Повышение эффективности производства картофеля в условиях Северо-Запада России путем оптимизации технологических и технических решений: на примере ОПХ "Каложицы" Ленинградской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Бычков, Василий Иванович

• Бычков, Василий Иванович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бычков, Василий Иванович

Введение.

Глава 1. Состояние и перспективы развития научно-технического прогресса при производстве картофеля. Цель и задачи исследований.

1.1. Состояние отрасли и конкурентоспособность товарного картофеля.

1.2. Почвенно-климатические условия, обеспечивающие механизированное картофелеводство.

1.3. Агротехнические требования к машинам для возделывания и уборки картофеля.

1.4. Технологические варианты и технические средства механизации картофелеводства Европейского рынка.

1.4.1. Комплекс машин для производства картофеля по гребневой технологии.

1.4.2. Комплекс машин фирмы «Евротехника» для производства картофеля по голландской технологии.

1.4.3. Машины для производства картофеля фирмы «Колнаг».

1.4.4. Комплекс машин фирмы «Гримме» для возделывания и уборки картофеля на каменистых почвах.

1.4.5. Комплекс машин фирмы «Юко» для производства картофеля в условиях Финляндии.

1.4.6. Техника для промышленного картофелеводства фирмы «Spudnik».

Выводы по главе

Цель и задачи исследований.

Глава 2. Основные принципы проектирования технологии.

2.1. Структурный анализ технологии производства картофеля.

2.2. Синтез технологии.

2.3. Исходная информация для проектирования технологических процессов.

2.3.1. Паспорт поля.

2.3.2. Производственный (бизнес) план хозяйства.

2.3.3. Характеристики машин и оборудования.

2.4. Обоснование рациональных параметров среды формирования урожая картофеля на каменистых, переувлажняемых суглинках.

2.5. Проектирование технологических процессов предпосадочной обработки почвы под картофель.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Программа^етодика экспериментальных исследований.

3.1. Объекты и программа исследований.

3.2. Агротехническая оценка технологических вариантов.

3.3. Выбор режимов и отбор проб на качество работы.

3.4. Определение состава вороха и повреждения клубней.

3.5. Математическая обработка результатов.

3.6. Оценка технико-технологических решений по компромиссному критерию полезности.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Результаты производственной проверки технологических вариантов возделывания и уборки картофеля.

4.1. Результаты производственной проверки совместимых с условиями ОПХ вариантов по принципу технологической рациональности.

4.2. Результаты производственной проверки экспериментального технологического комплекса машин.

4.3. Сравнительная оценка технико-технологических решений.

4.4. Параметры среды формирования урожая картофеля.

4.5. Эффективность картофелеводства в ОПХ «Каложицы».

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности производства картофеля в условиях Северо-Запада России путем оптимизации технологических и технических решений: на примере ОПХ "Каложицы" Ленинградской области»

Товарный картофель, производимый в настоящее время в большинстве кар-тофелеводческих хозяйств России, недостаточно конкурентоспособен на европейском рынке вследствие высокой себестоимости и неудовлетворительной предпродажной подготовки.

Высокая себестоимость отечественной продукции (4,5-6,0 руб./кг) обусловлена, в основном, низкой урожайностью и большими трудозатратами. Урожайность картофеля в среднем не превышает 14-15 т/га, в то время как в западноевропейских странах - 20-25 т/га. Высокие трудозатраты (более 10 чел.-часов на 1 т) являются следствием низкого уровня комбайновой уборки урожая. Менее 20% посадок убирают комбайнами, а при уборке картофелекопателями с подбором клубней вручную трудозатраты достигают 30 чел.-дней на 1 га.

Реализация товарного картофеля картофелепроизводителями осуществляется, в основном, без мойки или сухой очистки и без расфасовки в потребительскую тару, как это предусматривается современными стандартами качества (ГОСТ Р 51808-2001). Основной объём товарного картофеля сельхозпроизводителями реализуется через посредников; вследствие этого потребительские цены в 1,5-2,0 раза выше цен реализации производителями. Материально-техническая база большинства картофелеводческих хозяйств не соответствует современным требованиям и не обеспечивает конкурентоспособность товарной продукции [1, 2, 3].

В то же время обеспечена доступность сельхозпроизводителей к использованию технологий и техники, представленных на общеевропейском рынке, что при достаточном финансовом обеспечении создает возможность механизации картофелеводства в различных почвенно-климатических условиях.

В соответствии с основными законами земледелия и растениеводства, главные факторы урожайности: свет, тепло, влага, воздух и питательные вещества — равнозначны и незаменимы. Ограничивающий фактор, находящийся в дефиците, определяет урожай. Основной задачей сельскохозяйственных технологий является регулирование в возможных пределах факторов .урожайности с целью преодоления лимитирующего фактора и создания благоприятной среды для формирования высоких урожаев [4, 5].

Почвенно-климатические характеристики поля, предопределяющие исходное состояние факторов урожайности, различаются в весьма широких пределах даже в условиях одного хозяйства. Следовательно, технологические приёмы их регулирования должны быть различными, т.е. технология производства сельскохозяйственной продукции должна быть адаптирована к условиям конкретного поля.

Сельскохозяйственной наукой и практикой разработаны различные технологические приёмы регулирования факторов урожайности, однако, методика выбора наиболее эффективных для конкретных условий не имеет четкого обоснования. В связи с этим степень рациональности выбора определяется уровнем квалификации технолога.

Различие хозяйственных условий определено разными объёмами производства, величиной планируемого урожая, назначением продукции и другими производственно-экономическими показателями. В связи с этим машинная технология производства сельскохозяйственной продукции должна быть адаптирована не только к почвенно-климатическим, но и к хозяйственным условиям.

Научно обоснованный выбор технологии и типо-размерного ряда технических средств предопределяют получение планируемого урожая при минимизации производственных затрат [5].

Опытно-призводственное хозяйство «Каложицы» Ленинградской области является традиционно картофелеводческим хозяйством, производящим семенной и продовольственный картофель. Почвенные условия ОПХ характерны более чем для 25% пашни Северо-Запада. Удельный вес картофелеводства в общем объеме растениеводческой продукции составляет 80-90%. Рентабельность отрасли — 6070%). Удельный вес картофелеводства в общем доходе от растениеводства составляет 60%-80%. Вместе с этим, несмотря на хорошую доходность отрасли, посадочные площади под картофелем с 2000 до 2007 года сократились со 100 га до 40 га. Снижение вызвано острым дефицитом рабочей силы в хозяйстве. При общей численности работающих в ОПХ 104 чел., в картофелеводстве работают 19 человек, что далеко не обеспечивает потребность в трудовых ресурсах при традиционной технологии производстве картофеля. Привлечение сезонных рабочих на уборку урожая также затрудняется в связи с их отсутствием и удорожанием стоимости труда. Решение проблемы трудосбережения заключается в технико-технологической модернизации отрасли, обеспечивающей переход от традиционной технологии производства картофеля с его уборкой картофелекопателями и подбором клубней вручную к комплексно-механизированной с комбайновой уборкой урожая.

Данная работа направлена на разработку и освоение в ОПХ «Каложицы» ресурсосберегающей, в первую очередь трудосберегающей технологии производства картофеля. Проведенные исследования явились составной частью работ, выполняемых в СЗНИИМЭСХ по теме НИОКР 2006-2010 годы : «Разработать машинные, наукоемкие технологии производства, послеуборочной обработки и первичной переработки приоритетных групп сельскохозяйственной продукции и инвестиционные проекты технологического и технического переоснащения сельскохозяйственных предприятий (№ гос. регистрации 15070.7721022959.06.8.001.2).

На защиту выносятся следующие научные и практические положения:

1. Анализ, классификация и оценка почвенных условий ОПХ с позиций механизированного производства и комбайновой уборки картофеля.

2. Анализ технико-технологических решений при производстве картофеля, доступных сельхозпроизводителям Северо-Западного региона России-.

3. Основные принципы проектирования машинной технологии картофелеводства, адаптированной к заданным почвенно-климатическим и хозяйственным условиям.

4. Модель синтеза ресурсосберегающей технологии.

5. Алгоритмы принятия технологических решений.

6. Результаты полевых исследований, производственной проверки и освоени-ия технологических комплексов машин европейского рынка в условиях ОПХ «Каложицы».

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Диссертация состоит из четырех глав, списка использованной литературы из 83 наименований (в т.ч. 4 на иностранном языке) и приложений; включает 50 рисунков, 40 таблиц). Общий объем диссертации 132 стр.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Бычков, Василий Иванович

Общие выводы и рекомендации

1. Почвенно-климатические условия ОПХ «Каложицы» характерны для 25% площадей пашни Северо-Западного РФ. Полнокомплектные технологические комплексы машин для механизации возделывания и комбайновой уборки картофеля в этих условиях отечественной промышленностью не производятся. Комплекс машин фирмы Гримме (Германия) в условиях ОПХ технологически и экологически нерационален.

2. Широкий рынок технологий и технических средств, доступный российским сельхозпроизводителям, обеспечивает многовариантность технологии производства картофеля и возможность ее адаптации к заданным условиям. Оптимизация технико-технологических решений в конкретных хозяйственных условиях осуществляется на основе следующих принципов: совместимость решения с ситуацией, технологическая рациональность и ресурсосбережение при соблюдении принципа следования технологических процессов в технологии.

3. На основе структурного анализа многовариантной технологии возделывания и уборки картофеля разработаны ситуационная модель оптимизации технико-технологических решений (рис.2.2), а также имплицитные алгоритмы формирования технологических процессов (формулы 2.19-2.22), обеспечивающие возможность оптимизации решений с использованием АРМа технолога-картофелевода на

116 базе исходных данных отечественного и европейского рынков технических средств.

4. Поиск рациональных вариантов технико-технологических решений осуществляется по локальным критериям (урожайность, затраты труда, расход топлива), интегральному (эксплуатационные затраты) с оптимизацией по компромиссному критерию полезности, учитывающему суммарные энергозатраты с весовыми коэффициентами различных видов энергозатрат (2.1 1, 2.13, 2.14, 3.10).

5. Обоснованы параметры среды формирования урожая картофеля в почвен-но-климатических условиях, характерных для ОПХ: ширина междурядий, размещение семенного клубня и параметры гребня, обеспечивающие благоприятный воздушно-влажностный режим для формирования урожая и его комбайновую уборку (2.10, таблица 4.12, рис. 2.3).

6. Из технических средств отечественного производства и европейского рынка скомплектован экспериментальный технологический комплекс машин для возделывания и уборки картофеля. Проведены сравнительные исследовательские испытания четырех вариантов технологии возделывания и уборки картофеля в условиях ОПХ с их оценкой по локальным, интегральным показателям и* компромиссному критерию полезности. В результате полевых испытаний установлено, что экспериментальный вариант обеспечивает технологически рациональные параметры при возделывании и уборке картофеля при снижении затрат труда по сравниваемым операциям в 4,9 раза относительно традиционного и увеличении расхода топлива в 1,7 раза. По экономическому показателю он выгоднее традиционного при годовой загрузке техники более 50 га, а по компромиссному критерию полезности - более 30 га. При остром дефиците трудовых ресурсов в условиях ОПХ «Каложицы» на данном этапе развития технического прогресса он является наиболее эффективным и рекомендуется для использования в хозяйствах региона с аналогичными условиями.

7. Экспериментальный технологический комплекс машин, освоенный в ОПХ «Каложицы», в 2008 году обеспечил механизированное производство и комбайновую уборку картофеля на площади 40 га при урожайности семенного картофеля 22,9 т/га, себестоимости товарной продукции 5100 руб./т и уровне рентабельности

117

56%. В 2009 году он был использован на площади 80 га, урожайность семенного картофеля составила 28,0 т/га. Полнота уборки картофеля, чистота клубней в бункере комбайна и степень их повреждаемости соответствуют агротехническим требованиям. Экологическая чистота продукции подтверждена сертификации соответствия (Приложения).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бычков, Василий Иванович, 2009 год

1. Статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России. М.: РАСХН, 2005.

2. ГОСТ Р51808-2001 Свежий продовольственный картофель, реализуемый в торговой сети.

3. Строганова М.А. Математическое моделирование формирования качества урожая. Д., 1985.

4. Образцов А.С. Системный метод: применение в земледелии. М.: ВО "Агропромиздат", 1980.

5. Пшеченков К.А. Использование техники при производстве картофеля по интенсивной технологии. М., 1988.

6. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической оценки почвенного питания растений. М., 1990.

7. Бишон К.Ф. Механизация производства и хранения картофеля. М., 1983.

8. Янковский И.Е. и др. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации с/х производства Нечерноземной зоны России на 1995 г. и на период до 2000 г.

9. Будин К.З., Фомин И.М., Шабуров Н.В. Производство раннего, картофеля в Нечерноземье. Л.: Колос, 19841

10. Фомин И.М: Интенсификация картофелеводства в Северо-Западной зоне //Плодоовощное хозяйство," 1986, №7.

11. Пшеченков К.А. Производство,картофеля на промышленной основе. — М.: Агропромиздат, 1985.

12. Шульгин А.М'. Климат почвы и его регулирование. Л., 1972.

13. Замотаев А.И: и др. Справочник картофелевода. М.: ВО "Агропромиздат", 1987.

14. Фомин И.М. Совершенствование производства картофеля. Л.: Лениздат, 1987.

15. Коллектив авторов. Программа развития картофелеводства Ленинградской обл. Л., 1989.

16. Полевой А.Н. Динамическая модель формирования урожая картофеля // Метеорология и гидрология, 1978, №7.

17. Бахтин П.У. Проблемы обработки почвы. М., 1969.

18. Егорова М.Ф., Фомин И.М., Калинина А.П. Выбираем технологию с учетом почвенно-климатических условий // Картофель и овощи, 1990, №4.

19. Фомин И.М. и др. Отчет о сравнительных испытаниях . Л., 1993.

20. Шабуров Н.В., Фомин И.М. Совершенствование технологии уборки // Картофель и овощи, 1983, №8.

21. Фомин И.М. и др. Ресурсосбережение при производстве картофеля. Рекомендации, СПб-Павловск, 2005.

22. Логинов Г.А. и др. Ресурсосберегающая технология уборки и послеуборочной обработки картофеля. Рекомендации, СПб-Павловск, 2001'.

23. Вайнруб В.И., Клейн В.Ф. и др. Рекомендации по энергосберегающим технологиям подготовки почв с использованием чизельных орудий. Л., 1989.

24. Кудрявцев В.М., Фомин И.М., Петронис В. Культиватор-окучник // Техника в сельском хозяйстве, 1982; №6.

25. Фомин И.М., Тулин Е.В., Берносовский К.К. Ботвоотводы к агрегату для ухода за картофелем // Техника в сельском хозяйстве, 1987, №8.

26. Туболев С.С., Колчин Н.Н., Пшеченков К.А. и др. Развитие машинных технологий производства картофеля в России // Достижения науки и техники АПК, 2007, №7.

27. Фомин И.М. и др. Технико-технологическаямодернизация картофелеводства в товаро-производящих хозяйствах. Рекомендации, СПб-Павловск, 2008.29'. Шпаар Д.А. и др. Картофель. Минск, ФУ "Аинформ", 1999.

28. Старовойтов и др. Картофель и топинамбур продукты будущего. - М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2007.

29. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М., 1990.120

30. Платонов В.А., Чудновский А.Ф. Моделирование агрометеорологических условий и оптимизация агротехники. JI.: Гидрометеоиздат, 1984.

31. Алексеев В.Г., Напалков Э.С. Системная модель и формализованное описание технологического процесса принятия технологических решений.

32. Челищев Б.Е. О теоретических основах моделирования автоматизации процессов проектирования.

33. Бруевич Н.Г. и др. Вопросы автоматизации технологического проектирования. -М.: НИАТ, 1978.

34. Напалков Э.С. Автоматизация вариантного проектирования технологических процессов. Рига, 1990.

35. Антонюк B.C. и др. Автоматизация проектирования технологических процессов. Киев, 1989.

36. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск, 1979.

37. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию (официальное издание). М., 1994.

38. Напалков, Э.С. Автоматизация, проектирования технологических процессов^ применением методов ситуационного моделирования. М.: ВЗМИ, 1980.

39. Валге А.М., Фомин И.М., Пакскина Е.Г. Система автоматизированного проектирования технологий производства картофеля. Свидетельство о государственной регистрации № 2008620189, 2008.

40. Анискин В.И., Артюшин А.А. и др. Исходные требования на базовые машинные технологические операции в растениеводстве. М.: МСХ РФ, 2005.

41. Никифоров А.Н., Токарев В'.А. и др. Методические рекомендации по топливно-энергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве. М.: ВИМ, 1989.

42. Русанов В.А. и др. Теория, конструирование, испытания // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 1994, №5.

43. Текгониди И.П. Справочник мастера-картофелеводства.- М.: Россельхоз-издат, 1985.

44. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины.- М.: Машиностроение, 1972.121

45. Пшеченков К.А., Верещагин Н.И. Индустриальная технология производства картофеля.- М.: Колос, 1983.

46. Протокол испытаний СЗ МИС картофелеуборочного комбайна SE 75-30 «Гримме» (Германия).

47. Протокол испытаний СЗ МИС культиватора ротационного «Рубин 9/400U» ф. «Лемкен» (Германия).

48. Протокол испытаний машины камнеуборочной Kivi-Pekka-б ф. Pel-tuote Оу (Финляндия).

49. Попов В. Д., Логинов Г.А., Бычков В.И и др. Оптимизация технико-технологических решений в картофелеводстве.- СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2009.

50. Горячкин В.П. Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин.-М.: Сельхозгиз, 1936.

51. Анисимов Б.В., Чугунов B.C., Шатилова А.Н. Производство картофеля в Российской Федерации в 2006 году // Картофель и овощи, 2007, № 2.

52. Гашников С.Ю. Голландская технология залог высоких урожаев // Картофель и овощи, 2007, № 3'.

53. Давидсон Е.И., Шиканов В.Б., Круглов К.Н. Тенденция создания сепараторов картофелеуборочных машин // Сб. науч. трудов.- СПб.: СПбГАУ, 2005.

54. Колчин Н.Н. Специализированная техника для машинного производства картофеля и овощей // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2004, № 4.

55. Колчин Н.Н. Особенности конструкций зарубежных машин для уборки и обработки картофеля // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2005, № 7.

56. Туболев С.С. Отечественному картофелеводству нужны современные механизированные технологии и машины // Картофель и овощи, 2006, № 6.122

57. Туболев С.С., Колчин Н.Н., Пшенченков К.А. Применение машинных технологий производства картофеля в России // Картофель и овощи, 2007, № 5.

58. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. М., 1998.

59. ОСТ 70.8.5-74. Машины для уборки и сортировки картофеля. Программа и методы испытаний. -М.: Союзсельхозтехника, 1975.

60. ОСТ 70.4.3-82 Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для обработки пропашных культур. Гос. Комитет СССР, М., 1983.

61. ГОСТ Р 51808-2001. Стандарт качества картофеля. М.: Издательство стандартов, 2001.

62. ГОСТ 24055-88 (СТ СЭВ 5628-86) ГОСТ 24059-88. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки. - М.: Изд-во стандартов, 1988.

63. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973.

64. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964.

65. Бычков В.И. Оценка картофелеубочных агрегатов, по компромиссному критерию полезности // Техника и оборудование для села, 2009, № 6.

66. Бычков В.И. Трудосберегающий комплекс машин для возделывания и уборки картофеля на каменистых почвах // Сельскохозяйственные вести, 2009, №21.

67. Бычков В.И. Комбайновая уборка картофеля на каменистых, переувлажняемых суглинках // Техника в сельском хозяйстве, 2009, № 4.

68. Методика определения' экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов НИОКР, новой техники, изобретения-и рационализаторских предложений. ВНИИПИ, Москва; 1983.

69. Методические рекомендации по проведению'исследований-с картофелем. Под редакцией Батюка В.И., Куценко B.C. и др. - Киев; 1983.

70. Фомин И.М., Бычков В.И1., Орешин Е.Е. Экологически безопасная технология производства картофеля // Экология и сельскохозяйственная техника, том 1, Материалы 6-й международной научно-практической конференции.- СПб; 2009.123

71. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследование сельскохозяйственной техники и обработки опытных данных. М.: Колос, 1994.

72. A. Review of Developments in Potato Handling and Grading. Review parer. J. agricEngingRes., 1985, 31

73. Larsson K. Haute ring of matpotatis i gardslanger. Meddelanden trau Jord-bruckstechniska institutet 317, Upsala, 1996.

74. Expertise in potatoes and more. The Bennett group.

75. Bosteimann С. Механизация в промышленном производстве столового и продовольственного картофеля. Реферативный журнал. Картофель, 1978, сер. 12, №5.