожая высококачественного волокна.
Используемые в регионе базовые технологии уборки влажного льносырья практически не адаптированы к резко изменяющемся погодным условиям. Влажность льносырья в период уборки колеблется от 30 до 90%, а температура воздуха от 8 до 18 С.
Адаптация технологий уборки к указанным условиям производства может осуществляться как за счет адаптации технических средств, с помощью которых производится выполнение операции подъема и приготовления тресты, так и за счет изменения вида формирования влажного льносырья в период естественной сушки, то есть за счет формирования нового варианта технологии уборки влажного льносырья.
Интенсивное ведение сельскохозяйственного производства, повышение его устойчивости и эффективности, получение высококачественных урожаев предусматривает внедрение новых прогрессивных технологий. Традиционные методы принятия решений при построении и выборе технологий в сельском хозяйстве, в том числе и при формировании и выборе технологий производства льна, основаны на практическом опыте, интуиции и несложных расчетах, мало учитывающих взаимодействие факторов сельскохозяйственного производства. В настоящий момент, в современных условиях, при интеграции сельскохозяйственного производства, значительном увеличении используемых ресурсов, воздействии на окружающую среду и росте научно технического прогресса таких оснований недостаточно. Неполный и неточный учет факторов при формировании и выборе вариантов технологий приводит к отрицательным последствиям: потерям урожая, снижению качества, ухудшению плодородия почвы, неэффективному использованию ресурсов, загрязнению окружающей среды [93].
К настоящему времени вопрос адаптации технических средств и технологии уборки льна к условиям производства Северо-Западного региона РФ практически не рассматривался. В связи с чем, учитывая резкий спад производства льна, вызванный большими затратами труда (в т.ч. ручного) и
8 снижение качества льносырья, очень важно выявить принципы и критерии адаптации технологии и технических средств к условиям производства с целью определения рационального варианта технологии и параметров технических средств, позволяющих снизить затраты труда и сохранить качество льносырья, т.е. проводить уборку льна с минимальными затратами труда и без качественных потерь льносырья.
Для определения оптимальной технологии и комплекса машин уборки влажного льносырья необходимо сформировать рациональные варианты технологии и оценить их. Следует разработать алгоритм формирования технологии уборки влажного льносырья. Формирование и оценка разрабатываемых вариантов технологий дает возможность выбора рационального варианта. Последний, в свою очередь, даст толчок к разработке новых машин.
1. Состояние вопроса и задачи исследования 1.1 Природно-климатические условия Северо-Западной зоны России
1.1.1 Оценка погодных условий
Формирование технологий и комплексов машин для уборки влажного льносырья, эффективность их использования и обеспечение высокого качества льнопродукции во многом определяются агроклиматическими условиями. Погодные условия оказывают существенное влияние на динамику сушки и потери качества льносырья [48, 25]. При производстве льна-долгунца необходимо учитывать климатические условия региона.
Северо-Западный регион, также как и Северный, Центральный, Волго-Вятский и часть Уральского регионов, входит в состав Нечерноземной зоны. Она располагается между градусами 53...70 северной широты и 27...65 восточной долготы и отличается большим разнообразием климатических и почвенных условий не только в целом по зоне, но и в отдельных регионах [57, 58].
Характеристики природно-климатических условий, приведенные в литературных источниках, показывают, что климат зоны умеренный с затяжными зимами и повышенным (400...700 мм в год) количеством осадков [50]. Одним из неблагоприятных проявлений климата является то, что в конце лета (конец августа), в начале осени (сентябрь, первая половина октября), когда многие культуры созревают и производится их уборка (в том числе и лен), появляется тенденция к устойчивой дождливой погоде.
Неблагоприятные климатические условия Северо-Западного региона приводят к избыточному увлажнению льносырья во время уборки, что способствует снижению качества льнопродукции. Операция сушки и вылежки льносырья требует определенного количества времени и хороших погодных условий. Идеальными погодными условиями для сушки и вылежки считается теплая сухая погода с росами. В действительности же в период уборки (конец августа, сентябрь, октябрь) для Северо-западного региона
10 характерны низкие температуры (по метеорологическим данным за 20 лет
среднемесячная температура в сентябре составляет 10,6С) и высокая влажность воздуха (в среднем 84,1%).
Таким образом, необходимо уделить внимание природно-климатическим условиям и охарактеризовать их в интересующий нас период, т.е. во время уборки льна-долгунца (август, сентябрь, октябрь).
1.1.2 Статистический анализ количества выпавших осадков
Исходные данные по выпадению осадков предоставлены Северозападным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за 30 лет и представлены в виде суммы осадков в мм за каждые сутки и за месяц анализируемого периода (таблица 1.1 и 1.2). Эти погодные данные получены метеорологической станцией, расположенной в д. Сущёво Псковской области и являются типичными для Северо-западного региона.
Для обработки данных использовались статистический программный пакет STATGRAPH1CS 2.1 и табличный процессор EXCEL 2000, позволяющие кроме численных значений, представлять результаты обработки в графическом виде.
По исходным данным рассчитывались следующие показатели:
- среднее количество осадков за месяц
_ 30
S,- = У" xl4/n.
J J ' (11)
- среднеквадратическое отклонение
вероятность выпадения осадков
где nij - число дней с осадками j-ro месяца; rij - число дней j-ro месяца.
Таблица 1.1 Количество осадков за месяц по годам для августа, сентября, октября
12 По исходным данным, сведенным в таблицу 1.1, построены графики изменения суммарных осадков за месяц по годам для августа, сентября, октября, и представлены они на рисунках 1.1,1.2,1.3.
Таблица 1.2 Количество и интенсивность осадков
Как видно из характера протекания кривых (рис. 1.1, 1.2, 1.З.), все они имеют резко колебательный характер с амплитудой более 100 мм, что говорит о значительном изменении количества выпадающих осадков. Для
августа месяца количество осадков изменяется от 17,1 мм до 205,5 мм, в сентябре - соответственно от 14,8 до 137 мм, в октябре - от 11,6 до 98,1 мм.
Годы (1961-1990)
Рисунок 1.2. Изменение суммы осадков в сентябре месяце по годам.
Рисунок 1.1. Изменение суммы осадков в августе месяце по годам.
5 120 n
m 100 -
о 80-
5 бо -
% 40-
20 -о
0 І І І—Г-1—І І І' І І і І І І І І І—І—І "| І І—І І І І—І І І І І
T-Trh«OC0(00)CMlO00 т- т- т- і- CM CM CM
Годы (1961-1990)
Рисунок 1.3. Изменение суммы осадков в октябре месяце по годам.
В зависимости от количества выпавших осадков, условия уборки изменяются от благоприятных до условий, при которых уборка льносырья затруднена или совсем невозможна. Принимая во внимание, что данные погодные условия являются типичными для Северо-Западного региона России, необходима адаптация технологии уборки влажного льносырья к этому широкому диапазону изменений погодных условий.
Кривые изменения суммы осадков за месяц по годам имеют явно колебательный характер. Следовательно, представляет интерес исследования их как временных рядов с целью выявления периодических составляющих.
На этих же графиках нанесены линейные уравнения, характер которых показывает тенденцию изменения суммы месячных осадков. В августе и сентябре они увеличиваются к 1990 году за период в 30 лет, а в октябре наоборот немного уменьшаются. Это позволяет сделать предположение о изменении климата в Северо-западной зоне, которое сводится к увеличению влажности, но более раннему наступлению зимы.
Для характеристики погодных условий региона целесообразно разбить годы анализируемого периода по количеству выпадения осадков на четыре группы, которые отражают математическое ожидание вероятности
15 выпадения осадков (P = 0.5l) Qcp=57,3, минимальное количество осадков
Qmin =42,1 мм, максимальное количество осадков Qmax=U2,lMU и наиболее распространенное количество выпадения осадков, которое находится между QoPH 0^-(3 = 70,2
Используя данные по количеству и интенсивности осадков (таблица 1.2) в интересующие нас месяцы, полученные Северо-Западным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, построим объемные диаграммы выпадения осадков (рис 1.4, 1.5, 1.6). Для наглядности, возьмем годы, характерные для этих четырех групп.
Рисунок 1.4. Объемная диаграмма выпадения осадков в августе месяце
за 1967,79, 81, 90 гг.
Дни месяца
Рисунок 1.5. Объемная диаграмма выпадения осадков в сентябре месяце за 1967, 79, 81, 90 гг.
Дни месяца
Рисунок 1.6. Объемная диаграмма выпадения осадков в октябре месяце
за 1967, 79, 81,90 гг.
17 Как видно из представленных данных и объемных диаграмм,
количество осадков изменяется в достаточно широких пределах от 0 до 30 мм
в сутки. По диаграммам какой либо закономерности не прослеживается,
массивы данных представляют собой стохастические совокупности.
В количественном отношении изменения среднего количества
осадков по месяцам приведены в таблице 1.3. Анализ данных, заключенных в
этой таблице, дает возможность сделать предположение, что наименьшее
количество осадков выпадает в сентябре, больше в октябре и еще больше в
августе, т.е. август месяц является самым влажным из трех сравниваемых
месяцев. Для проверки этого предположения необходимо выполнять
статистический анализ точности математического ожидания.
Таблица 1.3 Среднее количество осадков по месяцам
В результате обработки данных по погодным условиям в период уборки льна в Северо-Западной зоне России были получены достоверные статистические характеристики, которые показывают, что уборка льна сопряжена с риском проведения операций сушки и вылежки льносырья. Полученные результаты говорят, что изменение погодных условий имеет периодический характер с четко выраженными показателями. Для оперативного прогнозирования погодных условий в период уборки необходимо иметь текущие данные по погодным условиям.
18 1.2 Состояние льноводства
1.2.1 Состояние и перспективы отрасли
В Северо-Западной зоне России производится 20% льна-долгунца. Прямая зависимость сохранности урожая от погодных условий, постоянный риск получения льносырья низкого качества, необходимость соблюдения технологической дисциплины, отсутствие технических средств, необходимых для выполнения всех технологических операций, значительные затраты труда, приходящиеся в основном (80%) на уборку, привели в условиях рынка к резкому сокращению производства льна-долгунца. Одновременно со снижением объемов производства продолжается снижение качества льносырья. Номер тресты снизился до 0,75, соответственно средний номер трепального льна уменьшился до 10,0, а средний номер короткого волокна до 2,55 [24]. Немаловажное значение на спад производства оказало и то, что объем производимой мешковины и веревки из волокна низкого качества резко снизился в связи с появлением дешевых синтетических материалов. Получение льноволокна необходимого для производства льняных тканей с номером не ниже 12,0 [84, 85,92]. В условиях СЗ России это весьма проблематично ввиду вышеперечисленных причин. В основном, потери качества происходят в процессе вылежки льнотресты и ее подъема (80%). Повышенная влажность льносырья в этот период (вторая половина сентября) и низкая температура воздуха не позволяют осуществить естественную сушку льносырья в лентах. В этих условиях нормальная работа одного рулонного пресс-подборщика (рулонная технология уборки) сопровождается работой 20 человек, выполняющих вручную установку льносырья в конуса и их раскладку в ленту. Отсутствие рабочей силы приводит к перележке льносырья, т.е. к снижению качества выращенного урожая. В связи с чем, все усилия, связанные с созданием новых сортов, проведению агроприемов, обработке посевов могут быть сведены к нулю.
Селекцией в регионе занимается Псковский НИИСХ. К сожалению, возделываемые сегодня сорта не в полной мере удовлетворяют требованиям производства; они недостаточно устойчивы к полеганию и приспособлены к конкретным условиям выращивания, имеют низкую семенную продуктивность и низкое качество волокна [39,96]. В регионе возделывается в настоящее время восемь сортов. Изменилась и структура сортовых посевов в производстве. Следовательно, если правомерна повышенная значимость сорта для отрасли, то должны были измениться и результаты в производстве льна. Однако, изменения произошли в худшую сторону, уменьшились посевы, урожайность не повысилась, эффективность снизилась. В тоже время, в регионе имеются хозяйства, которые продолжают поддерживать урожай на уровне, волокна - 10ц, семян - З...6ц., независимо от возделываемых сортов. В связи с чем, правомерен вывод в том, что в современных производственных условиях сорт как составная часть производства не является определяющим фактором эффективности отрасли.
Репродуктивное и большое семеноводство льна-долгунца находится в настоящее время в неудовлетворительном состоянии. Из-за низкой урожайности не обеспечивается производство необходимым количеством репродуктивных семян. Отдельные хозяйства вынуждены завозить из других областей не-районированные сорта, что ведет к нарушению сортосмены и сортообновлению [95].
Отсутствие до настоящего времени комбинированных почвообрабатывающих посевных агрегатов для льноводства приводит к увеличению материальных и трудовых затрат. Практически отсутствуют способы заблаговременной подготовки предшественников, включая основную и предпосевную обработку почвы, что ухудшает агрофизические свойства пахотного слоя, полевую всхожесть семян и чистоту посевов льна-долгунца. Отсутствие четких рекомендаций по известкованию почвы приводит к ее переизвесткованию, что является причиной физиологического угнетения льна [23,31].
20 Негативное влияние на повышение качества урожая волокна и семян оказывает применяемый узкорядный способ посева льна, а применяемые для этого сеялки СЗ-3,6 не удовлетворяют производство.
Резко сократилось применение органических и минеральных удобрений, что привело к снижению содержания в почве гумуса и питательных веществ, острому дефициту микроэлементов [65]. Из-за низкой обеспеченности техникой и ТСМ нарушаются агротехнические сроки сева, уход за посевами, почти половина, из которых в последние годы не обрабатываются гербицидами. В связи с чем, 30% сдаваемого льносырья не отвечает требованиям стандартов по засоренности [86].
В то же время, применение гербицидов при обработке посевов приводит к ухудшению экологии окружающей среды. При этом практически невозможно использовать льняное масло в качестве пищевого продукта [19].
В условиях СЗ РФ затраты труда в расчете на 1 га посевов льна составляют 100...105 чел.ч., из которых 80...85 приходится на уборку урожая [71]. Уменьшение численности сельского населения и отсутствие технических средств подъема влажного льносырья приводят к тому, что ежегодно списывается до 30% посевов, а убранные 70% урожая из-за несоблюдения технологической дисциплины - низкого качества и имеют средний номер тресты - 0,75. Практически во всех хозяйствах не выполняется технология приготовления тресты из-за отсутствия средств механизации, в частности, производительного оборачивателя, позволяющего проводить трехразовое оборачивание лент льна, отсутствие которого приводит к перележке и недолежке льносырья. В погодных условиях СЗ после вылежки льносырья необходима его естественная сушка с последующим использованием рулонной технологии. В настоящее время отсутствуют технические средства для подъема влажного льносырья с установкой его в конуса или шатры. Ручная установка конусов (применяемая в настоящее время) связана с необходимостью наличия значительного количества рабочей силы [73].
21 1.2.2 Используемые и перспективные технологии производства льна-долгунца в условиях региона
В настоящее время в зоне используется интенсивная технология, включающая в себя многопольный севооборот, в котором лен-долгунец возвращается на одно и тоже поле не ранее чем через шесть-семь лет [86]. Для СЗ зоны посевы льна-долгунца следует размещать после яровых. Существенное влияние на эффективность технологии оказывает укрупнение севооборотов. Оптимальное число севооборотов с посевами льна на хозяйство - один-три в зависимости от природно-климатических условий. Главные способы обработки почвы для льна-долгунца - под зябь и предпосевная. Основной прием - вспашка на глубину пахотного слоя плугами с полувинтовыми отвалами. Ранней весной применяют культиваторы и боронование с прикатыванием. В случае разработки комбинированного почвообрабатывающего агрегата все операции предпосевной обработки и посев будут выполняются за один проход. Применение комбинированного агрегата позволит заменить разбрасыватель удобрений, почвообрабатывающий агрегат ВИП-5,6 и зернотуковую сеялку СЗ-3,6Н. Благодаря этому доза туков и уплотнение почвы снизятся в два раза, как трудовые и материальные затраты [30].
Минеральные удобрения (аммофосборный суперфосфат и хлористый калий) вносят осенью под основную обработку. Это предотвращает их потери от смыва весной с талыми водами, повышение концентрации солей в верхнем слое, вредное для льна. На удобренной осенью почве лучше прорастают сорняки и их можно уничтожить при предпосевной обработке почвы [26, 91].
Разработано специальное комплексное удобрение для льна-долгунца, содержащее азот, фосфор, калий и бор. За один проход агрегата вносятся необходимые элементы питания в благоприятном для льна сочетании, что значительно снижает затраты труда и горюче смазочных материалов.
Для сева в зоне используют сорта: Прогресс, Смоленский, Призыв 81, К-6, Л-1120, Псковский-359, Кром. В перспективе будут созданы сорта ранне- и среднеспелые с высоким выходом льноволокна хорошего качества, устойчивые
22 к полеганию, наиболее вредоносным болезням и стрессовым условиям, высокой семенной продуктивностью, приспособленные к механизированной уборке. Удельный вес новых сортов к 2005 году составит 40% [1, 24].
Перед посевом семена протравливают водной суспензией протравителя (гранозем). Под лен, предназначенный для сдачи трестой, подсевают райграс пастбищный или овсяницу луговую (8...12кг/га), смешивая семена трав с семенами льна. Комбинированные сеялки с шириной захвата 3,6м должны заменить льняную сеялку С3-3,6А. В новой сеялке применены рабочие органы, позволяющие равномерно распределить семена по площади питания и глубине заделки [37].
Уход за посевами льна-долгунца заключается в разрушении почвенной корки, спуске воды с пониженных мест, борьба с сорняками, вредителями, болезнями и меры способствующие предотвращению полегания льна. Опрыскивание посевов льна проводят с помощью штанговых опрыскивателей (ОН-400, ПОУ, ОПШ-15). Применяемые гербициды экологически не безопасны. В перспективе предусматривается использование новых агротехнических приемов с использованием экологически безопасных мер борьбы с сорняками и вредителями [24, 95]. В настоящее время для уменьшения отрицательного влияния гербицидов на экологию применяются пониженные дозы гербицидов ТХАИ, препарата 1,2М-4Х, метигена и льнодона [66].
1.2.3 Оценка технического обеспечения перспективных технологий К настоящему времени, в связи с резким спадом производства льна-долгунца, практически прекращен выпуск льноуборочной техники на заводе "Бежецксельмаш" и техники для возделывания льна на других заводах. Одним из путей использования льносырья низкого качества, получаемого в условиях Северо-Западного региона, может быть новая технология переработки льносырья с использованием высокого давления на материал, идентичный хлопку, который могут использовать текстильные комбинаты. Новая технология
23 переработки льносырья разрабатывается текстильными комбинатами С-Пб. [53].
В этом случае должно произойти существенное увеличение производства льна-долгунца из-за повышения на него спроса, когда низкокачественное льносырье (а его наличие неизбежно при любой технологии) может использоваться не на мешковину и веревки, а на производство хороших тканей. Для льнокомбинатов будет по-прежнему поставляться льносырье высокого качества. В случае перевода текстильных комбинатов на льноволокно, произойдет резкое увеличение спроса на льносырье, что неизбежно приведет к необходимости насыщения зоны техническими средствами для производства льна-долгунца. Перспективной системой машин предусматривается номенклатура технических средств для производства льна-долгунца в зоне по существующим и перспективным технологиям. Из 28 позиций специальных машин серийно могут выпускаться 14. Остальные находятся на стадии модернизации и разработки. Не выпускается до настоящего времени комбинированный почвообрабатывающий посевной агрегат, заменяющий разбрасыватель туков, почвообрабатывающий агрегат ВИП-5,6, зернотуковая сеялка СЗ-3,6Л. Не начато производство комбинированной сеялки с шириной захвата 3,бм. До настоящего времени не разработан работоспособный производственный оборачиватель лент льна, который для условий зоны крайне необходим. Внедрение рулонной технологии сдерживается из-за отсутствия машин для подъема влажного льносырья для его естественной просушки. В случае увеличения производства льна в первую очередь необходимо освоить производство подборщиков для установки конусов, а затем подборщиков-шатрообразователей. При необходимости внедрения технологии с расстилом ленты на почвенных гребнях необходимо освоить производство приспособления для нарезки борозд к льнокомбайну [3]. Для внедрения раздельной уборки в условиях региона необходимо доработать подборщик-очесыватель.
Практически нет техники для приготовления волокна из тресты в условиях хозяйства. Из имеющейся в хозяйствах технических средств не всегда
24 можно подобрать комплекс машин для выполнения технологий в полном объеме. Выпускаемая серийно льноуборочная техника неработоспособна в условиях повышенной влажности.
1.2.4 Пути совершенствования технологии производства льна-долгунца
Необходимо разработать новые способы заблаговременной подготовки предшественников, включая основную и предпосевную обработку почвы на базе современных средств производства с целью улучшения агрофизических свойств пахотного слоя, повышения полевой всхожести семян и чистоты посевов льна-долгунца.
Разработать энергосберегающие технологии подготовки почвы на плужной и безплужной основе для разных способов и сроков сева льна, оптимальные нормы высева при ленточных способах посева, сроки и продолжительность уборки льна раздельным способом [24, 73,14].
Завершить разработку системы защиты льна-долгунца от вредителей, болезней и сорняков, предусматривающую сочетание агротехнических и химических мер, применение эффективных гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, использование биопрепаратов в борьбе с вредными объектами, интеграцию мер защиты среды, представляющих меньшую экологическую опасность и значительное снижение содержания вредных веществ в окружающей среде. На ближайшую перспективу необходимо возродить безгербицидные технологии, а также оптимизировать видовую структуру севооборота.
Учитывая экологическую безопасность, нужно разработать технологию повышения плодородия дерново-подзолистой почвы в льняном севообороте на основе оптимального сочетания агрохимических и агротехнических способов, принимая во внимание применение комплекса микроэлементов в льняном севообороте и непосредственно под лен с учетом их последействия и влияния на окружающую среду.
Необходимо установить особенности приготовления льносырья на почвенных гребнях, в конусах и шатрах машинного формирования в условиях СЗ
25
региона и на этой основе разработать рекомендации по производству
ф высококачественной продукции. Установить возможность широкого
применения технологии уборки влажного льносырья связанной с переносом вылежки на следующий год (июнь, июль). Разработать рекомендации по производству высококачественной продукции в экстремальных погодных условиях региона.
Разработать критерий адаптации технологий и технических средств к условиям региона с целью определения оптимального сочетания различных вариантов технологий уборки в климатических условиях СЗ региона, произвести выбор и разработку вариантов технологий для получения урожая высокого качества и максимальной прибыли от реализации льносырья.
1.3 Обзор технологий уборки влажного льносырья
! 1.3.1 Обзор отечественных технологий и технических средств
! Подготовка почвы под посев льна, внесение удобрений, подготовка
семян к посеву, защита растений от вредителей и болезней, уход за
і растениями проводятся машинами общего назначения и технология
выполняемых работ везде одинакова. На долю этих операций приходится не более 20% от общих трудовых затрат по производству и переработке льна-долгунца [11].
Наиболее трудоемкой операцией до настоящего времени остается уборка льна, на которую приходится около 80% общих трудовых затрат [25].
В настоящее время способы уборки льна-долгунца можно
і і
і классифицировать следующим образом:
сноповой;
комбайновый;
Статистический анализ количества выпавших осадков
В настоящее время во многих отраслях агропромышленного комплекса положение дел очень сложное. В полной мере это относится к производству и переработке льна.
Издавна лен считается древнейшей русской культурой, возделываемой на Псковских и Новгородских землях. В 12-15 вв. Псков и Новгород были главными производителями льна. Псковские торговцы продавали лен, как на внутреннем рынке, так и за границей [96].
Однако в настоящий момент обстановка в льноводстве в целом по стране оставляет желать лучшего. Одновременно со снижением объемов производства наблюдается снижение качества льнопродукции. Номер тресты к 1998 году снизился до 0,75, соответственно средний номер трепального льна уменьшился до 10,0, а средний номер волокна до 2,55 [83]. Прямая зависимость качества урожая от погодных условий, значительные затраты ручного труда, приходящиеся в основном (80%) на уборку, обусловили снижение производства льна-долгунца. Немаловажное значение на спад производства оказало и то, что объем производимой мешковины и веревки из льноволокна низкого качества резко снизился в связи с появлением дешевых синтетических материалов.
Одной из причин качественных и количественных потерь льнопродукции является низкий уровень механизации уборочных работ. Уборка является важным этапом производства льна-долгунца, от нее зависит сохранение не только выращенного урожая, но и качество льносырья. Проблематичными до сих пор являются операции на стадии естественной сушки. Неблагоприятные погодные условия Северо-Западного региона России, в котором производится более 20% льна-долгунца, приводят к значительному снижению качества льносырья в период уборки, следовательно, существенно влияют на получение урожая высококачественного волокна.
Используемые в регионе базовые технологии уборки влажного льносырья практически не адаптированы к резко изменяющемся погодным условиям. Влажность льносырья в период уборки колеблется от 30 до 90%, а температура воздуха от 8 до 18 С.
Адаптация технологий уборки к указанным условиям производства может осуществляться как за счет адаптации технических средств, с помощью которых производится выполнение операции подъема и приготовления тресты, так и за счет изменения вида формирования влажного льносырья в период естественной сушки, то есть за счет формирования нового варианта технологии уборки влажного льносырья.
Интенсивное ведение сельскохозяйственного производства, повышение его устойчивости и эффективности, получение высококачественных урожаев предусматривает внедрение новых прогрессивных технологий. Традиционные методы принятия решений при построении и выборе технологий в сельском хозяйстве, в том числе и при формировании и выборе технологий производства льна, основаны на практическом опыте, интуиции и несложных расчетах, мало учитывающих взаимодействие факторов сельскохозяйственного производства. В настоящий момент, в современных условиях, при интеграции сельскохозяйственного производства, значительном увеличении используемых ресурсов, воздействии на окружающую среду и росте научно технического прогресса таких оснований недостаточно. Неполный и неточный учет факторов при формировании и выборе вариантов технологий приводит к отрицательным последствиям: потерям урожая, снижению качества, ухудшению плодородия почвы, неэффективному использованию ресурсов, загрязнению окружающей среды [93].
К настоящему времени вопрос адаптации технических средств и технологии уборки льна к условиям производства Северо-Западного региона РФ практически не рассматривался. В связи с чем, учитывая резкий спад производства льна, вызванный большими затратами труда (в т.ч. ручного) и снижение качества льносырья, очень важно выявить принципы и критерии адаптации технологии и технических средств к условиям производства с целью определения рационального варианта технологии и параметров технических средств, позволяющих снизить затраты труда и сохранить качество льносырья, т.е. проводить уборку льна с минимальными затратами труда и без качественных потерь льносырья.
Для определения оптимальной технологии и комплекса машин уборки влажного льносырья необходимо сформировать рациональные варианты технологии и оценить их. Следует разработать алгоритм формирования технологии уборки влажного льносырья. Формирование и оценка разрабатываемых вариантов технологий дает возможность выбора рационального варианта. Последний, в свою очередь, даст толчок к разработке новых машин.
Формирование технологий и комплексов машин для уборки влажного льносырья, эффективность их использования и обеспечение высокого качества льнопродукции во многом определяются агроклиматическими условиями. Погодные условия оказывают существенное влияние на динамику сушки и потери качества льносырья [48, 25]. При производстве льна-долгунца необходимо учитывать климатические условия региона.
Северо-Западный регион, также как и Северный, Центральный, Волго-Вятский и часть Уральского регионов, входит в состав Нечерноземной зоны. Она располагается между градусами 53...70 северной широты и 27...65 восточной долготы и отличается большим разнообразием климатических и почвенных условий не только в целом по зоне, но и в отдельных регионах [57, 58].
Характеристики природно-климатических условий, приведенные в литературных источниках, показывают, что климат зоны умеренный с затяжными зимами и повышенным (400...700 мм в год) количеством осадков [50]. Одним из неблагоприятных проявлений климата является то, что в конце лета (конец августа), в начале осени (сентябрь, первая половина октября), когда многие культуры созревают и производится их уборка (в том числе и лен), появляется тенденция к устойчивой дождливой погоде.
Классификация погодных условий Северо-западного региона Р.Ф
Погодные условия региона целесообразно разбить по количеству выпадения осадков на 4 группы, которые отражают математическое ожидание вероятности выпадения осадков (Р=0,51) Qcp=57,3, минимальное количество осадков Qmiir .l мм, максимальное количество осадков Qmax=158.lMM и наиболее распространенное количество выпадения осадков, которое находится между Qq, и Qmax (таблица 2.5). Для данной вероятности выпадения осадков в процессе многолетних наблюдений за состоянием льносырья получена средняя влажность льносырья (влагосодержание), которая из-за низкой температуры и высокой влажности воздуха (таблица 2.5) наиболее высока для Вологодской области и северных районов Кировской и Костромской области. В таблицах 2.3 и 2.4 приведена вероятность температуры и влажности воздуха в период вылежки и подъема льносырья, которая также указывает, что наименее благоприятные условия для вылежки и подъема льносырья наблюдаются в Северо-Западном регионе, в котором практически невозможно проводить подъем тресты из лент и возможен подъем льносырья лентой.
Высокая влажность воздуха в период уборки (таблица 2.6) определяет время сушки в течение дня, которое, в зависимости от вероятности выпадения осадков и влажности воздуха, колеблется от 3...4 до 6...7 часов для ленты (влияние рос и туманов) и от 6..7 до 9...10 часов для конусов и шатров, для которых влияние указанных факторов практически незначительно (таблица 2.6). Средняя влажность льносырья от рос и туманов для шатра и конуса значительно ниже, чем для ленты на почве, при этом влияние выпадения росы наиболее ощутимо в августе (таблица 2.6) [23]. Следует отметить, что для конуса и шатра влияние влажности почвы практически равно нулю, в то время как для ленты это влияние существенно, особенно это заметно в период уборки в октябре. Погодные условия существенно влияют на продолжительность уборки, а следовательно, и на качественные потери льносырья. В таблице 2.7 приведены данные по качественным потерям, полученные лабораторией "Технологии и технические средства производства льна" СЗНИИМЭСХ с использованием двадцатилетних данных Великолукского льнозавода и хозяйств района. При этом существенное влияние на потери оказывает и время уборки (август-октябрь) и вид формирования льносырья для естественной сушки (таблица 2.8) Применение вариантов технологии с сушкой льносырья в конусах и шатрах существенно уменьшает продолжительность уборки и, следовательно, потери урожая. При этом необходимо отметить, что соблюдение технологии возделывания льна-долгунца (подсев семян трав) способно также заметно снизить потери урожая в процессе уборки. Кроме известных приемов технологического сохранения качества льносырья (конус, шатер), в последние годы появились перспективные направления в технологии, способствующие сохранению урожая льносырья. В первую очередь, это применение раннеспелых сортов льна-долгунца, позволяющих проводить подъем льнотресты в конце августа начале сентября [65]. Кроме этого, в последние годы на льнокомбайн устанавливают плющильный аппарат для проведения пластической деформации стеблей, выполнение которой позволяет ускорить процесс вылежки льносырья в среднем на 6...7 дней, что позволяет сдвинуть сроки уборки и уменьшить ее продолжительность и снизить потери урожая. Одним из наиболее перспективных вариантов технологии может быть вариант с естественной сушкой льносырья на гребнях, нарезанных при оборачивании лент в процессе вылежки льносырья [3].
Убирают лен-долгунец на волокно в фазе ранней желтой спелости. Продолжительность уборки не должна превышать 8... 10 дней из всего периода вегетации, при этом волокно получают высокого качества. При увеличении сроков уборки увеличивается выход семян и их качество, но одновременно снижается качество и количество волокна [35]. После отделения семенных коробочек от стеблей льна-долгунца происходит расстил льносоломы в ленту для приготовления льнотресты. Под действием погодно-климатических условий (температура, влажность, осадки) происходит биологическая и химическая обработка льносоломы, приводящая к нарушению в ней связей между лубяными пучками и древесиной и подготовке волокнистой части к освобождению сопутствующих и покровных тканей. В результате нарушения связи лубяных пучков с окружающими тканями льносолома превращается в льняную тресту [88]. При длительном нахождении льнотресты в поле возможна ее перележка, что ведет к снижению качества [4].
Находясь в поле, льнотреста подвергается воздействию ветра, температуры, влажности воздуха, повторным осадкам. Возможны различные комбинации этих факторов. Увлажнение материала происходит в основном за счет повторных осадков, а сушка - под действием скорости ветра, температуры и влажности воздуха. От величины этих факторов и от того, каким способом происходит естественная сушка, будет зависеть время сушки и продолжительность уборки, влияющая на качество льноволокна. Большое влияние на качество льнотресты при росяной мочке оказывают сроки ее расстила. Для большинства областей льноводческой зоны лучшим сроком расстила считают август. В это время стоит теплая и влажная погода, способствующая быстрой и равномерной вылежки льносоломки [51].
При расстиле ленты в октябре, как правило, в 2 раза увеличивается продолжительность вылежки, на 2...3% увеличивается выход и снижается качество длинного волокна. Влияние сроков расстила льняной соломы на выход и качество волокна представлены в таблице 1.4 [31,49].
Запаздывание с расстилом может иметь и более серьезные последствия. При раннем выпадении снега не вылежавшаяся льносолома может оказаться под снегом, что приводит к гибели урожая.
Если лен убирают с расстилом очесанной соломки по льнищу, процесс вылежки наступает после высыхания стеблей. Стебли, вытеребленные раньше, имеющие влажность высокую, сохнут дольше, а более сухие, вытеребленные в конце уборки, сохнут быстрее. Вылежка основной массы стеблей начинается одновременно и треста поспевает также почти одновременно на всей убранной площади. Готовую тресту необходимо быстро поднять в течение нескольких дней. Задержка с подъемом в дождливую погоду приводит к перележке тресты [48]. Каждые 5 дней сверхнормативного пребывания готовой тресты в лентах на льнище «уносит» 0,2...0,3 номера. За месяц высококачественная треста превращается в непригодное сырье.
Методика проведения полевых экспериментальных исследований
Для территории Северо-Западной зоны России в период уборки льна-долгунца характерно выпадение большого количества осадков, высокая относительная влажность и сравнительно низкая температура воздуха, а также небольшое количество солнечных дней при значительном числе дождливых и пасмурных. Вышеперечисленное обуславливает высокую влажность убираемого льна, засоренность стеблей, прорастание, порчу и снижение качества льносырья. В настоящее время существующие (базовые) технологии уборки льнотресты не позволяют производить уборку в тяжелых погодных условиях без существенного снижения качества льносырья. В связи с этим необходимо произвести выбор и разработку вариантов технологий, для получения урожая высокого качества и максимальной прибыли от реализации льносырья.
Для этого нужно определить влияние вида формирования на продолжительность уборки. Затем на основании полученных данных по качеству льносырья разрабатывается алгоритм продолжительности уборки и алгоритм определения снижения качества льносырья. На основе полученных значений продолжительности уборки и качества льносырья формируется и выбирается рациональный вариант технологии.
В основу экспериментальных исследований положено: восемь различных вариантов технологии уборки влажной льнотресты, как применяемых в производстве, так и находящихся в стадии разработки и проектирования; математическая модель снижения качества льнотресты.
Исходя из целей настоящего исследования, задачей эксперимента было: 1. Исследовать разрабатываемые варианты технологии уборки Ф влажного льносырья, применительные к условиям Северо-Запада России. 2. Определить и проанализировать влияние погодных условий на продолжительность уборки. 3. Определить и проанализировать влияние продолжительности уборки на качество льносырья. 4. Определить и проанализировать влияние погодных условий на качество льносырья. 5. Определить и проанализировать влияние всех факторов на фактическую урожайность при определении исходной урожайности. В качестве объекта исследований были взяты разрабатываемые варианты технологии уборки льнотресты. При теоретических исследованиях процесса снижения качества льносырья в период уборки использовались экспериментальные данные, полученные в полевых условиях. Поэтому при проведении экспериментов предусматривалось исследовать процесс снижения качества льнотресты при различных способах ее формирования и продолжительность уборки под действием случайных факторов - скорости ветра, температуры, количества осадков и влажности воздуха за период уборки. Это проводилось с целью дать оценку перспективным вариантам технологии и сравнить их с базовыми. Программой экспериментальных исследований предусматривалось: 1. для определения качества льносырья и сроков уборки предусматриваются варианты технологии: - уборка льнотресты с формированием ленты на поле (ВТ 01); - уборка льнотресты с формированием ленты на поле с подсевом трав (ВТ 02, ВТ 08); - уборка льнотресты с формированием ленты на почвенных гребнях (ВТ 03); - уборка льнотресты с формированием конусов вручную (ВТ 04); - уборка льнотресты с формированием конусов подборщиком-конусообразователем (ВТ 05, ВТ 06); - уборка льнотресты с формированием шатров подборщиком-шатрообразователем (ВТ 07). 2. определить благоприятное фактическое время для сушки льна, ТбЛ. 3. определить время кондиционной влажности льносырья в каждом варианте формирования, Ткон. 4. использовать агросрок, принятый согласно агротребованиям [12]. 5. определить фактическую продолжительность уборки для каждого из вариантов (см. рисунок 2.4), Туб . 6. определить качество льносырья по каждому из вышеперечисленных видов формирования при хранении его на поле, N. 7. провести сбор статистической информации о качестве (по среднему сдаваемому номеру льнотресты) сдаваемой хозяйствами льнопродукции в течение 20 лет. Данную информацию предполагается собрать по хозяйствам Псковской области. 8. провести сбор статистической информации по погодным условиям в Псковской области в течение 20 лет, а именно: - температура воздуха; - влажность воздуха; - количество осадков.
Анализ результатов исследований продолжительности уборки влажного льносырья
Сдвиг уборки на более раннее время позволит проводить ее при более высоких температурах, что повышает эффективность сушки льносырья. Это, в свою очередь, приводит к незначительному снижению качества и увеличению прибыли. Таким образом, применение ВТ 01 возможно только при использовании для операции ТП 01 (теребление, очес, плющение, расстил лент) льнокомбайна
ЛК-4Б с плющильным аппаратом, позволяющим осуществить пластическую деформацию стеблей. Плющение позволяет ускорить процесс вылежки на 7-10 дней и, следовательно, раньше начать уборку.
Хотя базовый вариант технологии ВТ 01 имеет самую низкую себестоимость - 12479,70 руб/га (таблица 4.4), в условиях Северо-Западного региона РФ он применяется на 5-10% посевных площадей, а для НЗ РФ — на 15-20% посевных площадей. Связано это прежде всего с большим снижением качества в данном варианте при неблагоприятных условиях. При выпадении осадков свыше 60-70 мм снижение качества льносырья достигает 30...80%, что является весьма существенным и снижает возможность получения прибыли (таблица 4.4).
Нужно отметить, что в льносеющих странах Западной Европы расстил лент осуществляется только на травяной покров, для чего при посеве льна высевают семена трав. Данный агроприем при ухудшении погодных условий позволяет снизить потери качества льносырья за счет улучшения условий сушки. В хозяйствах РФ из-за отсутствия средств на семена подсев трав применяют на 10-15% посевных площадей, а на остальной части расстил производится на почву без травяного покрова. Применение подсева трав ведет к увеличению себестоимости возделывания на 600 руб/га, но указанный прием позволяет снизить потери качества при неблагоприятных погодных условиях на 10...15% (таблица 4.4). Прибыль при благоприятных погодных условиях от использования ВТ 01 больше на 2 %, чем от ВТ 02. Но при ухудшении погодных условий (Q=57,3, t=12C) незначительное снижение качества в ВТ 02 позволяет перекрыть увеличение себестоимости и получить прибыль 686,72 руб/га, которая больше на 5,5% чем от ВТ 01 (таблица 4.4). Однако, в сложных погодных условиях (Q 70,2, t 12C) потери качества в ВТ 02 достигают 30...40%. Доход от продажи льносырья такого качества не позволяет покрыть высокую себестоимость указанной технологии. В таких случаях использование ее приводит к убытку. Поэтому базовый вариант технологии ВТ 02 уборки льносырья, в котором льносырье расстилается для естественной сушки на травяном покрове эффективен в погодных условиях, когда количество выпавших осадков не превышает 60 мм в месяц и среднесуточная температура воздуха не ниже 10С. В настоящий момент на территории Северо-запада РФ базовые варианты технологии уборки ВТ 01 и ВТ 02 (см. раздел. 2.5) используются редко.
В условиях повышенной влажности на Северо-западе России используется базовый вариант технологии для сложных погодных условий (Q 57,3 мм, t 12C) - ВТ 04 с естественной сушкой льносырья в конусах, сформированных вручную (см. раздел 2.5). Применение указанного варианта технологии позволяет снизить потери качества в период уборки льна-долгунца практически в любых погодных условиях. Так, снижение качества при неблагоприятных условиях (Q=70,2 мм, t=12C) в ВТ 01 составляет 36,4%, а в ВТ 04 - 17,8% (таблица 4.4). При этом увеличиваются затраты ручного труда, связанные с установкой конусов, однако, учитывая низкую стоимость ручного труда, себестоимость данного варианта технологии возрастает незначительно по сравнению с ВТ 01 на 1207,87 руб/га и в некоторых производственно-климатических условиях перекрывается небольшим снижением качественных потерь льносырья.
Ручной труд, использующейся на установке конусов, является тяжелым и низкооплачиваемым. Для выполнения указанной операции в хозяйстве, как правило, недостаточно людей, что приводит к несоблюдению технической дисциплины (несвоевременная установка и повторная установка конусов), и, как следствие, к существенному снижению качества льносырья. Поэтому вариант технологии ВТ 04 — с ручной установкой конусов не всегда позволяет получать прибыль. Однако, в этом варианте снижения качества льносырья меньше на 10...30% по сравнению с другими базовыми вариантами технологии. Поэтому базовый вариант технологии ВТ 04 является наиболее распространенным и приемлемым в настоящее время.
Для использующихся в настоящий момент базовых вариантов технологии уборки влажного льносырья характерны большие качественные потери и низкая рентабельность (рисунок 4.2). Во многих льнохозяйствах не имеют возможности соблюдать все агротребования при возделывании, что негативно сказывается на качестве льносырья. При производстве льна-долгунца хозяйствами используются материалы и средства, приобретенные по рыночным ценам, в то время как цены на льносырье, сдаваемое ими на льнозаводы, значительно ниже рыночных. В таких производственных условиях введение в технологию новых машин, применение перспективных вариантов технологии, полная механизация уборки не приведут к увеличению рентабельности льноотрасли, так как указанные действия неизбежно влекут за собой повышение себестоимости технологии.
Эффективность использования базовых вариантов технологии в сложившихся производственных условиях. Из проведенного анализа следует, что использование базовых вариантов технологии уборки влажного льносырья в указанных производственно-финансовых условиях неэффективно. Для увеличения рентабельности отрасли необходимо создать благоприятные производственно-финансовых условиях.
