ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЗОНЕ УРАЛА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕСУРСОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

На правах рукописи

ОХОТНИКОВ Борис Лазаревич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЗОНЕ УРАЛА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕСУРСОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность 05.20.01 – Технологии

и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Челябинск – 2009

Работа выполнена на кафедрах «Эксплуатация машинно-тракторного парка» федеральных общеобразовательных учреждений высшего профессионального образования «Уральская государственная сельскохозяйственная академия» и «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный консультант:	заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Дорохов Аркадий Порфирьевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, доцент Капов Султан Нануович
	доктор технических наук, профессор Давлетшин Мударис Мубаракшанович
	доктор технических наук, профессор Костюченков Николай Васильевич
Ведущая организация	Южно-Уральский научно-исследователь-ский институт плодоовощеводства и картофелеводства (ЮУНИИПОК)

Защита состоится 12 февраля 2010 г., в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 при ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Автореферат разослан « » декабря 2009 года и размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки России http://vak.ed.gov.ru .

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Басарыгина Е.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Программы развития подотрасли производства картофеля, перевода его на индустриальную основу разрабатываются в многих областях и краях. Тормозом индустриализации производства является сокращение числа крупных производителей картофеля, при росте объемов производства фермерскими и личными подсобными хозяйствами, где трудозатраты в пять и более раз выше, чем в специализированных предприятиях с индустриальной технологией производства. В некоторых муниципальных образованиях основной удельный вес производства картофеля (до 90%) приходится на индивидуальные и личные подсобные хозяйства.

Отсутствие во многих хозяйствах системы машин для комплексной механизации производства картофеля и рациональной системы перемещения продукции от поля до потребителя обусловливает большой недобор продукции и высокие трудозатраты.

Мировой опыт свидетельствует об эффективности укрупнения предприятий, занимающихся производством картофеля. В США фермы, выращивающие картофель на площадях 100 и более гектаров, производят свыше 70% его валового производства.

Анализ показал, что затраты труда механизаторов на междурядной обработке посадок, уборке картофеля копателем, транспортировке урожая в три раза превышают средние значения по технологии, а суммарные эксплуатационные затраты средств на посадке, уборке и закладке на хранение превышают средние значения в 2,0-2,5 раза.

На основании раскрытия причинно-следственной связи составляющих производства картофеля центральная гипотеза исследования сформулирована следующим образом: повышение эффективности производства картофеля возможно путем совершенствования наиболее затратных (пиковых по величине относительно других) составляющих технологии производства и технических средств по ее реализации на основе формирования профиля клубненесущего слоя, исключающего уплотнение его в период ухода за посадками, повышения степени механизации погрузочных работ и проходимости транспортных агрегатов.

Работа выполнена согласно заданию 16.06 и заданию 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования …тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР», программе «Нечерноземье», областным комплексным программам развития производства картофеля.

Цель работы. Повышение эффективности производства картофеля путем совершенствования состава, технико-технологических параметров и эксплуатационных характеристик технологических комплексов с учетом почвенно-климатических условий производства.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели и подтверждения выдвинутой гипотезы в работе решались следующие задачи.

1. Провести системный анализ технологии возделывания картофеля с учетом зональных особенностей и определить пути совершенствования технических средств для ресурсоемких технологических операций.

2. Обосновать агротехнические и технологические факторы, влияющие на формирование профиля клубненесущего слоя (КНС), и разработать методику его проектирования.

3. Разработать рабочие органы для формирования КНС и комплекс технических средств по возделыванию картофеля с учетом почвенно-климатических условий.

4. Обосновать параметры разработанных технических средств и определить эксплуатационные характеристики комплекса машин для возделывания и транспортирования картофеля в условиях производства.

5.Разработать рекомендации по формированию и использованию комплекса технических средств по производству картофеля применительно к почвенно-климатическим условиям Среднего Урала. Выполнить технико-экономическую оценку комплекса машин для реализации технологий.

Объект исследования. Механизированные процессы возделывания и транспортирования картофеля.

Предмет исследований. Закономерности функционирования технических средств и их элементов при реализации технологических процессов возделывания и перемещения картофеля с учетом факторов, оказывающих влияние на технико-экономические показатели объектов исследования.

Научная новизна. Разработана методология и выполнена оценка значимости факторов, влияющих на ресурсоемкость производства картофеля в условиях Среднего Урала.

На основе агротехнических требований предложена и апробирована методика формирования профиля клубненесущего слоя, адаптированная к конкретным почвам и производственным условиям региона.

На основе теоретических исследований усовершенствованы рабочие органы для формирования клубненесущего слоя в виде гряды путем сближения гребней с одновременной междурядной обработкой, позволяющие обеспечить рациональную высоту профиля КНС и создать технологическую колею, проведена экспериментальная оценка технологии в производственных условиях Среднего Урала.

Создан и апробирован в производственных условиях агрегат, формирующий в процессе междурядной обработки посадок картофеля гряду (технологическую колею), что позволяет снизить уплотнение клубненесущего слоя последующими операциями и повысить технико-экономические показатели (ресурсоемкость) технологии производства картофеля.

Установлены рациональные параметры и оптимальные технологические режимы комбинированного технологического агрегата для конкретных условий эксплуатации Среднего Урала, позволяющие повысить технико-экономические показатели его работы.

Разработаны мероприятия и технические средства по снижению ресурсоемкости транспортного обеспечения перевозки урожая картофеля.

Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК) для упаковки картофеля при уборке, оптимизирована его грузовместимость, предложены строповочные устройства для работы с ним.

Исследован процесс перераспределения нагрузки между осями агрегата (тракторного прицепа и трактора) при использовании ГСВ, установлены зависимости нагрузок от давления в системе и конструктивных параметров агрегата, позволившие разработать технические средства повышения проходимости транспорта в сложных условиях движения.

Разработаны и апробированы в производственных условиях рекомендации по использованию предлагаемых конструкций.

Предложена методика оценки комплекса технических средств по производству картофеля, позволяющая установить наиболее ресурсоемкие операции и в результате их совершенствования минимизировать затраты на их выполнение в заданных условиях производства.

Практическая ценность и реализация результатов

исследований

Оптимизированы параметры технических средств, определены состав и структура комплексов машин по возделыванию картофеля, адаптированные к конкретным почвенно-климатическим условиям, позволяющие снизить ресурсоемкость технологического процесса его производства.

Разработаны рабочие органы и усовершенствованы машины по формированию клубненесущего слоя при возделывании картофеля для условий Среднего Урала, позволяющие улучшить условия вегетации и уборки урожая.

Разработаны и апробированы в производственных условиях средства механизации погрузочно-разгрузочных работ при уборке картофеля в конкретных почвенно-климатических условиях Среднего Урала, позволяющие повысить проходимость транспортных агрегатов и обеспечивающие своевременность вывоза урожая с поля, особенно в неблагоприятных условиях работы.

Научно-техническим советом министерства сельского хозяйства Свердловской области принято решение о внедрении результатов исследований в производство. Решением исполнительного комитета Свердловского областного совета народных депутатов №94 от 05.03.1987 года поставлена задача изготовить для предприятий области 95 тысяч МОК.

Решением проблемного совета от 12.02.1982 года по выполнению задания 16.06 и задания 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР» одобрены разработки Свердловского СХИ по внедрению в производство комбинированных агрегатов и средств повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов.

Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению научно-техническим советом Межрегионального комитета по сельскохозяйственному машиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона 08.04.2007 г.

Отдельные разработки внедрены в производство предприятиями Свердловской области, в том числе совхозами «Криулинский», «Хромцово», «Косулинский», СПК «Первоуральский», Бисертским заводом сельскохозяйственных машин, а также фермерскими хозяйствами. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Уральская государственная сельскохозяйственная академия» и ФГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные положения результатов исследования докладывались на совещании отделения ВАСХНИЛ по НЗ РСФСР (1982 г.), научно-техническом совете министерства с.х. Свердловской области (1984 г.), научных конференциях УралНИИСХОЗа (1985 г.), на международных, республиканских и региональных научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета (1966 – 2007 гг.), Уральской государственной с.-х. академии (1966 – 2007 гг.), Белорусской с.-х. академии (1972 г.) и других.

Публикации. По результатам исследований опубликованы три монографии, более 50 научных работ и рекомендаций, изданных в центральных и региональных журналах, сборниках научных работ в различных издательствах. Восемь разработок по теме признаны изобретениями, на которые получены авторские свидетельства и патенты.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 251 наименование, и 43 приложений. Общий объем работы составляет 273 стр., включая 15 таблиц и 83 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность исследования, перспективность производства картофеля, необходимость повышения эффективности его возделывания и уборки.

В первой главе «Проблемы производства картофеля. Практическая и научная актуальность совершенствования средств механизации» приведены результаты анализа состояния производства с точки зрения социальной потребности, ресурсосбережения и продовольственной безопасности. Показано соответствие разрабатываемой темы отраслевым направлениям НИР.

Совершенствованию технологий и средств производства картофеля посвящено научные и экспериментальные работы Н.И. Верещагина, В.И. Виноградова, А.П. Дорохова, А.И. Замотаева, Ю.П. Ковырялова, Ю.Л. Колчинского, Г.В. Корнева, В.М. Кряжкова, А.Е.Кузнецова, Р.М. Латыпова, В.М. Лубенцова, В.Г.Николаева, К.А.Пшеченкова, В.И.Старовойтова, В.В.Тульчеева и других.

Анализ работ показал, что существующее положение в производстве картофеля не отвечает современным требованиям. По данным Г.Г. Косачева и В.В. Тульчеева затраты труда на производство клубней в коллективных предприятиях в 2,1-2,8 раза выше таковых при производстве зерна. Несмотря на высокие затраты, урожайность картофеля остается низкой по многим причинам. Одной из причин являяются отсутствие комплекса технических средств по реализации технологий и их неудовлетворительные показатели в реальных условиях.

Выходом из создавшегося положения является внедрение ресурсосберегающих технологий, адаптированных для конкретных условий возделывания. Для реализации этого направления производство должно быть обеспечено высокопроизводительной техникой, приспособленной для работы в зональных почвенно-климатических условиях. Решение проблемы возможно при переходе от совершенствования отдельных звеньев производства к комплексному решению проблем по всей технологической линии.

Наибольшее распространение в мире по профилю клубненесущего слоя получили гребневая и грядовая технологии возделывания картофеля. Гребневая применяется под названиями Заворовская, Голландская и другие. Грядовая (грядово-ленточная) технология находит применение на Дальнем Востоке, в Тверской, Омской, Московской и других областях. Совершенствованием технологий и технических средств занимались или занимаются ВНИИКХ, ВИМ, ВИСХОМ, ЦНИИМЭСХ, УНИИМЭСХ, ЧИМЭСХ-ЧГАУ, ВНИИМЗ, НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, АгроНИИТЭИИ ТО, УралНИИСХ, УрГСХА и другие организации.

На основе изучения состояния производства определено направление в совершенствовании технологии - возделывание картофеля по грядово-ленточной технологии с обработкой почвы по голландской технологии.

Анализ составляющих производства показал, что изучение и решение проблемы совершенствования технологических операций и технических средств по их реализации возможны только на основе системного подхода. Решение проблемы заключается в установлении наиболее ресурсоемких составляющих системы, в том числе технологических операций, машин и их рабочих органов.

Вторая глава «Методологические основы проектирования механизированных технологий и технических средств по производству картофеля» посвящена решению проблемы повышения эффективности составляющих комплекса машин по производству картофеля на основе учета взаимодействия различных факторов в рамках системного подхода. Одна из основ­ных задач системного анализа – объединять математические и неформальные методы анализа, строгие способы исследования формализованных моделей с экс­периментом, эвристическими приемами.

Методология исследования составляющих первого уровня базируется на технических науках. В разрабатываемой теме наибольшее значение для первого уровня имеют вопросы, связанные с исследованиями рабочих органов для выполнения отдельных технологических операций.

Объектом исследования составляющих второго уровня являются технологические операции. Эта часть является подсистемой сложной системы – технологии и средства механизации возделывания и уборки картофеля.

Третий уровень включает в себя производственные процессы. Их разнообразие (многомерность) влияет на эффективность системы не всегда адекватно. Четвертый уровень представляет собой сложную надсистему, включающую системы нижнего уровня. А исследуемая система - комплекс МТА, обеспечивающих реализацию технологии, является частью метасистемы, которую можно рассматривать как обеспечение производства видов продукции. Разработана декомпозиция цели системы с позиций эвристического подхода.

Для условий Среднего Урала, где преобладают почвы в виде средних и тяжелых суглинков и уборка ведется при высокой влажности, требуется создать и сохранить структуру почвы, обеспечивающую комбайновую уборку. Для этого целесообразно выполнить фрезерование почвы до посадки и исключить уплотнение клубненесущего слоя ходовым аппаратом агрегатов при обработке посадок. Эффективность представленных на рисунке мероприятий должна быть оценена обоснованными критериями.

Анализ методик оценки эффективности применения технологических комплексов машин по возделыванию сельскохозяйственных культур позволил обосновать критерии оценки в соответствии с задачами, поставленным для реализации цели (тематики) исследований.

Применительно к конкретным условиям (первый и второй уровни системы) целесообразно использовать такие критерии, как урожайность картофеля, затраты труда и средств на производство продукции и единицу площади, производительность агрегатов, потери продукции, показатели качества работы и др.

Многие исследователи в качестве критерия эффективности используют размер прибыли от разрабатываемых мероприятий. При дефиците трудовых ресурсов на первое место ставят затраты труда.

Критерий прибыли имеет вид

(1)

где Сп – стоимость произведенной работы или продукции (выручка от реализации), руб.; Кз – комплексные затраты на технологический процесс.

Стоимость произведенной продукции связана с политикой ценообразования, с предложениями и спросом на продукцию и не является предметом исследований технических наук.

Предметом исследований является составляющая комплексных затрат на обеспечение технологического процесса. В связи с тем, что эти затраты включают в себя ряд разнородных составляющих, меняющихся при воздействии многих факторов, для оптимизации некоторых действий в научном плане при использовании динамических процессов применяют уравнение вида

= f(х,t,u), (2)