Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и проблемы совершенствования технологий и средств механизации для возделывания картофеля 9
1.1 Характеристика картофеля как культуры, требования к условиям произрастания 9
1.2 Почвенно-климатические условия Республики Беларусь 11
1.3 Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Беларусь 12
1.4 Особенности технологий возделывания картофеля, применяемых в Республике Беларусь 18
1.5 Особенности технологий уборки картофеля 21
1.6 Послеуборочная доработка картофеля и подготовка семян к посадке 24
1.7 Обоснование приоритетов повышения урожайности и ресурсосбережения путем совершенствования технологии возделывания картофеля 26
1.8 Постановка проблемы, цель работы и задачи исследований 28
2. Разработка и обоснование параметров лотковой камеры протравливания 32
2.1 Анализ существующих средств механизации для протравливания семенного картофеля 33
2.2 Исследование движения клубня с микрокомком, перемещающегося в зоне обработки по наклонной плоскости 45
2.3 Исследование воздействия капель распыленной рабочей жидкости на микрокомки и растительные примеси при движении клубней семенного картофеля в зоне обработки 50
2.4 Исследование и обоснование основных конструктивных элементов камеры протравливания семенного картофеля 61
2.5 Результаты экспериментальных исследований процесса протравливания семенного картофеля в лотковой камере 67
2.5.1. Методика лабораторных опытов 73
2.5.2. Методика лабораторно-полевых опытов 74
2.5.3. Методика хозяйственных испытаний 76
2.5.4. Исследование геометрических и массовых характеристик клубней и примесей 78
2.5.5. Результаты исследований повреждения клубней в процессе протравливания 80
2.5.6. Результаты поисковых исследований 81
2.5.7. Оптимизация процесса протравливания семенного картофеля...89
2.5.8. Результаты определения области оптимума 92
2.5.9. Результаты хозяйственных испытаний 96
2.5.10. Заключение 100
3. Результаты исследований препаратов «Полиазофос», «Полислав» и их использование в технологии возделывания картофеля 101
3.1 Заключение 112
4. Технологические приемы обработки почвы под картофель и ухода за посадками планчато-зубовыми и диско-зубовыми ротационными рыхлителями 113
4.1 Обоснование перспективных технологий и комплексов машин для подготовки почвы к посеву и междурядных обработок картофеля 113
4.2 Исследование взаимодействия ротационных планчато-зубовых рыхлителей с почвой 120
4.2.1. Задачи и предпосылки для теоретических исследований 121
4.2.2. Определение кинематических характеристик планчато-зубового ротационного рыхлителя 123
4.2.3. Определение технологических характеристик планчато-зубовых рыхлителей 129
4.2.4. Анализ влияния параметров планчато-зубовых барабанов-рыхлителей на показатели рабочего процесса 135
4.3. Расчёт параметров планчато-зубового барабана 141
4.3.1. Силовой расчет планчато-зубового барабана 141
4.3.2. Процесс вычесывания сорняков зубовым рыхлителем 145
4.3.3. Сбрасывание сорняков с зубьев барабана 149
4.3.4. Влияние вынужденных колебаний зуба на процесс вычесывания сорняков 153
4.4. Технологические испытания комбинированных почво обрабатывающих агрегатов с ротационными планчато-зубовыми рыхлителями 156
4.4.1. Предпосылки применения приспособлений к плугам для дополнительной обработки почвы 157
4.4.2. Анализ существующих приспособлений к плугам для дополнительной обработки почвы 158
4.4.3. Ротационный планчато-зубовый рыхлитель для дополнительной обработки почвы при отвальной и безотвальной вспышке 159
4.5. Исследования эффективности нарезки гребней под картофель культиватором с диско-зубовыми гребнеобразователями и планчато-зубовыми рыхлителями 166
4.6. Сравнительная технологическая оценка эффективности междурядной обработки посадок картофеля культиватором с диско-зубовыми и планчато-зубовыми рабочими органами 170
4.7. Совершенствование технологических процессов осенней и весенней подготовки почвы, междурядных обработок и окучивания картофеля 175
4.8. Технологии подготовки гряд, междурядных обработок и окучивания с применением культиватора-грядообразователя-окучника КГО-3,0 при возделывании картофеля 184
4.9. Заключение 204
5. Экономическая эффективность технологий и средств механизации для возделывания картофеля и реализация результатов исследований 205
5.1. Методика расчета параметров камеры протравливания 205
5.2. Реализация результатов исследований 208
5.3.Расчет экономической эффективности от новых элементов ресурсоэффективной технологии возделывания картофеля 214
5.3.1. Расчет экономической эффективности от использования ресурсосберегающей технологии протравливания семенного картофеля и лотковой камеры 214
5.3.2.Расчёт экономической эффективности от использования комбинированных почвообрабатывающих агрегатов на базе чизельных плугов разных модификаций (культиваторов комбинированных универсальных) 217
5.3.3.Расчёт экономической эффективности от использования культиваторов-грядообразователей-окучников КГО-3,0, КГО-3,6 220
5.3.4. Заключение 222
Общие выводы и рекомендации производству 225
Литература 230
Приложения 250
- Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Беларусь
- Исследование движения клубня с микрокомком, перемещающегося в зоне обработки по наклонной плоскости
- Обоснование перспективных технологий и комплексов машин для подготовки почвы к посеву и междурядных обработок картофеля
- Расчет экономической эффективности от использования ресурсосберегающей технологии протравливания семенного картофеля и лотковой камеры
Введение к работе
Увеличение производства, повышение качества и уменьшение себестоимости возделывания картофеля - «второго хлеба» для населения Республики Беларусь и Российской Федерации - является приоритетным направлением развития экономики этих стран.
В настоящее время производство картофеля характеризуется высокими ресурсными затратами. Так, на возделывание 1 га картофеля по Республике Беларусь затрачивается в среднем 500 чел.-ч. Наибольшие затраты энергии приходятся на обработку почвы при возделывании и извлечении картофеля из почвы: затраты энергии на обработку почвы в процессе возделывания составляют 30-35 % от общих затрат; 60-65 % затрат энергии приходится на подкапывание и сепарацию почвы в процессе уборки. В связи с несовершенными способами и средствами механизации для обработки почвы под картофель потери клубней за картофелеуборочным комбайном достигают 5 % и более. Наличие посторонних примесей в ворохе картофеля после комбайновой уборки составляет до 10 % [88, 89,90,265].
Отечественная промышленность не выпускает почвообрабатывающих машин, обеспечивающих эффективное «вычёсывание» сорняков из почвы, особенно наиболее злостных из них, таких, как пырей и осоты.
Наибольшие перспективы при возделывании картофеля представляет интегрированное земледелие, позволяющее снизить энерго- и трудозатраты, уменьшить применение минеральных удобрений и пестицидов, уменьшить экологически опасные нагрузки на окружающую среду при получении высоких урожаев.
В странах Запада серьёзные подвижки в сторону перехода от интенсивного земледелия к интегрированному делаются на правительственном уровне. К примеру, в Голландии в восьмидесятые годы применение химических препаратов в сельском хозяйстве достигло такого уровня, который наносил значительный ущерб окружающей среде. По этой причине правительство Голландии в 1990 году опубликовало многолетний план защиты сельскохозяйственных культур. Этот план предусматривал сокращение к 2000 году объёма применяемых пестицидов в 2 раза и минимизацию нежелательных побочных эффектов. С этого времени средний уровень применения пестицидов, в частности, препаратов для внесения в почву, неуклонно уменьшается. Современные технологии интегрированного земледелия заменили применение химических препаратов [306].
В США при выращивании сельскохозяйственных культур широко используются варианты технологий интегрированного земледелия с рациональным использованием растительных остатков, разработанные за последние десятилетия учёными 14 американских университетов [305].
Обработка почвы во все времена была и остаётся фундаментальной основой земледелия. По мнению многих исследователей, правильная и качественная обработка почвы может сформировать до 25 % урожая [305,329].
В последние десятилетия ошибки в обработке почвы способствовали, к примеру, появлению такого среднего количества сорняков на полях Беларуси, которые, по данным Белорусского научно-исследовательского института защиты растений, ещё в 1998 г. способны были вынести с каждого гектара от 150 до 200 кг NPK и являлись резерватом инфекций культурных растений. То есть, превышение допустимых порогов засорённости полей сорняками настолько велико, что носило и носит характер «зелёного пожара» [4] и, по мнению исследователей, расширение объёмов применения гербицидов ситуацию кардинально не поправит, но приведёт к резкому увеличению загрязнения окружающей среды. Основной упор должен быть сделан на современную агротехнику.
При производстве картофеля важное место отводится мероприятиям по оздоровлению посадочного материала, физиологическому стимулированию прорастания и профилактической обработке. Эти мероприятия реализуются в процессе протравливания картофеля. По имеющимся данным, средняя прибавка урожая за счёт весеннего протравливания семенных клубней составляет от 10 до 25 %, а выход картофеля стандартной фракции повышается на 15-25 % . При этом в 2,5 раза снижается поражённость растений и клубней нового урожая болезнями, на 8-10 % повышается всхожесть растений. Дополнительный чистый доход за счёт прибавки урожая и улучшения его качества составляет 300 долларов США/га и более [5,6]. При проведении весеннего протравливания клубней совместно с нанесением на их поверхность химических стимуляторов роста урожайность повышается на 20-29 %, а дополнительный чистый доход составляет 370-460 долларов США/га. Затраты на протравливание окупаются при использовании полной нормы препарата и крупнокапельного опрыскивания клубней в 7,4 - 14,6 раза, а при ультрамалообъёмном опрыскивании, когда экономно расходуются пестициды - в 72 - 399 раз [4].
Отечественная промышленность сельскохозяйственного
машиностроения пока не выпускает средства механизации для обработки семенного картофеля защитно-стимулирующими препаратами. Наиболее слабым звеном устройств, применяемых для этой цели, является недостаточное качество распыления рабочей жидкости, несоблюдение требований охраны труда обслуживающего персонала и защиты окружающей среды от загрязнения ядохимикатами [7,9]. Целью диссертационной работы является повышение эффективности возделывания картофеля путём: разработки технических и технологических основ создания новой базы интегрированного земледелия; включая создание новых рабочих органов для лущения стерни, основной безотвальной
обработки и культивации почвы, подготовки семенного ложа под картофель, обеспечивающих снижение энерго- и трудозатрат при улучшении качественных показателей, уменьшении количества применяемых гербицидов; создания лотковой камеры протравливания картофеля с диско-вентиляторной распылительной системой «Шквал» для мелкокапельного диспергирования рабочей жидкости в зону обработки; разработки экологически безопасных защитно-стимулирующих комплексов, на основе микро- и макроудобрений и способов их применения.
В связи с этим автором изысканы, исследованы и обоснованы параметры комбинированных универсальных агрегатов, разработаны защитно-стимулирующие комплексы семейства «Полиазофос», «Полислав» и способы их нанесения на вегетирующий картофель.
Результаты исследований используются РУП «Гомельский завод литья и нормалей», ОАО «Металлоконструкции», ЗАО «Славянская технология» (г. Гомель), ОАО «Гомельский химический завод».
Технические решения по разработанным устройствам и комплексам защитно-стимулирующим «Полиазофос», «Полислав» содержат 84 изобретения СССР, России, Республики Беларусь и Украины.
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук профессору Петровцу В. Р., за квалифицированные консультации, а также всем сотрудникам НИИ, МИС и хозяйств способствовавших проведению исследований и испытаний.
Автор выносит на защиту следующие основные полученные результаты:
ресурсоэффективную технологию возделывания картофеля, которая включает осеннюю и весеннюю подготовку семенных клубней, состоящую из их доочистки и нанесения на поверхность последних разработанных комплексов защитно-стимулирующих, подготовку почвы, состоящую из осенней или весенней основной её обработки, культивации, и образования семенного ложа, а также междурядных обработок.
технологическую схему и результаты испытаний оборудования для протравливания семенного картофеля ОПС-1А.
результаты теоретических исследований по уменьшению отделения примесей в процессе протравливания семенного картофеля и математическую модель процесса обработки семенного картофеля комплексами защитно-стимулирующими в лотковой камере протравливания;
результаты исследований и испытаний комплексов защитно-стимулирующих «Полислав» и «Полиазофос»;
технологическую схему и результаты испытаний ресурсосберегающего универсального комбинированного агрегата на базе чизельного плуга, для основной безотвальной обработки почвы, лущения стерни с мульчированием почвы, культивации почвы, а также заделки органических и минеральных удобрений;
технологическую схему и результаты испытаний ресурсосберегающего комбинированного агрегата на базе плуга с отвальными корпусами для основной обработки почвы, культивации , а также заделки органических и минеральных удобрений;
технологическую схему и результаты испытаний культиватора для образования гряд, гребней, междурядных обработок и окучивания картофеля;
результаты теоретических исследований планчатозубового рыхлителя и обоснование его параметров.
Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Беларусь
Фосфор нужен для образования в растениях картофеля протоплазмы и других сложных белковых соединений. Если в почве не хватает фосфора, то задерживается развитие растений, особенно цветение и созревание, замедляется рост корней.
При недостатке калия листья приобретают бронзовость, становятся морщинистыми и преждевременно отмирают. Недостаток кальция и магния сказывается на поступлении в растения других питательных элементов. Основополагающий Государственный стандарт СССР ГОСТ 21290-70 по обеспечению растений минеральным питанием предусматривал наряду с указанными выше макроэлементами обеспечение растений и микроэлементами, в том числе солями меди, железа, бора, марганца, цинка, молибдена и др. [174,189,192]. Соединения микроэлементов активизируют обменные процессы, протекающие в растительных клетках. Они необходимы растениям в биохимических процессах, происходящих при дыхании и фотосинтезе, обладают высокой степенью каталитических свойств, способствуют образованию хлорофилла. При этом, применение микроэлемента цинка изменяет проницаемость клеточных мембран, применение кобальта - проницаемость плазмолеммы, применение молибдена улучшает поглощение растениями фосфора, применение марганца влияет на передвижение фосфора из стареющих листьев картофеля к молодым, применение меди и бора улучшает поступление в растения азота и т. п. Картофель является ведущей продовольственной культурой в Российской Федерации [323] и в Республике Беларусь. В условиях суверенитета он может стать одним из источников поступления валютных средств за счет экспорта продовольственного картофеля, семян и крахмала. При уборке картофеля необходимо учитывать, что он менее восприимчив к повреждениям, когда уборка осуществляется в сухую и теплую погоду. При температуре окружающей среды ниже 16С количество повреждений повышается, а уборка картофеля при температуре ниже 7...8С приводит к резкому их увеличению [150,151,155,207,208,209,212]. Территория Республики Беларусь составляет 207,6 тыс. км2. В ее составе 6 областей, 118 районов, 96 городов, 111 поселков городского типа. Поверхность равнинная. По почвенным условиям территория Республики Беларусь делится на три зоны: Северная (30%), Центральная (43% территории) и Южная (27%). Если в Северно-западном округе почвенный покров представлен суглинистыми и супесчаными дерново-подзолистыми почвами, то в Юго-восточном округе -почвы песчаные и супесчаные [220]. Климат - умеренно-континентальный. Средняя температура января от +4,4С на юго-западе до -8С на северо-востоке, июля соответственно от 17С до 19 С на Юге. Количество осадков от 500 до 700 мм в год. Почвы преобладают дерново-подзолистые. Смешанные леса занимают свыше 1/3 территории РБ. Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Беларусь Специализация агропромышленного комплекса Республики Беларусь в наиболее обобщенном виде ранее определялась как производство мясомолочной продукции с развитым картофелеводством. Приоритетное развитие картофелеводства подтверждается целым рядом показателей. Беларусь входит в число восьми самых крупных производителей картофеля в мире и занимает первое место по производству в расчете на душу населения. Обеспеченность картофелем достигает 700 - 1000 кг на одного человека в год, в то время как в среднем в мире - 50 - 55 кг. Выращиванию культуры благоприятствуют почвенно-климатические условия. В республике имеются система производства, заготовки, сбыта и переработки картофеля, парк специализированных машин и предприятия по их производству, высококвалифицированные кадры [146,147]. За последние годы произошло сокращение посевных площадей в обще ственном секторе с 289 тыс. га в 1990 г. до 58 тыс. га в 2003 г. (табл. 1.1). Посадка картофеля в личных подсобных хозяйствах населения, наоборот, увеличилась. Результатом указанного выше явилось резкое падение производства картофеля в сельхозорганизациях. Так, если в 1990 г. сельхозорганизациями было произведено 3965 тыс. тонн картофеля, то в 2003 г. - всего 786 тыс. тонн (табл. 1.2). Население в целом не может обеспечить интенсивный характер возделывания культуры, плохо снабжается чисто сортовым и качественным семенным материалом, пестицидами и удобрениями, ориентировано на натуральный характер использования продукции. Поэтому урожайность клубней по республике снизилась, к примеру, с 137 т/га в 1991 г. до 10,9 т/га в 2002 г., возросла вредоносность болезней, особенно грибных, вредителей и сорных расте-ний.[143,149] Основными причинами изменения ситуации в общественном секторе картофелеводства Республики Беларусь следует признать: 1. Разрушение существовавшей в границах СССР плановой системы сбыта картофеля; 2. Уменьшение среднесписочного числа работников сельхозорганизаций уменьшилось с 1067800 чел. в 1990 г. до 430200 чел в 2003 г., т.е. в 2,48 раза (табл. 1.3); 3. Уменьшение основы энергетики в растениеводстве - числа тракторов всех модификаций с 126200 в 1990 г. до 64500 в 2003 г., т.е. в 1,96 раза (табл. 1.4); 4. Уменьшение внесения в сельхозорганизациях средств защиты растений с 2,9 кг/га в 1990 г. до 1,2 кг/га в 2003 г., т.е. в. 2,42 раза (табл. 1.5); 5. Уменьшение количества вносимых на 1 га пашни минеральных удобрений с 271 кг/га до 149 кг/га, т.е. в 1,82 раза (табл. 1.6); 6. Уменьшение количества вносимых на 1 га пашни органических удобрений с 13,8 т/га до 6,2 т/га, т.е. в 2,2 раза (табл. 1.7).
Исследование движения клубня с микрокомком, перемещающегося в зоне обработки по наклонной плоскости
Учитывая крайне недостаточную исследованность способов и устройств протравливания семенного картофеля и экологическую опасность протравителей необходимо проведение исследований прежде всего на предмет обеспечения экологической состоятельности и ресурсоэффективности разрабатываемой камеры протравливания.
На основании анализа многообразия средств механизации для протравливания семенного картофеля можно выделить следующие классификационные признаки. Протравливатели подразделяются по способу применения на передвижные и монтируемые на картофелесажалки; по способу нанесения препарата - сухое, мокрое и увлажнённое протравливание; по устройству перемещения клубней в зоне обработки - на барабанные, лотковые, транспортёрные, валико-вые, инерционно-гравитационные, дисковые; по способу действия - непрерывного и периодического действия [1,15, 16, 32,49, 50, 60, 63, 75, 76,107].
Сформулируем основные требования к технологической схеме исследуемого протравливателя картофеля, которые дополняют известные агротехнические требования [31,100, 109, 122]. - степень эффективного покрытия поверхности клубня рабочей жидкостью не менее 90 % [2, 17,18,19, 33, 77]. - расход рабочей жидкости не более 4 10" м /кг протравливаемого картофеля при весенней обработке и не более 2 10 6 м3/кг при осенней обработке семенных клубней [25, 26,27, 28, 29, 31]; - возможность нанесения на поверхность клубней контактных и системных препаратов, их смесей, стимуляторов роста и микроудобрений [19]. Технологический процесс протравливания семенного картофеля заключается в следующем. Загрузочным транспортером клубни подаются в камеру протравливания на ее загрузочный лоток, скатываясь по которому они очищаются от грязевых и растительных примесей и попадают в зону обработки камеры. При качении по наклонным обрезиненным пруткам в зоне обработки камеры сверху на клубни подается распыленная рабочая жидкость, диспергируемая диско-вентиляторным распылителем. Скатываясь с обрезиненных прутков зоны обработки, клубни попадают на выгрузной лоток камеры протравливания, при контактировании с поверхностью которого скорость клубней уменьшается и затем они попадают в бункер-накопитель или кузов транспортного средства. Подача рабочей жидкости на диско-вентиляторный распылитель производится с помощью специального блока гидрокоммуникаций. Для отбора перспективных конструктивных элементов камеры протравливания, обеспечивающих наименьшее загрязнение окружающей среды ядохимикатами (загрязнение происходит при отделении грязевых и растительных примесей в зоне обработки камеры протравливания и попадании на них рабочей жидкости), обратимся к некоторым положениям теории В. П. Горячкина [67] о движении тела по наклонной фрикционной плоскости: 1. Поступательное движение круглого тела по плоскости под действием трения переходит сначала в качение-скольжение, а затем - чистое качение. 2. Вращающееся тело, положенное на плоскость, действием сцепления с плоскостью также сначала катится и буксует, а затем катится. 3. Качение тела по плоскости не может перейти в качение-скольжение, так как при этом действием скольжения вращение тела тотчас увеличивается и качение-скольжение перейдет в качение. Установлено, что при скольжении клубней (на наклонных ленточных транспортерах и других подобных устройствах) вероятность повреждения их кожицы больше, чем при чистом качении. Клубни картофеля имеют форму, наиболее близкую к эллипсоиду, но клубни некоторых сортов близки по форме к шару. В первом приближении, устанавливая реальную картину качения со скольжением, наиболее удобно принимать клубень за шар (сферу). Получаемые при этом зависимости с достаточной для инженерных расчетов достоверностью определяют движение клубня [64]. Исследования [5, 64, 65, 142, 257] показали, что при качении-скольжении клубней по поверхности ленточного наклонного транспортера вместе с повреждением кожицы клубней наблюдается и повышенное, в сравнении с чистым качением картофеля по наклонной неподвижной плоскости, отделение грязевых и растительных примесей (оставшихся на поверхности клубней семенного картофеля в процессе их очистки от грязевых и растительных примесей и сортировки). Отсюда следует вывод, что, с целью уменьшения отделения грязевых и растительных примесей в зоне обработки семенного картофеля защитно-стимулирующими препаратами и уменьшения повреждений кожицы клубней, поверхность устройства для перемещения картофеля в зоне обработки должна быть неподвижной. Созданию средств механизации обработки семенного картофеля защитно- стимулирующими препаратами и в странах СНГ, и за рубежом до настоящего времени не уделялось должного внимания. В результате создание средств механизации процесса обработки клубней отстало в сравнении с соответствующими средствами для протравливания семян зерновых и технических культур. Подтверждением такого отставания является отсутствие соответствующих машин серийного производства во многих странах, в том числе и странах СНГ и незначительная информация об их разработке. В связи с отсутствием серийных средств механизации, обеспечивающих необходимые параметры обработки в подавляющем большинстве хозяйств, возделывающих картофель, в нарушение технологии подготовки семенного картофеля к хранению и посадке, операция протравливания не производится или производится с применением малоэффективных и не предназначенных для этой цели средств (ранцевых опрыскивателей, опыливателей, брандспойтов). В последние годы и научно-исследовательскими организациями, и отдельными авторами предложены решения, представляющие интерес в научном плане и которые могут быть использованы при создании протравливателей. Эти технические решения либо являются типичными для реализации одного из указанных выше способов протравливания, либо в рамках одного способа выражают направления развития средств механизации. С целью обеспечения системного анализа преимуществ и недостатков конструкций протравливателей введем общие спецификации к рисункам 2.1 -2.3: 1. Устройство подачи картофеля в протравливатель; 2. Устройство приема картофеля; 3. Устройство придания картофелю вращательного движения; 4. Устройство накопления препарата; 5. Устройство дозирования препарата; 6. Устройство подачи препарата в зону обработки; 7. Устройство герметизации рабочих органов; 8. Устройство сбора не осевшего на клубни препарата (отработанного препарата); 9. Устройство отделения примесей от отработанного препарата; Ю.Устройство возврата отработанного препарата на повторное использо вание; 11.Устройство выгрузки протравленного картофеля. Способ мокрого протравливания реализован учеными Украинского научно-исследовательского института картофельного хозяйства (УкрНИИКХ) [34] в протравливателе клубней барабанного типа (рис. 2.1 а).
Обоснование перспективных технологий и комплексов машин для подготовки почвы к посеву и междурядных обработок картофеля
С целью проверки гипотезы о том, что оптимальный угол направляющей кромки ограничительного экрана диско-вентиляторного распылителя находится в пределах 0,7 - 0,9 рад проведен однофакторный эксперимент. Существенность влияния фактора на критерий оптимизации определяли с помощью сопоставления расчетного значения критерия Фишера с табличным.
Анализ зависимости равномерности распределения распыленной рабочей жидкости по длине лотка камеры протравливания от угла направляющей кромки ограничительного экрана диско-вентиляторного распылителя (рис. 2.9д) показал, что в интервале изменения углов 0,7 - 0,9 рад закономерность равномерности распределений распыленной рабочей жидкости по ширине зоны обработки камеры протравливания в зависимости от угла направляющей кромки ограничительного экрана диско-вентиляторного распылителя является обратной в сравнении с зависимостью подачи рабочей жидкости в зону обработки камеры протравливания (рис 2.9г). Кроме того, поскольку Fpac4cyui = 2,94 больше табличного FTa6jlcyui = 2,6, то подтверждается предположение, что угол направляющей кромки ограничительного экрана диско-вентиляторного распылителя оказывает существенное влияние на равномерность распределения распыленной рабочей жидкости в зоне обработки камеры протравливания. Подтверждается также гипотеза, что оптимальный угол направляющей кромки ограничительного экрана диско-вентиляторного распылителя находится в пределах 0,7 -0,9 рал, хотя равномерность распределения распыленной рабочей жидкости в зоне обработки камеры протравливания при углах направляющей кромки ограничительного экрана больше 0,9 рад является наивысшей и стабильной, подача распыленной жидкости в зону обработки камеры протравливания по сравнению с подачей рабочей жидкости на диско-вентиляторный распылитель постоянно уменьшается.
При исследовании процессов, в которых участвуют и взаимодействуют несколько факторов, задача их оптимизации в изменяющихся условиях является многофакторной и ее решение можно ускорить, если применить специальные методы планирования эксперимента [97, 108, 111, 112, 113]. Использование этих методов позволяет значительно сократить количество опытов по сравнению с однофакторным экспериментом, появляется возможность обобщить материалы исследований и дать им статистическую оценку.
При решении экстремальной задачи предусматривается ряд исследовательских этапов. Вначале проводят серию предварительных экспериментов, затем по их результатам получают представление о степени влияния отдельных факторов на параметр оптимизации. После этого с помощью небольшого числа опытов определяют правильность направления исследований и находят область оптимума, используя при этом уравнение регрессии первого порядка. На последнем этапе проводят серию опытов для описания поверхности отклика полиномом второго порядка. Получив математическую модель процесса, проводят ее анализ на экстремум для отыскания оптимального сочетания факторов в исследуемом объекте.
Цель эксперимента в большинстве случаев - установление закономерностей влияния одних параметров (факторов-аргументов) на другие результативные показатели. Обозначим факторы-аргументы через Хь Х2, ... Хп, а результативный показатель - через у. Тогда названные выше закономерности чаще всего выражаются в виде уравнения
В теории планирования и обработки данных эксперимента функция чаще всего представляет собой линейную или квадратичную зависимость. Квадратичная зависимость чаще всего используется при обработке данных экстремального эксперимента [267].
Существенность влияния на У учтенных факторов с учетом степеней свободы определяют с учетом F-критерия. Используя таблицы распределения F-критерия, можно оценить существенность влияния на У переменных Хь ... Хп. F-критерий используется при построении уравнения (2.5.6) еще и потому, что заранее неизвестно, будет ли заданная, например, линейная или квадратичная функция достаточно точно описывать изучаемую закономерность. Если точность достаточна, то уравнение (2.5.6) адекватно описывает это явление. Адекватность оценивают следующим образом. С одной стороны, не используя никакого уравнения, группируют экспериментальный материал и оценивают факторную дисперсию у, т.е. ту часть общей дисперсии, которая связана с изменением факторов. С другой стороны, ту же дисперсию находят из уравнения (2.5.6). Если найденные дисперсии близки, то модель (2.5.6) считается адекватной. В дальнейшем изложении будем обозначать Рад-критерий, оценивающий адекватность, Fcyui- оценивающий существенность влияния факторов.
При построении уравнения возникает вопрос, следует ли включать в уравнение все его члены или только часть. Гипотеза о равенстве нулю отдельных коэффициентов проверяется на основе t-критерия Стьюдента. Наблюдаемые значения t-критерия рассчитывались и можно было бы гипотезу о равенстве нулю коэффициентов не проверять, так как расчет уравнения проводился методом шаговой регрессии. Это означает, что в уравнение сначала включается тот член, который влияет наиболее существенно, затем следующий по силе влияния и т.д. При этом подсчитывается исправленный коэффициент корреля-ции R. Он сначала растет, а затем начинает убывать. Модель с наибольшим R является наилучшей. Как правило, максимальному R соответствует минимальная ошибка регрессии. Строятся не уравнения регрессии, а эмпирические формулы, значение коэффициента корреляции подсчитывалось и оно приводится в каждой модели.
Для построения функции типа (2.5.6) ниже приведены следующие характеристики точности уравнения: средняя ошибка регрессии GE, наблюдаемые и табличные значения Рад, Fcyui и др.
Наиболее важным показателем качества протравливания семенного картофеля согласно «Агротехническим требованиям на транспортировщик-протравливатель семенного картофеля» [31] является полнота протравливания. Согласно же «Агротехническим требованиям на протравливатель семенного картофеля ПСК-20» [109] наиболее важным показателем протравливания является степень покрытия рабочей жидкостью поверхности семенных клубней.
Расчет экономической эффективности от использования ресурсосберегающей технологии протравливания семенного картофеля и лотковой камеры
Одним из важнейших направлений интегрированного земледелия является поиск путей увеличения отдачи от вносимых минеральных и органических удобрений путем более полного использования их растениями и, одновременно, уменьшения загрязнения окружающей среды химическими веществами, поскольку не использованные растениями минеральные удобрения и компоненты органических удобрений (например, азот) попадают в грунтовые воды, реки, озера и водоемы.
Вторым не менее важным направлением интегрированного земледелия является обеспечение фунгицидной защиты растений с помощью химических веществ, которые при подавлении грибных болезней усваивались бы растениями в качестве элементов питания, а их токсичность представляла бы меньшую опасность для окружающей среды, чем высокотоксичные химические препараты, имеющие чисто фунгицидную основу[131].
Внесение минеральных удобрений в кг. д. в. на 1 га пашни по Республике Беларусь в 2003 г. в сравнении с 1990г. уменьшилось с 271 кг/га до 149 кг/га, т. е. на 45%, внесение органических удобрений уменьшилось за этот же период с 13,8 тонн на 1 га пашни до 6,2 тонн, т. е. на 55%. Дефицит минерального питания растений делает крайне актуальным вопрос повышения эффективности использования удобрений.
Семейство препаратов «Полиазофос», «Полислав», предложенных нами и представляющих собой сложные органоминеральные комплексы, позволяет улучшить усваиваемость растениями макроудобрений, усилить фунгицидную защиту и повысить урожайность картофеля.
Государственный стандарт СССР ГОСТ 24290-70 предусматривает комплексное обеспечение растений питанием, содержащим макроудобрения, в т. ч. азот, фосфор, калий (N, Р, К), и микроудобрения (соли меди, железа, бора, марганца, цинка, молибдена и др.). К сожалению, в СССР системные исследования были проведены только по трем макроудобрениям (N, Р, К). По микроудобрениям проблемой явились исследования соотношений их массовых процентов под разные сельскохозяйственные культуры.
Для обеспечения картофеля полноценным минеральным питанием и выполнения ГОСТ 24290-70, нами были разработаны комплексы защитно-стимулирующие (КЗС) «Полиазофос», «Полислав», «Полислав-1» и «Полислав-2» содержащие препараты, отличающиеся соотношением массовых процентов микроудобрений и макроудобрений. Для улучшения технологических свойств КЗС в их состав были введены органические компоненты.
Целью разработки комплексов защитно-стимулирующих было обеспечение растений минимальными стартовыми дозами микроудобрений в легкоусваиваемой форме. Одновременно ставилась цель усиления фунгицидной защиты и повышения устойчивости растений к болезням.
В зависимости от соотношения массовых процентов в КЗС могут преобладать компоненты солей меди или цинка, которые придают ему ярко выраженные фунгицидные свойства («Полиазофос ПКС-2», «Полиазофос ПКС-1», «Полиазофос К-1» - торговые названия соответственно «Полиазофос», «Полислав-1», «Полислав»). Научно-исследовательскими учреждениями Республики Беларусь и России подтверждено, что эти препараты эффективны при подавлении грибных болезней на картофеле (ризоктониоза, фитофтороза, альтернариоза и т. д.), увеличении урожая.
В 1998 году отделом защиты картофеля от вредителей, болезней и сорняков Белорусского научно-исследовательского института защиты растений (БелНИИЗР) на опытном поле проводилось изучение эффективности защитно-стимулирующего комплекса «Полиазофос» в борьбе с возбудителем фитофтороза картофеля. При этом подтверждено, что защитно-стимулирующий комплекс «Полиазофос» обладает не только фунгицидными свойствами, но и позволяет, улучшая усваиваемость растениями минерального питания, дополнительно увеличивать урожайность картофеля (табл. 3.1).
Данные таблицы 3.1 подтверждают целесообразность введения в состав фунгицидов таких микроэлементов, как цинк, железо, бор, марганец, молибден и др. Так использование препаратов «Полиазофос» позволило повысить урожайность картофеля в сравнении с контролем на 105,9%, в то время как использование фунгицида «Браво-500» повысило урожайность лишь на 84,9% (при одинаковой биологической эффективности схемы с использованием препаратов «Полиазофоса» и фунгицида «Браво-500»).
В лабораторных условиях было изучено защитное и иммунизирующее (системное) действие препаратов «Полиазофос», и установлено, что иммунизирующее (системное) действие выявлено у препаратов «Полиазофос» и «Полислав-2», то есть подтверждено, что эти препараты являются полифункциональными иммуномодуляторами. В том же 1998г. лабораторией комплексных исследований БелНИИЗР в совхозе Ветковский Ветковского р-на Гомельской области и на опытном поле БелНИИЗР (п.Прилуки Минского р-на Минской обл.) произведена оценка эффективности препаратов «Полиазофос» против фитофтороза картофеля (табл. 3.2).
Почвенные характеристики опытного участка - совхоз «Ветковский»: почва дерново-подзолистая, супесчаная, содержание органического вещества 1,3%, КгО - 180 мг/кг, Р2О5 - 160 мг/кг почвы, рН 6,8. Опытный участок БелНИИЗР: почва дерново-подзолистая, суглинистая, содержание органического вещества 2,1%, минеральные удобрения N90, NHO, К150, органические удобрения - 100 т/га.
