Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы и задачи исследования 13
1.1 Тенденции развития свекловодства и условия возделывания сахарной свеклы в России и Республике Башкортостан с учетом природно-климатических условий 13
1.2 Существующие технологии возделывания и уборки сахарной свеклы 22
1.3 Анализ работы машин и рабочих органов, применяемых для возделывания и уборки сахарной свеклы 24
1.4 Анализ научных исследований и пути совершенствования технологий и машин по возделыванию и уборке сахарной свеклы 40
1.5 Постановка проблемы и задачи исследования 46
2 Разработка обобщенной структурно-техно логической модели оценки и совершенствования технологий возделывания и уборки сахарной свеклы 52
2.1 Системный анализ технологического процесса возделывания и уборки сахарной свеклы 53
2.2 Обобщенная модель оценки технологии возделывания сахарной свеклы 66
2.3 Анализ и оценка технологий возделывания сахарной свеклы 77
2.4 Основные направления совершенствования технологий возделывания и уборки сахарной свеклы 86
Выводы по главе 90
3 Технология и машины для обработки почвы и посева сахарной свеклы 92
3.1 Требования к физико-механическим свойствам почвы 92
3.2 Выбор способов основной обработки почвы 94
3.3 Обоснование параметров рабочих органов и машин для предпосевной обработки почвы 96
3.4 Физико-механические свойства семян и биологические факторы развития растений 105
3.5 Обоснование параметров высевающего аппарата 108
3.6 Обоснование параметров рабочих органов для ленточного внесения гербицидов 111
3.6.1. Исследование и обоснование параметров фильтра тонкой очистки 111
3.6.2. Выбор конструктивных параметров распылителя и места его установки на сеялке 116
3.7 Разработка рабочих органов для послойной заделки семян и гербицидов в почву 122
3.7.1 Обоснование параметров загортача-почвоотвода 125
3.7.2 Обоснование основных параметров направителей почвы загорточа-почвоотвода 130
3.7.3 Обоснование параметров загортача для заделки гербицида 137
3.8 Сравнительные опыты по изучению припосевного и предпо севного ленточного внесения гербицидов 139
Выводы по главе 142
4 Совершенствование технологий и рабочих органов машин для ухода и уборки сахарной свеклы 146
4.1 Выбор типа и обоснование параметров рабочих органов для ухода за посевами 146
4.1.1 Кинематика движения ротора 154
4.1.2 Определение ширины защитной зоны и обоснование диаметра диска 156
4.1.3 Обоснование количества зубьев на диске и роторе 162
4.1.4 Определение скоростей и ускорений точек ротора. Характер отбрасывания почвенной частицы при вращении ротора... 164
4.1.5 Обоснование угла наклона ротационного рабочего органа к вертикали 171
4.1.6 Результаты полевых исследований 174
4.1.7 Качество рыхления почвы и уничтожения сорняков 178
4.1.8 Повреждаемость культурных растений в зависимости от ширины защитной полосы 180
4.2 Разработка и обоснование параметров рабочего органа для доочистки корнеплодов 182
Выводы по главе 193
5 Технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследований и рекомендации производству 196
5.1 Сравнительная оценка технологий возделывания и уборки сахарной свеклы 196
5.2 Технико-экономическая оценка 201
5.3 Рекомендации производству 208
Общие выводы 210
Литература 215
Приложение 241
- Тенденции развития свекловодства и условия возделывания сахарной свеклы в России и Республике Башкортостан с учетом природно-климатических условий
- Системный анализ технологического процесса возделывания и уборки сахарной свеклы
- Анализ и оценка технологий возделывания сахарной свеклы
- Обоснование параметров рабочих органов и машин для предпосевной обработки почвы
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время более 40% сахара, производимого в мире, получают из корнеплодов свеклы. В Российской Федерации сахарная свекла - одна из важнейших технических культур, ее возделывают на площади около 1 млн га.
Одним из крупных регионов возделывания сахарной свеклы и выработки сахара является Республика Башкортостан, где посевные площади этой культуры составляют более 70 тыс. га.
Для удовлетворения потребностей населения Республики сахаром необходимо довести урожай корнеплодов сахарной свеклы до 250...300 и более центнеров с гектара, причем с наименьшими затратами ручного труда. Затраты на возделывание культуры велики: на один гектар площади они составляют 350...450 чел.-ч вместо возможных 50...60 чел.-ч, на один центнер продукции - 1,8...3,5 чел.-ч вместо 0,5...0,6 чел.-ч. Основной причиной высоких затрат труда на производство единицы продукции является значительная доля ручного труда при прополке сорняков, прореживании, формировании густоты растений и доочистке головок корнеплодов от зелени.
Исследования рабочих органов сельхозмашин, применяемых в современной технологии производства сахарной свеклы, показывают, что значительная их часть не отвечает предъявляемым требованиям. Для них характерно низкое качество выполнения технологических процессов. Это прежде всего относится к рабочим органам культиватора, сеялки, опрыскивателей для внесения гербицидов и заделки их в почву, до-очистки головок корнеплодов от оставшейся ботвы.
Рабочие органы культиватора УСМК-5,4 для предпосевной обработки почвы недостаточно полно отвечают агротребованиям, особенно по равномерности глубины обработки. Неравномерная обработка почвы влечет за собой заделку семян на разные глубины. Каждая посевная секция сеялки, прикрепленная к раме параллелограммным четырех-звенником, копируя поверхность почвы, заделывает семена на свою глубину, что не всегда соответствует заданной. В рыхлой почве заделка семян, как правило, глубже, чем в уплотненной. Семена, заделанные на разную глубину, всходят неравномерно: продолжительность полных всходов длится от 7 до 20 дней. Это осложняет проведение первой междурядной обработки в агротехнические сроки, поскольку подрастающие сорняки закрывают рядки, в таком случае возможна только ручная прополка. Для того чтобы выровнять появление всходов, свекловоды заведомо увеличивают норму высева семян, получая в итоге чрезмерно загущенные всходы. Это в свою очередь увеличивает затраты ручного труда на прореживание.
Свекловичные сеялки с высевающими дисками с двумя и тремя рядами ячеек высевают до 50 семян на 1 пог.м, что завышает норму высева семян. Всходы получаются сильно загущенными, увеличиваются затраты ручного труда на прореживание и формирование густоты всходов. К тому же в этот период ощущается острый недостаток рабочих рук. Во многих хозяйствах нагрузка на одного человека составляет 2...5 га, и сроки прореживания свеклы сильно затягиваются. Сахарная свекла сильно угнетается сорными растениями, которые, используя из почвы питательные вещества и влагу, значительно задерживают рост и развитие культуры и тем самым снижают урожай. Прополка сорняков -наиболее трудоемкая операция, на которую затрачивается от 40 до 50 % труда, что составляет примерно 100 чел.-ч/га.
Сорные растения уничтожаются агротехническим, механическим и химическим методами. Как показывает практика, при повышенном за сорении пахотного горизонта семенами сорняков, которые способны прорастать на протяжении всего периода вегетации, полностью уничтожить растущие сорняки исключительно путем применения агротехнических мероприятий не удается. Поэтому повсеместно применяется химический метод борьбы с сорняками, то есть использование гербицидов.
Применяемые способы внесения гербицидов на поверхность почвы (сплошное или ленточное) не совсем эффективны из-за неравномерной заделки их в почву и большого расхода на единицу площади. При ненадлежащей заделке препарата в почву улетучиваются действующие вещества, окружающая среда загрязняется ядовитыми веществами, нарушается экология. Ленточное внесение гербицидов перед посевом сокращает их расход, но имеет недостатки: требуются громоздкое оборудование, дополнительный трактор с трактористом на время посева; увеличивается расход ГСМ, снижается полевая всхожесть семян, как следствие, падает урожайность, недобор которого может составить 15...20%, а сахара соответственно-0,22...0,54 т/га [62, 68, 69, 71, 107].
Ленточное внесение гербицидов одновременно с посевом недостаточно внедряется в производство по причине несовершенства рабочих органов опрыскивателя и плохой заделки препарата в почву [67, 76, 77].
Для уничтожения сорняков в междурядьях и содержания почвы в рыхлом состоянии используются плоскорежущие лапы. Однако они не полностью подрезают сорняки по всей ширине захвата, что требует дополнительных затрат на междурядную прополку.
При уборке ботвы существующие доочистители оставляют до 15% зелени, что не отвечает требованиям ГОСТ на качество урожая. Оставшиеся на свекле черенки длиной 1...2 см при хранении способствуют потере общей массы до 27%, сахара - 8,9% [236, 237]. За сутки из-за не равномерного среза головок свеклы теряется в среднем 0,0223% сахара [28, 172, 174]. Вследствие этого зелень на головке очищается вручную, увеличиваются затраты труда.
Поэтому создание новых и модернизация существующих рабочих органов машин для возделывания и уборки сахарной свеклы с целью повышения качества выполнения технологических операций, снижения расхода энергоресурсов и затрат ручного труда являются актуальной проблемой.
Агротехнические показатели возделывания и уборки сахарной свеклы, условия функционирования сельскохозяйственных машин при выполнении технологических операций изменяются в широких пределах. Так, физико-механические свойства почвы, процент засоренности посевов сорными растениями и т.д. имеют широкий диапазон изменения в зависимости от климатических факторов.
Качественное выполнение агротехнических приемов по возделыванию и уборке сахарной свеклы и обеспечение оптимальных условий для роста и развития растений необходимы при любых почвенно-климатических условиях.
Агротехнические приемы по возделыванию и уборке сахарной свеклы состоят из нескольких технологических операций: это основная и предпосевная обработка почвы, посев, уход за посевами, уборка урожая. Неполное или некачественное выполнение хотя бы одного из элементов этих операций в конечном итоге приводит к увеличению энергоресурсных затрат и снижению урожая.
Анализ работ показывает, что качество выполнения технологических операций по возделыванию и уборке сахарной свеклы можно повысить путем модернизации существующих и создания новых рабочих органов. Сокращение затрат на энергоресурсы возможно путем совер шенствования технологий внесения и заделки гербицидов в почву, посева и ухода за посевами, а также доочистки головок свеклы от остатков ботвы.
Диссертационная работа направлена на решение этих проблем.
Диссертация изложена на 240 страницах машинописного текста; состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций для производства, приложений. Список литературы включает в себя 255 источников, из них 8 на иностранных языках..
В первой главе «Современное состояние проблемы и задачи исследования» приведены результаты анализа тенденций и развития современного свекловодства и условий возделывания сахарной свеклы в России и Республике Башкортостан, существующих технологий, машин и рабочих органов для возделывания и уборки сахарной свеклы; рассмотрены и определены перспективные направления развития машин и рабочих органов для возделывания и уборки сахарной свеклы, а также моделей взаимодействия рабочих органов с почвой. Сформулирована научная проблема, выдвинута гипотеза, определены цель и задачи исследования.
Вторая глава «Разработка обобщенной структурной модели оценки и совершенствования технологии возделывания и уборки сахарной свеклы» посвящена структурно-технологическому анализу и оценке технологий возделывания и уборки сахарной свеклы. Это позволило получить передаточные коэффициенты и целевые функции поэтапной оптимизации и наметить пути совершенствования существующей технологии возделывания и уборки сахарной свеклы.
В третьей главе «Обоснование технологии и машин для обработки почвы и посева» изложены результаты разработки и создания рабочих органов машин для предпосевной обработки почвы, высева се мян, ленточного внесения и послойной заделки семян и гербицидов в почву одновременно с посевом, а также представлены конструктивные параметры разработанных рабочих органов.
В четвёртой главе «Совершенствование технологии, машин и рабочих органов для ухода и уборки сахарной свеклы» представлены результаты по совершенствованию типа и обоснованию параметров рабочих органов машин для ухода за посевами и уборки корнеплодов.
Пятая глава «Технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследования и рекомендации производству» посвящена технико-экономическому обоснованию внедрения результатов исследований, разработке рекомендаций производству, здесь приводится схема предлагаемой технологии возделывания и уборки сахарной свеклы и ее технико-экономическая оценка.
Изложены общие выводы, приведен список использованной литературы и представлены приложения.
Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований доложены на Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение агротехнических показателей, технического уровня и качества сельхозмашин для зоны орошаемого земледелия» (г. Ташкент, 1984 г.); научно-техническом совете МСХ Башкирской АССР (г. Уфа, 1984 г.); научно-практической конференции «Внедрение научно обоснованных систем земледелия» (г. Челябинск, 1985 г.); научно-практической конференции «Достижения науки в земледелии и селекции - в производство» (г. Уфа, 1985 г.); научно-техническом совете Башгосагропрома, (г. Уфа, 1989 г.); научно-практической конференции «Пути интенсификации возделывания технических и пропашных культур в Башкортостане» (г. Уфа 1992 г.); научно-практической конференции института зернового хозяйства (г. Шортанды, 1993 г.); научно практической конференции, посвященной 75-летию Татарского НИ ИСХ, (г. Казань, 1996 г.); научно-практической конференции «Проблемы селекции и интенсификации земледелия в Башкортостане» (г. Уфа, 1997 г.); второй республиканской научно-практической конференции по энергосбережению (г. Уфа, 1999 г.); научно-технических конференциях Челябинского агроинженерного университета (г. Челябинск, 2001...2005 гг.).
Публикации. Список основных публикаций по материалам диссертации включает в себя 48 работ, в том числе одна монография, четыре рекомендации, одно авторское свидетельство, один патент РФ, 41 научная статья.
Практическая ценность исследования. Теоретические и экспериментальные исследования получили практическую реализацию в совершенствовании технологии возделывания и уборки сахарной свеклы в Республике Башкортостан.
Научно-техническим советом Министерства сельского хозяйства БАССР принято решение (1984 и 1989 гг.) внедрить результаты исследований в хозяйствах республики. Согласно совместному приказу МСХ и Госкомитета БАССР по производственно-техническому обеспечению сельского хозяйства за №55/30 от 8.02.1985 г. изготовлены рекомендованные рабочие органы и внедрена усовершенствованная технология в 22 районах Республики.
Результаты исследований включены в научно обоснованную систему земледелия по зонам РБ в 1982 и 1990 гг. и в систему ведения агропромышленного производства по зонам РБ в 1991 и 1997 гг.
Внедрение разработанных рабочих органов и усовершенствованной технологии в Республике Башкортостан позволило снизить затраты труда с 4,6 чел.-ч/ц продукции в 1979 г до 0,6 чел.-ч/ц в 1996 г, а в передовых хозяйствах до 0,2...0,3 чел.-ч/ц.
Основные положения, выносимые на защиту:
- усовершенствованная технология возделывания и уборки сахарной свеклы;
- разработанные и модернизированные рабочие органы сельхозмашин для возделывания и уборки сахарной свеклы;
- технология ленточного внесения гербицидов в защитную полосу рядка одновременно с посевом;
- разработанный рабочий орган загортач-почвоотвод для послойной заделки семян и гербицидов в почву;
- разработанный рабочий орган - доочиститель головок сахарной свеклы.
Тенденции развития свекловодства и условия возделывания сахарной свеклы в России и Республике Башкортостан с учетом природно-климатических условий
Человечество в процессе своей многовековой истории окультурило более тысячи видов сельскохозяйственных растений, служащих удовлетворению многообразных физиологических потребностей. Среди огромного разнообразия сельскохозяйственных культур наиболее ценной в пищевом отношении является сахарная свекла [21, 122, 243]. Сахарная свекла - единственная культура в стране, из которой вырабатывается сахар. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 16...20 % сахара (сахарозы). При переработке корнеплодов на заводах из каждого центнера получают 10...12 кг сахара, 85 кг жома и 4...6 кг патоки (мелассы). В 100 кг корнеплодов содержится 25,7 корм, единиц. Сахар - ценнейший из продуктов питания, один из основных источников углеводов. Он хорошо усваивается организмом человека и способствует сохранению и быстрому восстановлению его работоспособности. Название «сахар» санскритского происхождения: оно образовано от слова «саркара» - гравий, песок. Сахар относится к числу высококалорийных энергетически ценных продуктов. Так, сто граммов сахара содержат 390 килокалорий, а такое же количество ржаного хлеба - 204, говядины первой категории -154, молока - 62. История этой культуры уходит в далекое прошлое. Свекла была известна ещё в Киевской Руси, о чем имеются свидетельства X - XI вв. В России с давних времён вялили и сушили корнеплоды свеклы, брюквы и репы, варили из них сироп для подкормки пчёл и изготовления настоек. Из-за специфического запаха и вкуса употребление свеклы являлось уделом бедняков [21, 243]. В XIV веке сначала в Германии, а затем во Франции и Италии крестьяне возделывали красноокрашенные формы свеклы; в пищу употребляли не только корнеплоды, но и получаемый при варке сладкий сироп красивого красного цвета. В XV-XVI веках свекла как кормовая культура становится известной в Западной Европе. Немецкий учёный Маргграф в 1747 г. впервые обнаружил в свекле кристаллическое вещество. В середине XVIII в. в России предпринимается попытка изыскать способ получения кристаллического сахара из местного сырья. В 1792 году московский аптекарь И.Я. Биндгейм опубликовал результаты своих опытов по извлечению сахара из корнеплодов свеклы [122, 243]. Постепенно сахарная свекла как источник сахарного сырья распространилась по всем континентам. Эта теплолюбивая и требовательная к условиям произрастания культура освоена даже в Сибири. Россия является одной из ведущих стран мира по производству свекловичного сахара. Площади сахарной свеклы в мире составляют 8,5...9,0 млн га, в том числе в России - 0,9 млн га (табл. 1.1). В мировом валовом сборе корнеплодов свеклы России принадлежит 7...8% [183, 243]. Для производства сахара из собственного сырья в России необходимо выращивать не менее 40 млн т корнеплодов. Близкий к этому урожай сахарной свеклы был получен в 1989 году - 37,4 млн т корнеплодов с площади 1474 тыс. га. Максимальные площади сахарной свеклы в Республике Башкортостан в 1980 г. составили 81,9 тыс. га. Наибольшая урожайность корнеплодов (22,7 т/га) была получена в 1999 году. За 10 лет (1988...1997 гг.) средняя урожайность сахарной свеклы составила 17,1 т/га, объем заготовки - более 1288 тыс. т в год.
В Башкортостане работают четыре сахарных завода (Карламанский, Мелеузовский, Чишминский и Раевский), обеспечивающие переработку свекловичного сырья в оптимальные сроки и вырабатывающие 120...135 тыс. т сахарного песка. Для обеспечения потребности в сахаре республике требуется производить не менее 150... 170 тыс. т. Поставленную задачу можно решить при наличии посевных площадей сахарной свеклы не менее чем 80 тыс.га, со среднегодовой урожайностью корнеплодов до 22,0...22,5 т/га. Выращиванием сахарной свеклы занимаются 26 районов. 60% площади посева сахарной свеклы размещены в Предуральской степной зоне, 25% - в южной лесостепи. В республике накоплен опыт получения высоких урожаев этой культуры: в некоторых хозяйствах в течение многих лет урожайность составляет 20...25 и более т/га.
Наиболее стабильно свеклосахарная отрасль в Башкирии развивалась в период 1980... 1990 гг. За это время площадь посевов свеклы стабилизировались в пределах 76,0...81,9 тыс. га при урожайности 17,0...20,0 т/га. С начала реформирования народного хозяйства, особенно после 1993 года, посевные площади и урожайность сахарной свеклы стали сокращаться, что объясняется слабой технической оснащенностью, недоступностью для свекловодов дорогостоящих техники, гербицидов, удобрений, ГСМ, качественных семян и других ресурсов. Динамика развития свекловодства в республике за 40 лет (1961...2003 гг.) показана в табл. 1.2 и на рис. 1.1. Таким образом, несмотря на спады в отдельные годы, свекловодство в республике продолжает развиваться. При надлежащем ресурсном обеспечении можно получать урожаи более 25,0-30,0 т/га, что позволит удовлетворить потребности республики в сахаре.
Системный анализ технологического процесса возделывания и уборки сахарной свеклы
Технологический процесс возделывания и уборки сахарной свеклы состоит из множества отдельных элементов, которые оказывают существенное влияние на все факторы производства сахарной свеклы. На основе проведенных исследований установлено, что процесс роста и развития растений и формирование урожая зависят от плодородия и состояния почвы, обеспеченности теплом и влагой, качества посевного материала, последовательности и эффективности воздействия рабочих органов и машин на почву в соответствии с технологическим процессом возделывания и уборки сахарной свеклы. Поэтому последовательное выполнение рабочими органами каждого элемента технологического процесса должно отвечать агротехническим требованиям и биологическим фазам развития растений.
Анализ технологического процесса возделывания и уборки сахарной свеклы позволяет выделить пять этапов (рис. 2.1). В задачу первого этапа входит проведение всего комплекса основной обработки почвы. Основными показателями оценки выполнения технологических операций являются плотность сложения почвы (р, г/м3), равномерность глубины обработки почвы (аа, см), степень крошения почвы (К, %), степень уничтожения сорняков (S, %). Второй этап включает в себя элементы подготовки почвы к посеву, предназначенные для улучшения состояния почвы и борьбы с сорняками. Кроме перечисленных выше, дополнительно учитываются показатели выровненности поверхности поля (V, %) и влажности почвы (W, %).
Структурно-технологическая схема анализа показателей технологии возделывания и уборки сахар-ной свеклы: р - плотность сложения почвы, г/м ; аа - равномерность глубины обработки почвы, см; К - степень крошения почвы, %; S - степень уничтожения сорняков, %; V - выравненность поверхности поля, см; W - влажность почвы, %; Н - норма высева семян, кг/га; Нг - норма внесения гербицидов, кг/га; ас - равномерность глубины заделки семян, см; В - всхожесть растений, %; Г - густота посева растений, %; 3 - засоренность защитной зоны, %; Р - полнота рыхления междурядья, %; У - урожайность сахарной свеклы, ц/га; П - повреждаемость корнеплодов, %; С - степень снижения потерь при уборке корнеплодов, %; Ч - чистота корнеплодов, % -fc. Третий этап характеризуется подготовкой посевного материала и посевом сахарной свеклы. Качество посева сахарной свеклы оценивается нормой высева семян (Н, кг/га), нормой внесения гербицидов (Нг, кг/га); равномерностью глубины заделки семян и гербицидов (стс, см).
Четвертый этап охватывает технологические операции по уходу за растениями. В процессе биологического развития растений требуется обеспечить их достаточным количеством влаги и тепла. Качество проводимых операций в период ухода за растениями оценивается полнотой рыхления междурядья (Р, %), всхожестью растений (В,%), густотой посева растений (Г, %); засоренностью защитной полосы (3, %).
Технологические операции пятого этапа предназначаются для уборки ботвы и корнеплодов. Своевременно подготовленное к уборке поле обеспечивает качественную уборку сахарной свеклы. Для этих целей предусматривается предуборочное удаление ботвы и доочистка корнеплодов. Показателями оценки качества предуборочного удаления ботвы являются полнота удаления ботвы, высота оставшейся частей ботвы, которые влияют на повреждаемость корнеплодов (П, %), степень потерь при уборке корнеплодов (С, %), чистоту корнеплодов (Ч, %) и в конечном итоге - на урожайность сахарной свеклы (У, ц/га).
В каждом этапе проводится цикл отдельных технологических операций, направленных на создание условий для интенсивного развития растений и накопления урожая. С позиции формирования показателей качества выполнения технологических операций следует изучить структуру всех операций применительно к используемым техническим средствам. Причем сущность выполнения технологических операций состоит в том, чтобы перевести обрабатываемый материал (почву и растения) из одного исходного состояния в другое - требуемое согласно агротехнике. При этом качество перевода должно рассматриваться в зависимости от работы рабочих органов и машин.
Используя топологический метод анализа процессов, рассмотрим существующую в Республике Башкортостан технологию возделывания и уборки сахарной свеклы (рис. 2.2, табл. 2.1) и представим ее в виде операторной схемы (рис. 2.3). Взаимодействие между почвой и растениями отражается внутренними связями на этапах и фазах наиболее интенсивного роста и развития растений. Стоками системы является результирующее состояние почвы П (плотность, влажность, фракционный состав и т.д.), ботвы Б (плотность ботвы, размерность, масса, полеглость ) и урожайности корнеплодов Ук (рис. 2.3). Жирными стрелками выделен последовательный процесс формирования урожая и его качественных показателей (развития растений) от семян до товарного корнеплода.
Все периоды развития растений, изменения физико-механических свойств почвы отличаются агробиологическими и морфологическими признаками. Для каждого этапа характерен цикл работ, выполняемый несколькими операциями. Тогда структурную схему и сигнальный граф возделывания и уборки сахарной свеклы можно представить следующим образом (рис. 2.4). Здесь обозначения Rb R2, R3 и R4 являются передаточными коэффициентами, характеризующими основную (Ri), предпосевную (R2) обработку почвы, посев семян (R3) и уход за растениями (Rj). Предуборочное удаление ботвы и уборка корнеплодов характеризуются передаточными коэффициентами RB и RK.
Анализ и оценка технологий возделывания сахарной свеклы
Реализация общей модели оценки технологии возделывания сахарной свеклы предусматривает рассмотрение и анализ существующих технологий. В Республике Башкортостан в основном применяются индустриальная и интенсивная технологии возделывания свеклы. Они включают в себя размещение культуры по лучшим предшественникам, усовершенствованные способы обработки почвы, научно-обоснованные дозы удобрений в расчёте на запланированный урожай, интегрированную защиту растений от вредителей, болезней и сорняков, механизированный и комплексный уход за посевами, поточный способ уборки урожая, использование гибридных семян и др. Такая технология при своевременном и качественном выполнении всех рекомендованных приёмов по продуктивности не уступает зарубежным, однако по эксплуатационным затратам и себестоимости продукции менее рентабельна [94].
Астраханская технология предусматривает ленточное внесение гербицидов перед посевом и работу машин по направляющим щелям при посеве и междурядной обработке. Свекловичные сеялки и культиваторы снабжаются щелерезами, которые служат ориентирами при движении агрегата. Однако нарезка щелей повышает расход топлива на 15...25%, а при ориентировании агрегата по щелям - еще на 10... 15%, требуется большее количество тракторов в период посевной. Кроме того, при щелевании из-за оттока влаги в щели и повреждения корневой системы растений снижается урожайность [101].
Основными проблемами при возделывании сахарной свеклы являются снижение энергозатрат и уменьшение ручного труда для производства 1 ц корнеплодов. Причиной высоких затрат являются все еще невысокая культура земледелия, сильная засоренность плантаций, неэффективная защита растений, нехватка современных средств механизации, некачественное выполнение машинами элементов технологии и др. Применяемые в настоящее время технологии возделывания свеклы имеют ряд недостатков: - сплошное внесение гербицидов, некачественное внесение и заделка их в почву, из-за чего теряется эффективность препарата, увеличивается расход гербицидов; - ленточное внесение гербицидов перед посевом требует использования громоздкого оборудования, большого расхода энергоресурсов; - большой расход семенного материала (5...10 кг/га); - ручное прореживание растений и прополка сорняков; - ручная доочистка головок корнеплодов от остатков ботвы; - некачественное выполнение рабочими органами машин элементов технологии, приводящее к увеличению энергозатрат и повышению затрат ручного труда.
В условиях рыночных отношений, функционирования различных форм собственности свеклосеющие хозяйства испытывают потребность в адаптивных технологиях, обеспечивающих экономию ресурсов, полную механизацию процессов возделывания сахарной свеклы и повышающих уровень продуктивности.
Для повышения рентабельности свеклопроизводства при совершенствовании технологии возделывания и уборки сахарной свеклы большое значение имеет посев семян с расчетом на конечную густоту стояния растений, полное уничтожение сорняков в защитной полосе рядка и механизированную доочистку головок корнеплодов от зелени, что при имеющейся технологии выполняется с большими затратами ручного труда. Сахарная свекла должна выращиваться с минимальными затратами ручного труда, с использованием усовершенствованной технологии, что предполагает качественное выполнение всех технологических элементов рабочими органами машин при соответствующей оснащенности хозяйств техникой, удобрениями и другими необходимыми ресурсами.
При проведении расчетов основным показателем оценки технологии возделывания и уборки сахарной свеклы использовались затраты, приходящиеся на выполнение технологической операции как на отдельном этапе, так и по всей технологии.
Общая математическая модель задач линейного программирования при анализе выполнения технологических операций на этапе включает минимизируемую целевую функцию, систему ограничений, объем и агротехнические сроки выполнения работ, а также условия неотрицательности переменных.
Обоснование параметров рабочих органов и машин для предпосевной обработки почвы
Предпосевная обработка почвы начинается с ранневесеннего рыхления и выравнивания поверхности почвы для сохранения влаги. Разрыхленный мелкокомковатый поверхностный слой быстро подсыхает, но под ним почва долгое время остается влажной [114, 130, 134, 137, 138,142, 143, 160,221..223]. Предпосевная культивация выполняется непосредственно перед посевом сахарной свеклы. При этом осуществляется рыхление почвы до мелкокомковатого состояния на глубину заделки семян, выравнивается поверхность поля, уничтожаются проростки и всходы сорняков. Выровненная поверхность поля и глубина рыхления являются основными факторами, влияющими на всхожесть семян сахарной свеклы [244]. Выровненность поля находят по разнице между фактическими гребнистостями до и после прохода агрегата в процентах. Размещение семян (плотность сложения почвы от 0,9 г/см ), при котором отсутствуют необходимые контакты с почвенными частицами, отрицательно влияет на начальный рост растений. Наиболее высокая полевая всхожесть семян и лучший рост растений достигаются при мелкокомковатой (1...10 мм) структуре почвы, находящейся над семенами. При увеличении количества комьев размером свыше 10...20 мм до 20% и более полевая всхожесть семян может снижаться в два раза [9, 23,24, 96...99, 116, 117]. Исходя из этих требований, нами проведены исследования по выбору рабочих органов для предпосевной обработки почвы. В качестве объекта исследований были выбраны два культиватора для предпосевной обработки почвы: УСМК-5,4 со стрельчатыми и сдвоенными бритвенными лапами и КЛ-1 с S-образным пружинным рабочим органом.
Характеристика почвы перед проведением исследований: влажность почвы в горизонте 0...5 см составила 18,6 %, 5,1...10 см -23,1 %, твердость - 1,2 МПа, плотность - 1,1 г/см3. Схема обработки почвы культиватором УСМК-5,4 перед посевом показана на рис. 3.2. Рыхление почвы производится двусторонними лапами 1 или бритвенными лапами 2, затем почва уплотняется прутковыми роторами 3 и выравнивается шлейфами 4. Технологическая схема обработки почвы рабочими органами культиватора КЛ-1 показана на рис. 3.3. Поверхность почвы выравнивается выравнивателем 1, после чего производятся рыхление и вычесывание сорняков зубовыми рабочими органами 2, рыхление почвы S-образными пружинными рыхлителями 3 и подпочвенное уплотнение почвы прутковыми роторами с созданием мульчирующего слоя почвы. Рис.3.2 Схема обработки почвы культиватором УСМК-5,4: 1 - стрельчатая лапа; 2 - бритвенная лапа; 3 - прутковый ротор; 4 - шлейф Рис. 3.3 Схема обработки почвы культиватором КЛ-1: 1 - выравниватель; 2 - вычесыватель сорняков; 3 - S-образный пружинный рыхлитель; 4 - прутковый ротор Проведенные исследования показали, что бритвенные лапы культиватора УСМК-5,4 более равномерно подрезают почву по сравнению со стрельчатыми лапами. Однако равномерное подрезание почвы происходит не по всей ширине лапы. Ближе к стойке почва подрезается на установленную глубину, а концы лап, в результате их изгиба, обрабатывают почву на меньшую глубину. Исследования рабочих органов культиваторов на предпосевной обработке почвы под сахарную свеклу позволили выбрать соответствующие типы рабочих органов (табл. 3.2, 3.3, 3.4). Результаты исследований показали, что стрельчатые лапы культиватора УСМК-5,4 не производят предпосевную обработку почвы на глубину 3,0 см для посева свеклы сеялкой ССТ-12Б (как рекомендуется требованиями). Сошники максимально заглубляются в почву, выбирая все имеющиеся люфты в четырёхзвенниках секций культиватора. В результате каждая пара стрельчатых лап, установленная на одном грядиле, обрабатывает на разную глубину, и поэтому взрыхленный культиватором слой почвы на разных участках имеет различную глубину, поверхность почвы остаётся невыровненной, гребнистой (табл.3.2). Разница во влажности почвы в основании и вершине гребня достигает 50...60%. В результате интегральный показатель качества сложения почвы - полевая всхожесть семян - уменьшается на 8...12% по сравнению с потенциально возможной. Односторонние лапы-бритвы имеют преимущество перед рабочими органами зубовых борон и пропашных культиваторов. Их угол вхождения не превышает 12, что обеспечивает равномерность глубины обработки на 51 % (табл. 3.2). Недостаток их заключается в том, что в процессе работы концы горизонтальных режущих лезвий загибаются вверх, нарушают равномерность глубины рыхления и на уплотнённых 100 почвах уменьшают установленную глубину рыхления. Отклонение от установленной глубины у бритвенных лап составляет 1,9 см, у стрельчатых - 2,5 см, у S-образных рыхлительных лап в пределах агротребо-ваний - до 0,5 см.
