Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса 11
1.1 Современное состояние производства картофеля в Республике Ингушетия 11
1.2 Краткая характеристика технологий возделывания картофеля 13
1.3 Агротехнические требования предъявляемые к уборке картофеля 17
1.4 Краткое обоснование выбора объекта и технологии уборки картофеля 18
1.5 Проблемы и пути повышения качества механизированной уборки картофеля 24
1.6 Анализ повреждения клубней картофеля рабочими органами картофелекопателей 30
Глава 2 Условия проведения опытов и методики исследований 37
2.1 Краткая характеристика агроклиматических и почвенных условий зоны проведения исследований 37
2.1.1 Агроклиматические условия зоны проведения исследований 37
2.1.2 Характеристика почв зоны проведения исследований 42
2.2 Краткая биологическая характеристика исследуемых сортов картофеля 45
2.2.1 Краткая биологическая характеристика сорта Волжанин 45
2.2.2 Краткая биологическая характеристика сорта Лорх 46
2.3 Особенности агроклиматических условий зоны проведения исследований для возделывания картофеля 47
2.4 Место и схема проведения опыта 51
2.5 Программа и методики проведения исследований технологического процесса уборки картофеля 54
2.5.1 Программа исследований 54
2.5.2 Методики проведения испытаний технологического процесса уборки картофеля 55
2.5.2.1 Методика проведения исследований по изучению формирования клубней картофеля в гнезде 55
2.5.2.2 Методика проведения исследований распределения клубней картофеля относительно оси посадки 55
2.5.2.3 Методика проведения исследований по изучению структурного состава почвы 58
2.5.2.4 Методика проведения исследований по изучению травмированности клубней картофеля 58
2.5.5 Методика определения энергетических показателей картофелекопателя модернизированными рабочими органами 59
Глава 3 Обоснование предлагаемого технологического процесса и технических решений совершенствования уборки картофеля 60
3.1 Обоснование применения дискового культиватора для предуборочной подготовки картофельных гряд 60
3.2 Обоснование применения подкапывающего рабочего органа при уборке картофеля 64
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 68
4.1 Формирование клубней картофеля в гнезде 68
4.2 Распределение клубней картофеля относительно оси посадки 72
4.3. Краткое обоснование применяемого технологического процесса уборки картофеля 76
4.3 Исследования существующего и предлагаемого технологических процессов уборки картофеля 82
4.3.1 Исследования дискового культиватора для предуборочной подготовки рядов картофеля 82
4.3.2 Исследования картофелекопателя с прутковыми подкапывающими рабочими органами 84
4.4 Исследования агрегатного состава почвы 91
4.5 Исследования травмированности клубней картофеля 93
4.6 Урожайность исследуемых сортов картофеля 95
4.7 Лежкость исследуемых сортов картофеля 97
5 Технико-экономическая и энергетическая оценка эффективности применения усовершенствованного технологического процесса уборки картофеля 101
5.1 Расчет технико-экономических показателей 101
5.1.1 Расчет экономической эффективности от снижения повреждений 106
5.1.2 Расчет экономической эффективности от снижения потерь 107
5.2 Расчет энергетических показателей 109
Заключение 111
Рекомендации производству 113
Перспективы для дальнейшей разработки темы 113
Список использованной литературы 114
Приложения 127
- Краткое обоснование выбора объекта и технологии уборки картофеля
- Особенности агроклиматических условий зоны проведения исследований для возделывания картофеля
- Краткое обоснование применяемого технологического процесса уборки картофеля
- Лежкость исследуемых сортов картофеля
Краткое обоснование выбора объекта и технологии уборки картофеля
Мировая практика показывает, что при производстве картофеля по различным технологиям и почвам на уборку приходится от 40 до 60% общих затрат и примерно 35…70% - энергетических и трудовых затрат.
Обосновано это тем, что она является наиболее сложной технологической операцией из всех. Работы проводятся в основном в осенний период, время больших осадков и минимального испарения влаги, с сопровождением кратковременных низких температур и уборка частично недозревших клубней. В различных почвенно-климатических зонах приходится использовать ограниченное количество машин из-за невозможности выполнения уборочных работ и несоответствия при данных почвенно-климатических зонах агротехническим требованиям машинной уборки. На это оказывают влияние и факторы твердости и сыпучести почвы; рельеф и присутствие камней и глыб в почве. В зависимости от биологической урожайности и сорта уборочной машине необходимо пропустить более 1 тыс. тонн вороха из которого вес убранных клубней с гектара может быть от 10 до 70 т.
С учетом всех условий, определяют технологию и способ уборки – раздельный, поточный или комбинированный (таблица 1.2).
Раздельный способ уборки предусматривает применение различных картофелекопателей. Практика эксплуатации показала, что копатели имеют ряд преимуществ и недостатков. Преимущество перед комбайнами: малая стоимость; возможность работать на склонах более 30; малых участках с урожайностью не менее 10т/га; влажных, тяжелых и средних почвах; высокая маневренность. По выпуску и практическому применению в нашей стране наибольшее распространение получили различные копатели, которые широко используются в хозяйствах. Это не сравнить со странами Европы и в мировом масштабе, где в основном используется поточная технологический процесс уборки с применением копателей-погрузчиков и комбайнов (Костенко М.Ю., 1999; Борычев. С.Н., 2001).
Важной характеристикой копателей является снижение травмирования клубней при уборке. Имеются и недостатки: большие потери засыпанных клубней после недостаточной сепарации рабочих органов; низкие показатели производительности уборочных и транспортных машин; рабочих на подборе – высокие трудозатраты; при высоких скоростях уборки резкое снижение качества работы всех рабочих органов (сгруживание лемехов, неспособность элеваторов просеять почву, особенно при высокой влажности).
Практическое применение копатели нашли на малоконтурных участках и малых хозяйствах с небольшими участками 10…15 га, но являются незаменимыми при уборке семенного картофеля.
При выборе и определении научно и практически обоснованных параметров картофелеуборочных машин, необходимо учесть ряд основных требований: невысокая стоимость и эксплуатационные издержки; обеспечении агротехнических требований; минимальные энергозатраты; широкое распространение и применение.
В основном все копатели работают следующим образом: подрезанный лемехом пласт подается на основной и каскадный элеватор, где просеивается основная часть вороха, затем клубни с остатками вороха выгружаются вслед за копателем на убранный участок для дальнейшей подборки вручную.
Широкое распространение в малых и средних хозяйствах, исключительным для уборки картофеля является - элеваторный навесной картофелекопатель КТН-2В просеивающего типа. Общий вид и принципиальная схема работы основных механизмов копателя показаны на рисунке 1.2.
КТН-2В предназначен для выкапывания и частичного отделения клубней от примесей и укладки вслед за копателем на поверхность поля для дальнейшей подборки рабочими вручную. Машина работает при влажности до 27% с засоренностью участков камнями до 8…9 т/га и твердости почвы до 20 кг/см2. За час основного времени копатель обеспечивает выкапывание 0,25…0,47 га при рабочей скорости 1,8…3,4 км/ч. Агрегатируется с трактора тягового класса 1,4.
Основными недостатками копателя является: сгруживание пласта перед лемехом при высокой влажности и скоростях; низкая сепарирующая способность, что приводит к засыпанию выкопанных клубней почвой; низкая производительность.
При определении объекта для научно-обоснованной модернизации нами выбран картофелекопатель КТН-2В, как машина, имеющая наибольшее распространение в хозяйствах Республики Ингушетия для уборки картофеля. Обосновано это и тем, что в республике сократилось производство крупной техники, во многих хозяйствах картофель возделывается на небольших участках, особенно крестьянско-фермерских хозяйствах. Для этих целей вполне оправданным становится использование простых машин как картофелекопатель, совершенствование конструкции этих машин, способствущих снижению энергетических затрат, уменьшению травмирования и потерь клубней картофеля, повышению их производительности, что является актуальной задачей для исследований.
Исходя из широкого распространения машины в хозяйствах Республики Ингушетия, технологичности, малой стоимости и при усовершенствовании рабочих параметров, может обеспечить высокие агротехнические показатели и составить конкуренцию аналогам.
КТН-2В является наиболее близким по технической сущности и при доработке параметров может быть использована для уборки картофеля, с высокими технико-экономическими и эксплуатационными параметрами, как высокопроизводительная машина с наименьшим травмированием клубней из всех существующих решений в пределах АТП.
Необходимо усовершенствовать процесс подкапывания клубненосного пласта путм модернизации (пруткового) лемеха с целью установки оптимальной ширины захвата и улучшения процесса крошения пласта; установить отрезные диски, отделяющие клубненосный пласт от междурядий (междурядье не подкапывается) сокращая ширину захвата с целью уменьшения почвы попадающей на элеватор. Необходимо исследовать и обосновать формирование клубней в гнезде (в глубину, в ширину) для корректировки и установки оптимальной глубины и ширины подкапывания клубненосного пласта.
По мнению ученых автора нет необходимости подкапывать уплотненное междурядье где находится твердая почва и соответственно глыбы и комки больших размеров.
Особенности агроклиматических условий зоны проведения исследований для возделывания картофеля
Основные массивы возделывания картофеля (от 5 до 10 % всей посевной площади) сосредоточены в предгорной части республики и в речных долинах. Сюда входят Сунженский, Назрановский районы, где климатические условия способствуют получению высоких урожаев картофеля весенних посадок.
В отдельные годы в равнинных районах возможно вырождение картофеля от высоких температур в период клубнеобразования. Поэтому здесь наиболее эффективна летняя посадка, при которой клубнеобразование протекает при более низких температурах воздуха. Применение орошения также является мерой борьбы с вырождением картофеля. Наилучшие агрометеорологические условия складываются в предгорьях II и III агроклиматических районов, где успешному развитию картофелеводства способствуют достаточные запасы влаги в почве и умеренные температуры воздуха и почвы в период клубнеобразования.
Тепловые ресурсы территории позволяют выращивать различные по скороспелости сорта картофеля до высоты 1800-2000 м над уровнем моря. Выше этих отметок для возделывания картофеля уже не хватает тепла (Бар-кинхоев М.М., Хашагульгов Ш.Б., Тангиев М.И. и др., 2002).
В районах с показателями влажности менее 0,3 и суммой активных температур выше 3400 0С, где высокие дневные температуры и недостаточная влажность могут вызвать дегенерацию клубней, выращивание картофеля невыгодно. В районах с суммой температур 3000 0С и выше и индексом влажности от 0,3 до 0,4 экономический эффект от выращивания картофеля возможен только при орошении.
Рекомендуется сажать картофель после прогревания почвы на глубине высева клубней до 7 0С в то время, когда вероятность опасного замерзания (-2 0С) не превышает 20%. В районах с отметками не выше 600 м над уровнем моря такие условия складываются во второй декаде апреля, выше этой отметки – в третьей декаде апреля.
Скорость появления всходов картофеля зависит в основном от температуры; в условиях влажности - в меньшей степени, так как материнский клубень имеет большой запас влаги. Кроме того, в период посадки - рассады запасы влаги пахотного слоя обычно хорошие. Оптимальная температура для этого периода составляет 18-22 0С; при этой температуре всходы появляются на 20-25 день. В холодную погоду продолжительность межфазного периода посева - побегов увеличивается до 30 и более дней. Агротехника (предпосевная обработка семенного материала, глубина заделки семян), качество семенного материала и т.д. оказывают большое влияние на продолжительность периода. В условиях республики сеянцы обычно появляются поздно, на 28 или 40 день, в мае.
По мере роста картофеля потребность во влаге возрастает. В период рассады - почкования (вторая половина мая - первая половина июня) происходит формирование поверхности листьев. Отсутствие запасов влаги в это время может задержать рост верхушек и еще больше негативно повлиять на скорость роста клубней. В предгорьях агроклиматического региона запасы влаги в это время в верхнем слое почвы составляют 35-45 мм, что полностью удовлетворяет потребность растений во влаге, на равнине они удовлетворительные (20-25 мм).
Картофель предъявляет самые высокие требования к влажности в период цветения, что совпадает с началом клубнеобразования (вторая половина июня). Из-за недостатка влаги в это время листья картофеля увядают, перестают вырабатывать питательные вещества, необходимые для клубней, в результате чего рост клубней задерживается или прекращается (Баркинхоев М.М., Хашагульгов Ш.Б., Тангиев М.И. и др., 2002).
Во II и III агроклиматических районах с высотами ниже 500 м запасы влаги в период цветения сохраняются на удовлетворительном уровне, в отдельные годы они недостаточны (40-50 мм в полуметровом слое). В IV агроклиматическом регионе запасы влаги в почве обычно хорошие - 80-95 мм в полуметровом слое.
Температура воздуха выше 20 0С в течение периода роста верхушек может отрицательно повлиять на рост зеленой массы и вызвать сокращение периода клубнеобразования и, как следствие, снижение урожайности. В степных районах Ингушетии в конце июня, когда образование клубней уже началось, в степных районах Ингушетии обычно наблюдается устойчивый переход температуры воздуха выше 20 0С. Температурные условия в предгорных районах способствуют клубнеобразованию. Оптимальная температура в период клубнеобразования составляет 17-20 0С. Температура воздуха выше 23 0С вызывает замедление роста клубней; при температуре 25-27 0С клубни плохо растут, а при 29-30 0С их рост практически прекращается. Повторение таких температур в течение нескольких поколений приводит к вырождению картофеля. Районы, где вероятность таких лет составляет 80 % и более, благоприятны для выращивания картофеля (Баркинхоев М.М., Хаша-гульгов Ш.Б., Тангиев М.И. и др., 2002).
После массового цветения потребность во влаге у картофеля начинает уменьшаться. Резкое снижение происходит с началом отмирания верхушек, так как это совпадает с окончанием клубнеобразования. Обычно естественное отмирание голени наблюдается в течение июля-августа, в зависимости от сорта. Из года в год эти даты сильно различаются, в связи с этим время, затрачиваемое на очистку, совпадающее с окончанием увядания верхушек, колеблется из года в год и в среднем приходится на вторую-третью декады августа. Среднеспелые сорта картофеля в предгорной части республики высаживаются во второй декаде апреля, в горных районах с пониженным температурным режимом - во второй декаде мая. Всходы в зависимости от обеспеченности влагой появляются на 25-30-й день. Цветение картофеля начинается в середине июня, в отдельных районах - в конце июня-начале июля. Картофель поздних, сроков посадки зацветает во второй половине июля. Межфазный период цветение – увядания ботвы, когда происходит основной рост клубней, в зависимости от сорта и фона удобрения составляет 30- 60 дней (таблица 2.5).
Летние посадки картофеля производят во второй половине июня. В зависимости от условий увлажнения его всходы появляются на 17-25 день. Цветет картофель летними посадками во второй половине августа, более ранние сроки посадки - во второй половине июля. Иссушение начинается в середине октября; в отдельные годы его повреждают ранние осенние заморозки, в связи, с чем не всегда можно отметить его естественное увядание.
Для получения здорового посадочного материала использовали метод летних посадок. Летняя посадка картофеля обычно дает урожай ниже весеннего, однако качество семян, особенно раннеспелых сортов, намного лучше. При этом способе картофель высаживают во второй половине июня – первой декаде июля и период клубнеобразования сдвигается на вторую половину августа; таким образом, в Республике Ингушетия на процесс клубнеобразова-ния, продолжающийся 45-55 дней, приходится лишь 10-20 дней жаркого периода. На остальной территории во время летней посадки образование клубней происходит при температурах воздуха и почвы, близких к оптимальным для образования и роста клубней. Во время летних посадок сбор урожая картофеля происходит во второй половине октября, когда вероятность заморозков, опасных для верхушек (-2 0С), достигает 60 % (Баркинхоев М.М., Хаша-гульгов Ш.Б., Тангиев М.И. и др., 2002).
Краткое обоснование применяемого технологического процесса уборки картофеля
Уборка картофеля является наиболее трудоемкой технологической операцией. Сложность состоит в том, что она требует значительных трудовых ресурсов, так как с каждого гектара необходимо собрать и перевезти к местам хранения или реализации от 10 до 40, а при хорошей урожайности и до 70 т.
Организация уборки картофеля включает: выбор способа уборки и комплекса машин для е реализации, подготовка поля, правильное комплектование машинно-агрегатов и подготовки их к работе.
Проблемы уборки урожая картофеля заключаются в низком уровне механизации работ, велика доля ручного труда на подбор, сортировку клубней, и невысокой производительности уборочных агрегатов, а также в травмировании клубней во время их прохождения по сепарирующим органам уборочной машины.
Формирование урожая картофеля заканчивается периодом сушки верхушек, что свидетельствует о полной физической зрелости клубней. К этому времени накапливается максимальный урожай, и содержание сухого вещества и крахмала в клубнях увеличивается.
Существенное влияние на качественные показатели работы очистительного агрегата оказывает правильный выбор времени уборки. Сбор урожая следует планировать таким образом, чтобы он завершался не позднее периода снижения среднесуточной температуры воздуха до 5 ... 7 С, так как снижение температуры приводит к резкому увеличению числа механически поврежденных клубней. Сначала убирают семенные участки, а затем картофель для пищевых целей.
Эффективность уборки в значительной степени зависит от предпосевной подготовки полей, которая включает в себя методы ускорения созрева ния картофеля до сбора урожая, удаления верхушек, предуборочного разрыхления междурядий, разбивки поля на участки, загоны и создание мысов.
Мощная ботва часто является причиной забивания подкапывающих органов копателя, что влечет за собой дополнительные повреждения и потери клубней. Прием предуборочного ускорения созревания картофеля с последующим удалением ботвы (сеникация - предуборочная обработка надземной части культуры агрохимикатами) устраняет эти недостатки, способствует подсыханию грядок, что облегчает работу уборочной техники. При этом снижается число клубней с механическими повреждениями, предупреждается поражение клубней фитофторозом, улучшаются семенные и продовольственные качества картофеля (рисунок 4.8).
Сущность этого агроприема заключается в создании условий для искусственного старения листьев, ускорения оттока из них накопленных веществ в клубни, более быстрого вызревания последних. При этом наблюдается повышение урожая на 15….40%, увеличение крахмалистости клубней до 15….20%, которые к тому же приобретают более высокую устойчивость к повреждениям при механизированной уборке.
Сеникацию следует проводить путем опрыскивания растений за 20-25 дней до уборки смесью жидких комплексных удобрений (ЖКУ) марки N10 P34 в сочетании с гербицидом 2М-4Х (динотекс).
Предуборочное удаление ботвы делится на два технологических процесса: уничтожение надземной массы картофеля химическими препаратами (десикация - обработка препаратами способствующая формированию плотной кожуры клубней, снижая риск их травмирования во время сбора и транспортировки.) и собственно скашивание ее с дроблением.
Для удаления надземной массы ботвы механическим способом используют косилки – измельчители КИР-1,5. Высоту среза ботвы устанавливают в зависимости от применяемых на уборке картофеля машин. При уборке картофеля с помощью копателей высота среза верхушек должна быть не более 8... 10 см, при уборке комбайном - в пределах 18 ... 20 см (рисунок 4.8). Нередки случаи, когда ботву убирают только механическими способами при помощи ротационной косилки измельчителя КИР -1,5, агрегатируе-мой с тракторами МТЗ-80/82. Машина убирает ботву из двух грядок, измельчает и разбрасывает по полю.
После удаления ботвы, для уменьшения тягового сопротивления копателя и лучшего просыхания почвы, производится предуборочное рыхление междурядий на глубину 4…6 см. культиватором КОН-2,8.
Уборка - одна из наиболее трудоемких операций при производстве картофеля, на ее долю приходится 60…70% общих трудозатрат. Производительность уборочных агрегатов и качества уборки во многом зависит от четкого выполнения агротехнических требований и технологии уборки картофеля.
Наиболее прогрессивным способом является поточная уборка, позволяющая производить комбайновую уборку картофеля в широком диапазоне изменения почвенно-климатических условий.
Машины для уборки картофеля должны удовлетворять следующим требованиям. Комбайны должны работать на почвах с влажностью от 6 до 27% с урожайностью 80 ... 500 кг / га. При этом потери всех типов не должны превышать 3%. Чистые клубни в контейнерах должны составлять не менее 80%.
На легких и средних почвах допускается не более 5 % поврежденных клубней, а на тяжелых переувлажненных и каменистых – не более 12 %.
Рабочие органы комбайнов должны хорошо приспосабливаться к микрорельефу поля и обеспечивать равномерную глубину хода лемехов.
Производительность картофелеуборочного комбайна должна быть не менее 0,35 га/ час.
Создать комбайн, удовлетворительно работающий во всех условиях уборки, практически невозможно. Поэтому еще часто приходится уборку картофеля вести простейшими машинами – картофелекопателями.
Картофелекопатели используются и вместе с картофелеуборочными комбайнами для выкапывания картофеля и укладки его в валок с последующим подбором комбайном в варианте подборщика.
Уборку картофеля копателями целесообразно применять на средних и тяжелых почвах с повышенной влажностью, где комбайновая уборка невоз можна, на каменистых и участках с уклоном 30 , на участках с небольшой площадью и на семенных участках.
Работа копателем выгодно отличается от уборки комбайном из-за резкого снижения механических повреждений клубней на 40…50% (таблица 4.4).
Лежкость исследуемых сортов картофеля
Эффективность предлагаемой технологии уборки картофеля характеризуется способностью полученной продукции храниться в осенний и зимний периоды.
Как известно, основой травмы является контакт клубня с поверхностями рабочих органов, клубнями между собой, камнями и комками почвы, а поврежденные клубни более подвержены различным заболеваниям и такие клубни хуже хранятся.
Как было отмечено в предыдущей главе настоящей работы, использование предлагаемого нами пруткового подкапывающего органа способствовало уменьшению травмирования клубней картофеля, что оказывает существенную роль при хранении.
Исследуемые нами сорта картофеля хранились в сухих, прохладных и темных погребах, при температуре 2-5 С, с естественной вентиляцией и относительной влажности 80-90 %, в течении 175-190 дней.
Применение предлагаемого нами технологического процесса уборки картофеля с использованием пруткового подкапывающего рабочего органа способствовало улучшению лжкости клубней исследуемых сортов картофеля (таблицы 4.10 и 4.11).
Как видно из таблиц 4.10 и 4.11 процентное содержание здоровых клубней к периоду посадки у сортов Волжанин и Лорх составило соответственно в опытном варианте 86,9 и 85,8 %, что на 5,6 и 3,6 % больше чем при контрольном варианте.
Так, у сорта Волжанин общие отходы в контрольном варианте составили 18,7 %, а у сорта Лорх - 17,8 %. В опытном варианте, при использовании пруткового подкапывающего рабочего органа, снижение травмирования клубней способствовало улучшению лжкости картофеля у обоих исследуемых сортов, что характеризуется уменьшением естественной убыли массы, количества технической и абсолютной гнили. Суммарное значение технической и абсолютной гнили у сорта Волжанин при опытном варианте снизилось на 3,55, а у сорта Лорх на -2,9% (рисунки 4.17 и 4.18).
Таким образом, применение рекомендуемого технологического процесса уборки картофеля, с использованием пруткового подкапывающего рабочего органа в условиях Республики Ингушетия, способствовало высокой сохранности картофеля сортов Волжанин и Лорх в осенне-зимний период.