Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Принципы, способы и технические решения прогрессивных технологий производства (возделывание, уборка и хранение) сахарной свеклы

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Никитин, Андрей Федорович, Рамонь

ГНУ «Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара им. А. Л. Мазлу-мова».

ПРИНЦИПЫ, СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА (ВОЗДЕЛЫВАНИЕ, УБОРКА И ХРАНЕНИЕ) САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Специальности: 06.01.09 - Растениеводство

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Никитин Андрей Федорович /

-Рамонь-2006

Научный консультак

> науки РФ, член-Н, доктор сельскохо-|фессор

Корниенко Анатолий Васильевич

3/1II V . --------

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Гулидова Валентина Андреевна;

доктор технических наук, профессор, Булавин Станислав Антонович;

доктор технических наук, профессор Базаров Ким Рубенович;

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет».

Защита состоится « О » Л1 ОЛьтс? 2006г. в часов на заседании диссертационного совета Д 006.0^5.01 Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л. Мазлумова» по адресу: 396030, Воронежская обл., Рамонский район, ВНИИСС; факс (07340) 2-19-93.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л. Мазлумова».

Диссер-ация в виде научного

докла, разослана « / »Ср&ОНОсХЛ 2006г.

,и секретарь т щионного совета, ат сельскохозяйственных нау 1утилина Л.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Россия - одна из потенциально ведущих стран мира по производству сахара из сахарной свеклы. Она располагает лучшими в мире черноземами, большими площадями пашни, пригодными для возделывания культуры, умеренно континентальным климатом, высококвалифицированными кадрами. И в то же время потребности населения в собственном сахаре она удовлетворяет пока не более чем на 40% и находится далеко за чертой продовольственной безопасности.

Увеличение производства собственного сахара в России возможно за счет расширения площадей возделывания сахарной свеклы, повышения ее урожайности и коэффициента выхода сахара из свекловичного сырья. Повышение урожайности свеклы в 1,5-2,0 раза и выхода сахара с единицы сырья на 20-30%, на наш взгляд, может быть более приемлемым за счет человеческого фактора и в первую очередь идей, материализованных и воплощенных в новых принципах, способах и решениях по совершенствованию приемов и средств выполнения основных технологических операций от выращивания семян до ее переработки в сахар.

Слабыми звеньями существующей технологии производства сахарной свеклы и сырья являются: медленное размножение семян высокопродуктивных гибридов последнего поколения; отсутствие эффективных низкозатратных, экологически чистых решений по обеспечению равномерного размещения растений свеклы в рядках и их защиты от сорняков, вредителей, болезней; значительные повреждения корнеплодов, потери урожая и энергоресурсов во время уборки; потери сахара при хранении. Потери урожая на уборке современными свеклоуборочными машинами по существующим технологиям достигают 3040% от биологической урожайности, потери сахара от уборки свеклы до переработки -15-30%.

Основные направления исследований в работе - совершенствование технологий производства семян и корнеплодов сахарной свеклы, подготовки сырья к хранению до переработки, способов и средств их осуществления.

Выполненные по этим направлениям теоретические и экспериментальные исследования не решают в достаточной мере поставленные задачи.

Цель исследований: обосновать, разработать приемы и средства совершенствования основных составляющих прогрессивных технологий производства сахарной свеклы и ее сырья на базе новых принципов, реализуемых в новых способах и решениях, обеспечивающих существенное повышение показателей факторов роста и развития растений свеклы, сбора урожая, выхода сахара с гектара посевов и снижение расходуемых ресурсов.

Реализация поставленной цели связана с решением следующих задач:

- усовершенствовать технологию производства семян схарной свеклы, приемов и средств ее осуществления;

- установить зависимости влияния равномерности размещения растений свеклы в рядках, густоты насаждения на ее продуктивность и с учетом их предложить новые приемы и средства повышения равномерности;

- разработать новые приемы и средства защиты посевов свеклы от конкурентов-сорняков;

- установить оптимальные сроки уборки сахарной свеклы и условия работы свеклоуборочных машин, рациональные режимы выполнения ими технологического процесса, обеспечивающие снижение потерь урожая, сахара и затрат энергии;

- разработать новые способы определения рациональных режимов выполнения технологического процесса свеклоуборочных машин, исходя из минимизации повреждения корнеплодов и потерь урожая;

- разработать новые способы и решения по выполнению технологического процесса уборки сахарной свеклы свеклоуборочными машинами в экстремальных условиях, обеспечивающие существенное снижение потерь урожая;

- разработать новые способы уборки свеклы, технологию подготовки сырья к хранению, средства их осуществления, обеспечивающие минимальные потери сахара до его переработки;

- разработать теорию взаимодействия дисковых выкапывающих органов свеклоуборочных машин со средой (почва с корнеплодами), позволяющую определять их тяговые характеристики, рациональные режимы работы в зависимости от конструктивных параметров и условий выполнения технологического процесса, а также условия целесообразности совместного преобразования энергии двигателя мобильных сельскохозяйственных агрегатов их движителями и выкапывающими органами-движителями.

Объекты исследований. Сахарная свекла, способы и средства по основным составляющим ее производства, подготовки сырья к хранению до переработки.

Предмет исследований. Закономерности, определяющие рост свеклы и сбор урожая; зависимости показателей выполнения технологического процесса машинами от условий, режимов работы, конструкции рабочих органов и потерь урожая от величины повреждения корнеплодов; влияние качества уборки и подготовки ее сырья на выход сахара и потери во время хранения.

Методы исследований. В исследованиях технологию понимали как сложную природно-почвенную и техническую систему по созданию растениеводческой продукции, управляемую изменением параметров, устанавливаемых с учетом особенностей окружающей среды, в первую очередь конкретного поля. Теоретические исследования базировались на методах механико - математического моделирования технологических процессов. Параметры и составляющие технологического комплекса машин определены с использованием методов расчета сельскохозяйственных механизированных процессов в растениеводстве.

Лабораторные и полевые исследования элементов технологии, машин, рабочих органов и режимов их работы выполнены по стандартизированным методикам, корректированным в соответствии с целью конкретного исследования, преимущественно по планам многофакгорного эксперимента методом физического моделирования технологических процессов. Результаты измерений

динамических и кинематических величин го рабочим органам машин получены с помощью электрической измерительной и регистрирующей аппаратуры. Использованы термины и методики испытаний машин, приемов и средств производства сахарной свеклы, подготовки ее сырья к хранению по ГОСТ: 2057885, 17421-82, 26025-83,20915-75, 9500-75.

Результаты опытов обработаны методами регрессионного и корреляционного анализов, приемами математической статистики включая и на ПЭВМ.

Научная новизна исследований. Теоретически обоснована зависимость сбора урожая сахарной свеклы и выхода сахара от основных факторов и условий ее роста, определяемых сортом или гибридом, подготовкой почвы, ее влажностью, органическим и минеральным питанием, депрессией или отклонением от оптимальных густоты насаждения, равномерности размещения растений, засоренности плантаций, поражения растений вредителями, болезнями, продолжительности вегетации, а также потерь урожая и сахара во время ее уборки, хранения до переработки.

Разработана новая технология производства семян свеклы с повышенным коэффициентом выхода посадочного материала, включающая выравнивание его морфологических характеристик по принципу искусственной депрессии более развитых растений во время вегетации, удаление растительных остатков с ее головок во время уборки знакопеременным воздействием бил очистителя, посадку свекловысадков машиной с автоматическим их ориентированием.

Разработаны новые приемы повышения продуктивности сахарной свеклы во время вегетации, основанные на установленных закономерностях влияния на нее густоты насаждения и равномерности размещения растений, новых способах, средствах повышения равномерности и снижения уровня конкурирующей растительности в ее посевах, продолжительности вегетации.

Разработана теория взаимодействия дискового выкапывающего органа свеклоуборочных машин со средой с учетом элементарных сил трения и нормального давления их поверхностей на среду, по установлению его тягового сопротивления, движущей силы и рационального, исходя из минимизации повреждения корнеплодов, соотношения между окружной и поступательной скоростями дисков в зависимости от их конструктивных параметров и условий работы.

Предложена методика определения рациональных, исходя из принципа минимизации повреждений свеклы и потерь урожая, режимов работы свеклоуборочных и погрузочных машин по установленным зависимостям между морфологическими характеристиками корнеплодов и их повреждений.

Установлены оптимальные по влажности почвы условия уборки свеклы свеклоуборочными машинами. Дано принципиально новое решение по выполнению технологического процесса на рациональных режимах машинами в автоматическом исполнении.

Предложены новые способы и решения по совершенствованию приемов уборки свеклы и рабочих органов свеклоуборочных машин, адаптированные к выполнению технологического процесса в экстремальных условиях, обеспечивающие снижение повреждений корнеплодов и потерь урожая.

Разработан новый способ уборки сахарной свеклы, предназначенной преимущественно к хранению, со срезом ботвы не ниже верхушечной почки.

Разработано принципиально новое технологическое и техническое решение - очиститель головок свеклы с двумя встречновращающимися роторами, выполняющий технологический процесс по принципу знакопеременного воздействия бил на черешки и оставшиеся листья ее головок. Дано решение по автоматической настройке очистителя на заданный режим взаимодействия с корнеплодами и почвой.

Разработана новая технология подготовки свеклы к хранению с минимальными потерями сахара до переработки, базирующаяся на принципе закладки на хранение неповрежденного сырья, реализуемая в новых способах и средствах ее уборки на повышенном срезе ботвы, удалении растительных остатков с ее головок знакопеременным воздействием бил очистителей, разделении вороха на неповрежденные, поврежденные корнеплоды и примеси и неповрежденных на фракции, закладки на хранение неповрежденной свеклы более крупных фракций.

Разработаны научно-методические основы расчета условий целесообразности совместного преобразования энергии мобильных сельскохозяйственных агрегатов их движителями и выкапывающими органами-движителями свеклоуборочных машин.

Технологические и технические решения защищены 23 охранными документами патентных ведомств СССР.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработанные новые приемы и средства выполнения основных составляющих прогрессивных технологий производства сахарной свеклы, подготовки ее сырья к хранению решают проблему ее производства без затрат ручного труда, существенного повышения сбора урожая корнеплодов и выхода сахара с единицы посевных площадей, снижения затрат ресурсов.

Разработанная технология производства семян свеклы, включающая целенаправленное выравнивание размерных характеристик корнеплодов подкашиванием ботвы высокостоящих растений во время вегетации, удаление растительных остатков с их головок знакопеременным воздействием бил очистителей во время уборки, посадку свекловысадков высадкопосадочной машиной с автоматической их ориентацией повышает коэффициент выхода посадочного материала с 2 до 5, снижает затраты трудовых ресурсов в 2-3 раза.

Установленные густота насаждения растений свеклы 80-200 тыс. / га, равномерность их размещения с коэффициентом вариации 30-70%, продолжительность вегетации, предложенные новые способы и средства повышения равномерности и снижения засоренности плантаций обеспечивают возможность выращивания максимальной или близкой к ней в условиях России биологической урожайности культуры.

Установленные оптимальные сроки и режимы уборки свеклы повышают биологическую урожайность корнеплодов, технологические характеристики сырья и выход сахара в 1,3-1,4 раза.

Разработанные теория взаимодействия дискового выкапывающего органа со средой, научно-методические основы расчета условий целесообразности совместного преобразования энергии в мобильных сельскохозяйственных агрегатах их движителями и выкапывающими органами-движителями свеклоуборочных машин позволяют установить рациональные режимы работы агрегатов, снизить на 1,5 кВт затраты энергоресурсов из расчета на один выкапывающий орган.

Разработанный метод определения потерь урожая от среза головки и хвостовой части свеклы по морфологическим характеристикам корнеплодов и их повреждений позволяет с высокой точностью оценивать качество работы свеклоуборочных, погрузочных машин и настраивать их на рациональные режимы выполнения технологического процесса.

Рациональное соотношение скоростей выкапывающих дисков свеклоуборочных машин, установленное по математической модели и результатам экспериментальных исследований, на плантациях свеклы со средней и повышенной влажности почвы составляет около 1,8. На этом режиме по сравнению с копачами без привода повреждение корнеплодов и содержание почвы в ворохе снижаются соответственно в 1,2-1,4 и 1,8-1,9 раза. Выполнение технологического процесса уборки свеклы на рациональных режимах возможно преимущественно с использованием предложенных новых решений по автоматическому их поддержанию.

Выполнение технологического процесса уборки свеклы в установленных оптимальных по влажности почвы условиях на рациональных режимах работы, а в неблагоприятных - на окученной свекле уборочными машинами с предложенными новыми рабочими органами, адаптированными к уборке в экстремальных условиях, снижает в 5-7 раз повреждение корнеплодов и потери урожая. У свеклоуборочных машин с дисковыми и вильчатыми выкапывающими органами оптимальные условия соответствуют влажности почвы 20-25%.

Разработанный способ уборки свеклы, предназначенной преимущественно к хранению, со срезом ботвы не ниже верхушечной почки, по сравнению с существующим повышает сбор урожая на 4-6, резистентность корнеплодов к патогенам и выход сахара после хранения на 5-10%.

Разработанное новое технологическое и техническое решение по удалению растительных остатков с головок свеклы - очиститель с двумя встречнов-ращаюшймися роторами по сравнению с однороторным снижает их содержание в 2-5 раз, исключает доочистку корнеплодов как операцию, решает проблему уборки свеклы без затрат ручного труда.

Предложенная технология подготовки свеклы к хранению, включающая уборку ее на повышенном срезе ботвы, удаление растительных остатков с головок очистителями с двумя встречновращающимися роторами, разделение вороха на неповрежденные, поврежденные корнеплоды и примеси и неповрежденных на фракции, закладку на хранение неповрежденной свеклы более крупных фракции снижает потери сахара ко времени переработки на 10-20%.

Предложенные новые решения по разделению вороха свеклы на неповрежденные, поврежденные корнеплоды и примеси и неповрежденных на

фракции обеспечивают подготовку к хранению сырья с заданными параметрами.

Теоретические положения, сформулированные в работе, новые приемы и средства совершенствования основных составляющих прогрессивных технологий производства семян и корнеплодов сахарной свеклы, подготовки ее сырья к хранению подтверждены широкой проверкой и внедрением результатов исследований. На предприятиях г. Воронежа в 1982-1983гг. изготовлено 30