автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование процессов и средств механизации производства картофеля в системе "поле-потребитель"

РГ6 од

29

ДООНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ " АО "ВИСХОМ"

на правах рукописи УДК.631.356.95.1

СТАРОВОЙТОВ ВИКТОР ИВАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В СИСТЕМЕ "ПОЛЕ - ПОТРЕБИТЕЛЬ"

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

[00^

Москва 1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте картофельного д&зяйства.

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники

Официальные оппоненты: доктор технически: наук, профессор

БЕРЩ&ГЩ Е.й.

Ведущая- организация - Акционерное общество открытого типа ГСКБ г. Рязань -

Защита состоится "21* июня 1995 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.169.06.01 в АООТ "ВИСХШ" по адресу: 127247 г. Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке ВИСХОМа Автореферат разослан "19" мая 1995 г.

Российской Федерации, доктор технических наук, профессор, академик КШШ Н.И.

доктор технических наук, профессор

член-корреспондент

ХВОСТОВ В.А.

доктор технических наук, профессор УГЛАНОВ Ы.Б.

Ученый секретарь диссертационного совета, лектор технических наук профессор

СОРОКИН

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1,1. Объект исследования: машины, технологии для возлелыва-ния и подготовки картофеля и картофель.

Актуальность проблем. Бодрое обеспечения населения продуктами питания является чрезвычайно острым, Потери картофеля в нашей стране, на пути к потребителю, весьма велики и составляют до 50% выращенного картофеля. Сохранность, количество потерь и качество картофеля, поступающего на прилавки магазинов, в значительной мере зависят от технологии его подготовки. Основной технологией, принятой в нашей стране, является подготовка по схеме: пола - картофелесортировальный пункт - плодоовощная база магазин.

Ставка только на крупные хозяйства, произвол pie картофель и отправлявшие егл сразу в города, привела к тому, что технологические линия послеуборочной доработки картофеля оказались жестко типизированы как по операциям, так к по производительности (25 т/ч; 50 т/ч). Фермерские и крестьянские хозяйства, выращивающие картофель, оказались без средств механизации, хотя известно, что частный сектор ухе сейчас производит около 80,1 картофеля в стране.

Использование зарубежных технологий (голландской, американской, немецкой и др.) в России показало, что они базируются на . ряде ценных элементов, которые целесообразно использовать в отечественных Технологиях.

Однако многолетний опыт внедрения этих технологий показал, что из-за разнообразия и особенностей климатических, территориальных, социальных и экономических условий, масштабности задач ни одна страна в отдельности и в совокупности не рас элагают опытом и не облапают технологиями производства картофеля, в полном объеме пригодными для Российской Федерации, , Необходимы отечественные разработки этой прСлеш,

Больпшм резервом сокращения потерь является разработка гибких многовариантных технологий возделывания и послеуборочной доработки картофеля с преимущественным его хранением в местах производства я подготовкой непосредственно перед реализацией,.

Это направление является более эффективным по обеспечению населения высококачественным картофелем и продуктами из него, *чем экстенсивное наращивание объемов производства.

Основные направления исследований были определены по селевым комплексным программам 0.51.12 и 0,51.17 постановлениями Госкоми-

тета Совета Министров СССР по наука и технике в 1975. 1980, 1985 ГГ. заданиями 0.51.12.03.1: 0.51.12.05.01; 0.51.12.16.08; 0.51.17.03; 0.51.17.04 и Министерства науки и технической поли- ■ тики Российской Федерации на период 1991-1995 гг. по проблеме "Разработать экологически чистые ресурсосберегающие технологии производства картофеля" заданиями 04,03 и 04.05.

Данные проанализированы и оформлены в научные отчеты, книги, статьи, рекомендации..В 1987-1993 гг. проведена широкая произвол--. ственная проверка разработок в Московской, Орловской, Владимирской областях^ Марий-Эл и других республиках и областях страны.

Новым направлением в механизации сельскохозяйственного производства, развиваемым в диссертации, является разработка основ теории систе- "пола - потребитель" и создание гибких технологи! и технических средств производства картофеля.

Цель, идследовэниЦ. Создание научных основ, принципов построения и разработка высокоэффективной технологии и технических средств, позволяющих снизить потери и повреждения картофеля на пути "поле - потребитель" в 1,5-2 раза.

. Раучндз новизна исследований определяется выполненными следующими теоретическими разработками:

- теория и методология создания стратифщшрованных сиотем комплексной подготовки картофеля;

- пространственно-временная модель клубня на основе агрегатирования матриц, отражающая качественные показатели картофеля:

- ооздание. на основе системного анализа теоретических основ расчета гибких ресурсосберегающих малоотходных технологий производства картофеля с минимальными перевалками после уборки и хранением в местах производства;

- обоснование и методы расчета параметров технологий и технологических процессов возделывания картофеля на разных типах почв, обеспечивающие высокую урожайность, минимальное содержание примесей, потерь и повреждений при уборке;

- построение моделей технологических линий и агрегатов'Для послеуборочной доработки и предреализапионной подготовки картофеля;

- методы расчета агротехнических показателей машин для производства картофеля и их рабочих органов.

вклад автора. Разработана теория и методология создания систем комплексной подготовки гартофеля на пути "поле - потребитель" с минимальными повреждениями и потерями. В оонову этого.

направления положены возделывание, доработка в. подготовка картофеля по гайкой технологии в зависшоста от условий, пелей х ресурсов, хранено* осяогаоЁ кассы картофеля в местах производства 2 поставка потребители в готовом виде. Разработана пр&с транс твен-но-временаая иодель клубня на основе агрегатированиях матрзп. Создана основа теории г расчета параметров технологий возделывания, доработки и подготовки картофеля. Обоснованы методы расчета агрегатов и иаоян, входящих в линии, ж рабочих органов для возделывания картофеля. Экспериментальные исследования, долевые опыты. обработки результатов исследований производилась под руководством и с участием автора.

Практическая цекцость. Предложены основные количественные и качественные показатели казня для возделывания, доработки и подготовка картофеля а ах рабочих органов, необходимые л-.и разработки нормативных материалов при проектировании машин для производства ж подготовки картофеля. Предложены новые технические решения технологических линий, масяя, рабочих органов для возделывания, Доработки а подготовки картофеля, которые выполнены на уровне патентов и изобретений.

"Исследования по созданию технологий возделывания картофеля, обеспечивающие повышение урожайности на 6-25%, комбайновую уборку и снижение содераания примесей в 1,2-5 раз в зависимости о* поч-генно-кяаыатнчеьних условий.реализованы г виде рабочих органов для.нарезки гребней и гряд (а,с. 1329633, 1464935). перед посадкой и ухода за растениями (а.с. 1500177, 1435172) в объемах свыше 12 тыс.комплектов и серийно выпускаются Грязинским кулыива-тодаи заводом. Ео результатам теоретических исследований созданы опытные образда технологических линий производительностью 2,5; 5; 20 и 60 т/ч. работащке по гнбкой технологии, технологические комплексы товарной подготовки картофеля по малоотходной технологии производительностью 1,25; 5 (2,5 х 2) и 15 (7.5 х 2) г/ч.

На базе разработанных подходов и методов создана х внедрены в производство картофелесортировальные пункты КСЛ-15В, ИСК-8, работайте по гибкой технологии, которые изготавливаются на заводе "Рязсзльыаг;" (Рязань). Выпуск первой тысячи пунктов КСП-15В дал экономический эффект сзьше 6,3 млн.руб. (в венах 1990 г.). Разработаны средства входного контроля качества а прогноза сохранности картофеля..

Научные результаты диссертации-использованы ГСКБ по машинам

для возделывания и уборки картофеля (Рязань), ГСКБ ПО "Молдсель-мат" (Бельцы), СКТБ с ОП (Минск), ГСКБ ПО "Красный Акоай" (Ростов на Дону), ВИСХОМом при разработка машин для производства картофеля. По результатам исследований разработаны исходные требования на 10 наименований технологических линий и машин для, производства Картофеля и включены в Сяотему машин на 1990-1995 гг.

Предложенные методы по разработке систем контроля качества картофеля и принципы построения гибких технологических линий могут применяться при создании машин для подготовки плодов и овощей. ■

Результаты научных исследований рекомендованы НТО Госагропро-ма СССР. РСФСР. Госагролромом НЭ K&CPU977, 1987, 1990), НТО Минсельхозпрода, Мособлагрокомитегом для внедрения.

Дцробдпзя работы. Результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

- заседании Рабочей группы-по проблема механизации возделывания картофеля с международным участием (Москва, ВАСХНИЛ, 1977 г.);

- второй национальной научно-технической конференции "Электронизация сельскохозяйственных машин и процессов (НРБ, г.Толбухин. 1981 г.): '

- международном симпозиуме с участием фирм ФРГ по машинам для картофелеводства (Москва. 1988 г.);

- совещания по Системе машин стран СЭВ (Потсдам, 1989 г.);

- Всесоюзной научной конференции по современным проблемам земледельческой механики (Москва, ВШ, 1976 г.);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации производства" (Рига. 1978 г.); •

- Всесоюзном совещании "Увеличение производства картофеля на основе научно-технического прогресса" (Москва, ВДНХ, 1986 г.);

- Всесоюзной научно-технической конференции ЧЗроблемы механизации сельскохозяйственного производства" (Москва, BJM, 1985 г.);

- пятой Всесоюзной научно-технич зкой конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов" (Москва. 1985г.);

- второй Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты . приивнения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств" (Москва, I96G г.):

- Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Проблемные воп-

росы автоматизации производства" (Воронеж, IS87 г.);

- Всесоюзной научно-практической конференции "Механизация

и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе" (Новосибирск, 1289 г.);

- Всесоюзной научно-технической 'конференции "Пути сокращения потерь плопоовощной продукции" (Курган, 1968 г.);

- Всесоюзной конференции "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК (Ленинград, 1988 г.);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация производства и управления в перерабатывающей промышленности Гос-агропрома СССР" (Одесса, 1989 г.):

- координационном совещании "Результаты выполнения исследований по научно-технической проблеме 0,51.17 (Картофель) за

1981-1985 г.г. и программы на 1986-1990 гг.", (Москва, ГА11 РСФСР, 1986 г.);

- заседании научно-методической секции ВРО ВАСХНИЛ "Комплексная механизация и электрификация растениеводства" (Краснодар, 1986 г.)!

- гдасгиргнком заседании президиума Российской академии сельскохозяйственных наук, май 1992 г., секции картофелеводства.в тле 1992 и 1993 г.:

- научно-технических советах, заседаниях секций и конференциях в ВИСХОМе, ГСКБ по машинам для возделывания и уборки картофеля (Рязань), ГСКБ ПО "Молдсельмаш", ГСКБ ПО "Красный Аксай", ПО "Кировский завод", в Ленинградском оптико-ыеханич^ком объединении, НПО по картофелеводству. Московском институте инженеров с,-х.производства. Ленинградском институте советской торговли. ВНИИ торгового машиностроение и др. (в 1976-1993 гг.).

Разработки автора в области технологий и технических .средств производства картофеля экспонировались на ВШК и удостоены трех золотых и двух бронзовых медалей.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 190 работ, в том числа: I монография, 5 книг, 100 статей, подготовлены рем мендагаи по возделыванию и подготовке картофеля (одобренные НТО Госагропрома СССР, Минсельхозпрода РСФСР, Минсельхозом РФ), получено бойес 70 авторских свидетельств на изобретения, 5 изобретений запатентовано в Германии, Великобритании и других странах.

Объем ц структура Dadora. Диссертация состоит из введения,' УП глав, заключения и основных выводов. Работа изложена на 299

странапах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 22 таблицы. Список литературы включает 253 наименования. Приложения состоят 23 5 таблиц и 30 страниц протоколов, актов испытаний и внедрения.

. Содержание Работы. Во введения раскрыты основные причины, влияющие на потеря картофеля, обоснована актуальность проблемы я сформулированы основные положения работы. Раскрыта научная новизна х практическая значимость проведенных исследований.

. ■ - В первой .главе "Анализ современного состояния механизации производства картофеля и направлений развития научных исследований" обобщая опыт механизация производства картофеля в нашей стране и за_рубеаом. _ _

Работы по исследованию технологических процессов возделывают", послеуборочной доработки и товарной подгатовки овоще® и картофеля проводила: Богданов H.H., Бородин И.Ф.. Верге2чла Л.А.. Верещагин Н.Я., Виноградов B.IÍ., Воловик A.C., Воронов Н.В., Герасимов С.А., Глухих Е.А., Горячаин В.П., Гусез С.А., Дмитриев A.M.. Дорохов А.П., Ерохан М.Н., Зиновьев Ю.И., Карданов С.Н.. Кирилин Н.И.. Ковалев A.A.Козвра ILC^.-Колчин H.H., йононучен-коВ.В., Кзнонучешсо Н.В., Кроптов А,П,. Кузьмин Б.0., Кузнепов A.B.; Липский H.D., Ловкие З.В., Лубеншв В.Ы., Лукин В.Г., Максимов Б.И., Мапепуро U.E., Настзнко H.H., Овсюков В.И.. Орлов П.Е., Пермяхова А.Е., Петров Г.Д., Писарев Б.А., Пшеченхоз К.А., Размыслович И.Р., Роганова Т.Н., Сафразбекян O.A., Сорокин'

A.A.. 7гланов Ы.Б., Фарсов Н.В., Фомин И.М..Фурлетов B.U.,Хвостов

B.А.. Чугунов B.C., Шабуров К.В., Шаакин, В.З., Шостаковский Л.П., JÜI Б.М., Bagaaa К., Story Á.G., Biese ü. , Zaag 0.2.Burt on ».ИДР.

В результате этих работ технология и средства механизации производства картофеля получаля значительное развитие.

Однако расширение объемов йараработки картофеля, введение новых форм собственности а переход к рыночной экономике ставят задачу резкого сокращения потерь продувши при выращивании, доработке, хранении а подготовке для разных типов и размеров хозяйств. Снижение потерь - наиболее эффективный источник прибыли и реального повышения сырьевого фонда.

Исследования поврездений и потерь клубней картофеля на пути "поле - потребитель" показала, что схема производства и поставки картофеля потребители нерациональна, включает свыае- 30 оцарапай и 5-10 перевалок. В результате количество мзхакнчасилх поврежде-■ ни2 клубней достигает 53-8б£.

Таким образом, создание современной системы "доле - потре-

битоль". включающей технологии и технические средства производства картофеля, является крупной народнохозяйственной проблемой, решение которой обеспечат высокий экономический эффект. .

Потери картофеля возможны на всех этапах. Технология, условия виращивания определяют зрелость, уровень заболевания клубней и сояортание примесей, го еса-ь технологию послеуборочной доработки. Значительным источником потерь картофеля при уборке является использование копателей с последующим ручным подбором клубней. При уборке хомбаШамя потери снижаются в 3-10 раз. Решение проблемы уборки картофеля комбайнами чисто техническими

средствами, то есть созданием поколения комбайнов, оснащенных новыми рабочими органами, и насыщение конструкции комбайнов комбинациями известных ра^члх органов для интенсификации процесса сепарац;:и почв, незначительно расширило ареал комбайновой уборки, но присело к увеличен!® повреждений клубней в процессе уборки и косвенно к увеличению потерь. Кроме того, значительная засоренность вороха, поступающего с поля, примесями требует дополнительно? послеуборочной доработки картофеля.

жестко типизированная технология возделывания картофеля, 'слабо учитывающая почвенно-климатические условия, не адаптирующаяся к конкретным ситуациям, приводит к недобору урожая, увеличению примесей и потерь при уборке.

йце один источник потерь - это послеуборочная доработка.

хранение и поставка картофеля потребителю, с многочисленными перевалками, а следовательно, и повреждениями при доставке в города, и как следствие, огромными потерями в процессе хранения. Дредреализаиаонная сортировка картофеля по качеству трудоемка и имеет низкую точность, потребителю поступает картофель со значительной долей нестандартных клубней, которые затем идут в отходы. Это является еще одним источником потерь, потому что нестандартные клубни можно использовать при переработке. Обобщенно факторы, влияющие на потери картофеля, представлены в виде схемы на рис.1. ^

Анализ схемы показывает, что решать проблему снижения потерь картофеля следует на основе системного подхода, для-чего необходимо реаить ряд основных задач:

- обосновать технологии возделывания для различных типов

почв;

- обеспечить комбайновую уборку картофеля с минимальным содержащем примесей и низким уровнем повреждений клубней;

- создать рациональную технологию и технические средства системы "поле - потребитель".

Во вгоеоц гладе: "Методология и теория разработки систем комплексной подготовки плодоовощной продукции сформирована концептуальная модель стратифицированной системы производства плодоовощной продукции На основе описания системы производства картофеля установлено, что до настоящего времени не исследована проблемная ситуация в едином комплексе "возделывание - доработка - хранение подготовка - поставка потребителю",, ряд звеньев в этой схеме, а именно: производство в зависимости от почвенно-климатических условий;' варианты послеуборочной доработки и разделения по качеству перед реализацией; снижение поврездений продукции, - и это требует более детальной проработки. Система "поле - потребитель" характеризуется огромным количеством показателей: параметрами среды, в которой она работает, собственными свойствами, задачами, которые она должна решить: причем все это происходит в изменяющихся условиях.

Следовательно, система является сложной и описываэтся стратифицированной моделью. Стратификация позволяет ооздать системы различных по своей организации моделей, проводить конструирование мааин на основе машинно-ориентированных баз данных, над которыми определены вычислительные процессы решения локальных задач возделывания, послеуборочной обработки, хранения, предреализа-

пионной подготовки, переработки и постава;! картофеля потребителя.

Систему "поле - потребитель" ("Ц-П") в этом случае можно рассматривать гак многомерную матрицу, включающую четыре измерения: по уровню абстрагирования, по охвату, то есть количеству рассматриваемых оперши';;, по виду и типу связей. Перзое измерение'- по уровню абстрагирования (.4) - позволяет рассматривать ка нулевом уюьие непосредственно конкретные процессы л операции; на первом уровне производится описание «латаемтем (1.11), например, на основе комбинаторно" оптимизации описываются гибкие производственные системы; метасистемы второго уровня (М2) описывают декомпозицию непосредственно плодоовощной продукция. Второе изке-

• • - ренке (0) оппс мет системы по охвату рассматриваемых элементов: операции, процесс, технология производства картофеля в хозяйстве и т.д. Третье измерение (3) описывает системы по в:шу связей: материальные, энергетические, информационные. Четвертое измерение (Т) описывает системы по типу связей: прямые, обратные и параллельные. Кроме того, данная схем может быть развернута я по другим измерениям на зобом :;з уровней. Например, поскольку описывается биологический объект, схема может быть дополнена вре-Общая схема модели "Н-П" представлена на

ФШ

Рис. 2. Общая схема стратифшхи-рованной модели системы "поле -потребитель"

менныки параметрами рис.2.

Рассматривая модель "поле - потребитель" на уровне метасистемы Ы2, совокупность компонентов плодоовощной продукции можно представить в вше мнотаства.

Множество V/ характеризуется рядом свойств и соответственно 'признаков и может быть разбито по этим признакам на подмножества.

Разделение множеств клубней целесообразно рассматривать как осуществление ряда преобразовании не только непосредственно с физическим множеством, но и с его отображения«!, В качестве отображения могут быть оптические, электрические и другие язображе-

над физических множеств, Физическое множество можно рассматривать как отображение нулевого уровня. Уровни отображения

0 I 2 ......

сп и Сп1 у Сп2..... I слой

рп и Рп1 ^ Рп2..... р 2 слой

ус фп 0 Фп1 и фп2..... . ф 3 слой (I)

КпиКп1 ик^..... 4 слой

Бп и Бп1 0Вп2..... --бпп 5 слой

где С2 .., Сд по структурному составу вороха

бни. ботва);

В^.Рз......Рп по размеру партии;

......Фп по качеству клубней (здоровые, дефектные клубни,

с данным видом дефектов, округлые, овальные, типичной и нетипичной формы и т.д.);

* .....Кд по калибру;

Б2«Б2.....Бп по биохимическим и биофизическим параметрам

(содержание компонентов - крахмала, углеводов, белка и т.д. и их производных - всхожести, зрелости, продуктивности).

Анализируя модель "поле - потребитель" на уровне метасистемы Ы1, связи, возникающие в процессе возделывания послеуборочной доработки и предреализационной подготовки продукции, можно описать матрицей смежности "тип связей - вид связей" С1"33, которая охватывает возможные сочетания:

ПС ОС ПРС

0т-в

Э И

(2)

где: А,— коэффициенты матрицы.

Анализ может охватывать агрегат (А), технологическую линию (Л), производство (И), Соответственно страна смежности связей "вид - тип - охват" С®""1 может быть выражена в виде трехмерной матрицы. ■

Граф технологического процесса.(Ш) послеуборочной я предпосадочной подготовки семян включает 16 операций, а продовольственного'картофеля - 35 операций.

Анализ матрицы инлиденгай и графа ТС показывает, что не существует одной единственной технологии, обеспечивающей оптимальный т.

I - загрузка в автотранспорт картофеля в поле при уборке, - 2 - временное хранение, 3 - приемка картофеля, , .

4.8 - отделение мелкой яочвы и мелких клубней,

5.9 - отделение комков почвы и камней, .

6 - отделение ктупнкх клубней,

7 - хранение. Ю - калибровка, 11,14 - отделение дефектных клубней, 12 - накопление, 13 - защитно-стдаулирулдая обработка. 15 - пгогрев, 16 - отправка на посадку иди реализации.

Б-зависимости от условий е седей технология моаавт меняться, то есть должна быть гибкой. Формально существует ряд путей обеспечения гибкой технологии. Иерархически гибкость на первом уровне рассматривается.^ как гибкость технологии: относительно качества. объемов входной продукции и целей, с учетом инфраструктуры. На втором уровне рассматривается гибкость технологических линий как а пространстве, так и во времени относительно операций и места. где они выполняются. На третьем уровне рассматривается гибкость элементов, блоков линии и отдельных машин в-выполнении операций.

. Одновременно на всех иерархических уровнях анализируются материальные, энергетические и информационные связи, которые только в совокупности могут обеспечить структурную и техдологическую гибкость технологии.

Для всестороннего определения эффективности технологического процесса (ТП) с яспользованием гибких линий необходимо дать количественную опенку.

Общее количество вариантов находится по формуле

В а В| X Бз ' I Вд ........X Вц, (3)

где: В - общее количество технологических вариантой в графе Ш;

В|,В2 - количество технологических вариантов в подграфе I (вершина 1-3), 2 (вершины 3-7), 3 (вершины <-12), 4 (вершины 12-16) соответственно.

Подсчет показывает, что граф И1 полготовки семенного картофеля (рис.о) содержит 350 вариантов, а с учетом возможности промежуточного 'хранения с пелью создания лечебного периода для клубней - 700 вариантов. Граф И "поле - потребитель" содержит 35 узлов и имеет несколько тысяч вариантов,

В' третье глдве "Исследование свойств и системный анализ качества картофеля? рассмотрена иерархическая проотранственно-временная модель свойств картофеля.

Партия картофеля и отдельные клубни, входящие в нее, характеризуются рядом свойств: биохимических, технологических, интегральных и др. Вышеперечисленные свойства обладают признаками, которые, в свою очередь,' могут быть измерены в виде параметров и характеристик.

Качество картофеля может быть описано многомерной матрицей связи: х,б,и.о

К « Ф ! X ). (4)

о,к,х.э где: Ф - сжатая матрица;

X - многоиндексный размер матрицы; т,б,и,с - технологические, биохимические, интегральные свойства и свойства среды;

о,ы,х,э - органолептические, механические, химические, электро-физиче ские ме тоды.

В зависимости ох изучаемых особенностей рассмотрены текстурные свойства картофеля, отражающие пространственный морфизы объекта и структурные свойства, характеризующие признака условно изоморфного объекта. .

В пропессе изучения свойств клубней проведены исследования в полевых, лабораторных условиях в период.послеуборочной доработка и нредреализашонной подготовки. . •

Экспериментальные исследования, проведенные в полевых условиях, подтверждают зависимость урожайности от параметров сечения гребня и сшршш междурядий (рис, 4а).

Картофель подвергается ряду технологических воздействий, . что неизбежно приводит к повреждениям. При этом потери картофеля возрастают. Проведенные исследования (рис.46) показали, что общие потери картофеля зависят не только от уровня механических повреждений, но я в большей степени от наличия больных клубней, поэтому вазикм звеном в обеспечении гибкой технологии подготовки должен быть объективный экспресс-контроль качества картофеля.

Объективно определись состояние клубня можно по спектральным характеристикам коэффициента отражения в ближней ИК (инфракрасной) области спектра (рис. 4в).

Р чегсвиоЗ главе "Теоретические исследования процессов в системах "поле - потребитель" рассмотрены процессы возделывания, послеуборочной доработки и предреализашюнноЯ подготовки картофеля.

Процессы, описываемые графом ТП "поле - потребитель", осуществляют декомпозицию множеств, которая включает три этапа: выбор признаков, построение модели технологического процесса и реализаций его в устройстве для измерения этих признаков. Для разделения потока по выбранным признакам можно испол. овать один, два и более признаков. Соответственно устройства, реализующие эти процессы, будут называться одно,- двухпризнаковые я т.д.

Критерием эффективности использования одного признака является выражение К.» , (5) I <Г| + <г *

где математические ожидания разделяемых классов;

- средние квадратические отклонения классов.

По аналогии о однопризнаковой системой критерий выбора признаков в многопризнаковой системе производится по критергаэ -отношение собственного значения и сумме всех собственных значе-

МЙ: Кь^Зч/и^-Ъхкг А, (6)

где: Л; - собственное значение 1-го признака нормализованного вектора признаков.

При уборке картофеля комбайнами для декокпоз-хи множеств используется несколько црдзнаков. Наиболее -эффективным признаком является размер объектов, по которому можно отделить наибольшее количество почвы и окков. Для этого система подготовки почвы и выращивания картофеля должна обеспечивать в зоне, где формируется урожая, два множества: мелкокомковатую почву а клубни.

Полная вероятность ошибки разделения классов: клубни <А^). примеси <А£) - определяется через плотности вероятностей дискриминантной функции *м

Р- = с, Р^ГУ^/Л) + Сд Р-/ (7)

где: С-^Д^"- плата за ошибку потери клубней и наличия комков почвы в .клубнях соответственно;

Р^.Р2 - априорные вероятности появления классов клубни (А1) и примеси (А2),Рплотность распределения вероятности длскрйы:::* чтноп (Тункшш. классов А^ и А2 соотвёт-

Уроха&ааст*. п/т,

15 20 25 30 35

3 , высота гребня, см -

;о.4а. Вл2шп'.е высои гребня (гр:эдк) на урожайность

Потери,%

ял.

0 20 20 30 46 60 60 70 80 90 100

Повреждения,%

Ряс .46. Завлстость потерь картофеля з процессе хранения (8 месязев) от величины г-еханлчес-клх цозгекцзкгй и уроьня сора-ненносгз вЕззоносныг'д бохезня-

—— «оваяакпе 875 поразозязе 10* доратсказ 14Д ¿оразтензе 20? -к- нора'генле 26??

£}« Ц} № 1А У 1В Ц3 Я»хй

Рзс.4в. Усредненные спз?.тра.ть-ныэ характерно коэогидггк-тоз отра^еняя здорозь™, пора-жзнных болезням клубкеС а почв:

--- здоровые (класс а 1};„ч

—- сухая гналь Ткласс я 2): мокрая гкллъ (класс Л 3);

---оарка (класс 4);

—— фнтофтороэ (класс 5 5): -х-*- черная нояка (класс а 6); -х-2 супесчаная яочва: ---- чернозем

ствекко; h- забранный sopor разделения объектов по размеру.

*зктора".з, опрепедяЕсрцг геометрические параметры гребне-*, являются размеры кяубневого гнгздз и почвенно-климатсчесаие усло-зня. С одной стороны, в iíjonecce вгз*»гггкзангя 2 уборки должно обеспечиваться нормальное развитие растений, а с другой, - нали-чде мдня^зльного количества почвы 3 процессе сепарапил при уборке. Srp "

Srp £ £ «<) г t

пил (5)

Картофель зозделызается практически яа всех типах почв, поэтому при разработке технология возделывания условно^ выделено два наиболее распространенных по мехаиичесхому састаЕу типа почв:'супесчаные л ere днесуглинистые.. Кроме того, исследовались часто встречаемся з практике возделывания картофеля средне-суглинистые аочвн, которые во врем уборка систематически переувлажнены. Структурные свойства гребня (гряды) отражаются в свойствах почвы, а текстурные характеризуются геометрическими параметрами.

В процессе исследований установлены аналитические зависимости. позволяющие определить параметры гребня и рабочих органов при посадке, окучивании и уборке, обеспечивающие формирование в нем урожая картофеля для наиболее распространенной технологии с междурядьями 70,90. 110+30 и 140 см (табл.1).

Исследования, проведенные В.П. Горячклным. B.C. ¿егаловым, П.Н. Бурченко, могут быть использованы как основа для разработки теория движения ярусных окучников.

При создании гребня ваяныкд параметрами являются его сече-, нне s высота подачи почвы .

-аксиальная высота подачи почвы мотет быть определена как экстремальная точка лз уравнения: г

di - " -Jttâ ^TJlü^z Гс ^ HJ i(9)

^Y-àY r

где У„- скорость движеядя рабочего органа, м-с :

К,- коэфф2длеят остаточной длины, обратный коэффициенту усадки почзы:

J - ускорение свободного падения, шГ'Ч - угол наклона начальной образующей клина к его боковой опорной грани, град:

J(о- угол наклона рабочей грани к горизонтальной плоскости,

град;

îaiJTOB I

Расчет reoLiflтричасмя параметров греЗией я гид

Агрогехняч дарования

Опегаши

Форма грейнд (гряды)

мажгЯчёское выражение

Подготовка почин

ТЗ

(О

H6Hn«

Посадка

MUVIIM

70<m¡X<*

h"-!...*» (шН-Wvtl A'tC-Sct!

1шн » Пси)

fi'rA

¡•OlaM-ЯЬ,)

д'г^

иг

«4»

Ь»Ьм

U"'UI-ttftffi

ifitUUm. gfttCJ&M iftíu&J«*

ÍWm

Ь'кн'Щш.

Ш-сад. м ...

ширим«. трЛцзЛы! ttfSOt»',

H'.*-/!»

W'tOиль

U/.JKLÄB»

A'*A

2kUH 7S

.{М&Ш

H'-UJSk

H*-3 «C t*¿'-2Stn

3j*k(a*¿¿}-.

в - расстояние по оси У от точки схода почвенной частит: с рабочего органа по середины борозды, м; Н - глубина хода ярусного.окучника, иг Из уравнения (9) находим экстремум точки почвенных частил:

у 6 --% да^ь-' (

Из уравнения (10) вытекает, ч*о точка экстремума в значительной степени зависит от скорости.

Рис.5. Схема движения почвенныл. частиц

Площадь сечения гребня может быть определена из уравнения, описываемого следующим выражением: г

8- ^-У

Результаты комбайновой уборки определяются правильным выбором и выполнением технологии возделывания и в значительной степени влияют на эффективность и отруктуру послеуборочной доработки.

В то.же время систем послеуборочной доработки и предреали-заиионноК подготовки должна учитывать возможные яариагпи параметров вороха, поступающего с поля, и иметь гибкую многовариантную структуру, основанную на декомпозиции 'множеств.

При этом необходимо разить следущие вопросы: общей организаций потоков по гибнол технологии; формирования потоков; распознавания объектов; разделения их и мягкой укладки,

• Для распознавания и разделения клубней предложена методика, которая основывается на представлении классов в виде множеств точек в пространстве признаков. Следовательно, для областей, ограниченных множеством точек, которые по условию считаем выпуклыми, , необходимо отыскать разделяющую поверхность. Исходя из требований просторы технической реализации, ограничимся классом линейных функций. Направляющий вектор разделяющей гиперплоскости определялся путем максямнзагпи функционала .

F = Ш1п(- те* (а, т** (12)

г

•2.

(13) . -2. "

где û - надравляхщий вектор разделяющей гиперплоскости; ' if У - точки, принадлежащие распознаваемым классам. Результатами исследований до обоснованию одтако-механичес-хого устройства автоматической диагностики и сортироеки картофеля установлено, что пря сканировании клубня облученность изображения. пропорциональная выходному сигналу (рис.6), может быть определена по формуле: _ ijLS Е ¿АО. С* в' Со*<ы ] £ «з - ¿д'х^а+с - с'ces ¡где Е - облученность клубня, Вт.м" I Eus облученность изображения. Вт.м" , ;. g - коэффициент отражения оптического "1 ' излучения клубня; ! j. - коэффициент, учитывающий характер от-"

развния излучения; . -

i f - коэффициент пропускания оптического ' излучения объектива;

j q - расстояние от объектива до поверх-j ■ ности mrjtf ня t

г " "Q - площадь входного зрачка объектива,* ; ! с - толщина клубня по оптической оси.м; | с'- расстояние от подложки до "сканируем -мого участка клубня, м;

V

Рис.6. Схема расчета

и- угол, дод которые виден с плоскости объектива отрезок, со единящий сканируемый участок с оптической осью, град;

птвяжйянпго пт кя^яя? ~ УГ0Я иедцу олтическо* осью и надрав-отраженно^о от клуоня' дением на сканируемый участок с

излучения плоскости подложка, град;

площадь клубня, сканируемая в данный момент,"- м2;

9'- угол ыезду направлением излучения, падающего на объектив и нормально к площадке, град;

. <Л1- площадь изображения площадки, м2.

Из технологических соображений световолокна наиболее просто

выполнить круглыми в поперечном сечении. Прозрачность такого

сканистора описывается уравнением:

пжЫ')1*(г)гй у при остальных (14) При-перемещении сканирующей аплергуры с постоянной скоро-■ стьв в направлении оси абсписс по клубню напряжение на выходе фотоприемника и^ ( 6) определится:

о'

= , аз)

где - спектральная чувствительность приемника, 3*Вг~ ; .

спектральная облученность сканируемого изображения клубня, Йг.м72; -

Х^- координаты, отсчитываемые соответственно в неподвижной и подкидной (связанной с центром аппертурк.) системах координат, м, ' .

Для оценки строчного сигнала "фон - клубень - фон" примем с учетом -индикатриссн рассеяния отраженного излучения изменение коэффициента отражения клубня в зависимости от формы клубня вдоль оси X равным: ^г

> «6)

тогда облученность изображения клубня «озно записал» в виде:

где т - аирина сканируемого участка клубня, и2; Е>тг облученность фона, Вт.м'2. Напряжение на фотощшекядке рэено:

аI I ' [ £яо(Н*Кл?]<Ыу , ав)

После преобразований получим:

исш=^< {[(ех-е у

___ „ (19)

График зависимости напряжения сигнала от нормированного временаис^|^с>г1дриведен на рас.17. Сигнал имеет форку симметричного ишудьса, форма его близка к трапецеидальной (ярят^ ) или треугольной (при го

3 результате исследования спектральных характеристик обоснована необходимость использования асаиметрячных спектральных интервалов вида Я1-АЛг£ ¡Я; Для реализации в устройстве

спектральные интервалы подбирались путем сравнения результатов распознавания: при этом дискриыинантная функция определялась пу-

тем максимизации функционала >и

Г( = /тП£ { уии)4л - ^ </д] -Ш«,' (20)

где - коэффициенты дискриминантной функции; 4

ЩЩ- функции, аппроксимирующие спектральные зависимости в наиболее эффективных интервалах соответственно: 750-790 нм. 1080-1100 нм, 1220-1280 ны. 1440-1500 нм. тя ^ .

Рис.7, Зависимость видеосигнала от размера клубня ("Я), радиуса апертуры (Я») и скорости осмотра (V)

Г'/*«

Изучение проШссов декомпозиция картофеля показывает, что эффективным средством повышения точности, производительности, снижения повреждений и перезаражания клубней является асимметрично-симметричное распараллеливание массива картофеля представленного множества. Процесс описывает матрицей связи:

где МР - матрица связи распараллеливания;

С,А,О,У - симметричное, аоимметрячное, по операциям, по уровню связи распараллеливание соответственно;

В - массив коэффициентов;!,л- варианту«-; узел.

Матрица представлена подматрицами . распараллеливания процессов:

НРев=С'

0101... 01

II

у4 У»... У*

0, 04

; ПР*=:

"от

НРдо

,(22)

где МРсо, МРоу, МРао - пого'лтрицы симметричного распараллеливания по операциям, распараллеливания по операциям и урошв связи, асимметричного распараллеливания по операциям соответственно;

6 - коэффициенты матрицы, .Матрица связи описывает все возможные варианты построения модулей по декомпозиции картофеля с учетом возможностей распараллеливания узлов. Целесообразность распараллеливания определяется возмокностяг.ш узлов по обеспечению производительности и точности, гсрадгсяостьга поврс-яаекости клубней.

Для оданка ■ эффективности отдельных агрш^атов и линий в це-

лом разработана имитационная модель системы "пола - потребитель".

Основной задачей имитационного моделирования системы "поле -потребитель" является .определение стоимостных, трудовых, транспортных ресурсов, необходимых для функционирования системы при заданной урожайности картофельного поля, различных сроках реализации картофеля в город и цен на картофель.

Кроме того, моделирование системы "поле - потребитель" решает следующие основные задачи по определению:

- необходимого количества ресурсов при заданной урожайности картофельного поля;

- необходимого количества ресурсов при директивных сроках уборки и заданной урожайности;

- допустимых границ надежности технических средств комплекса, включая транспорт, при директивных сроках уборки и урожайности картофельного поля.

В связи с поставленной задачей был разработан укрупненный алгоритм функционирования системы "доле - потребитель", используемый пш имитационном моделировании.

Расчет времени движения грузовика (трактора.комбайна) производится следующим образом:

ХЯ,- М/гЛ^УЛ) , (23)

где См - расстояние от пункта К до пункта У, км;

коэффициенты, характеризующие погодные уоловия в течение всей уборки, состояние дорог соответственно;

V - рабочая скорость, км/ч.

Время загрузки автомобиля картофелем из комбайна (Тз) рассчитывается по формуле:

Тз - Тп' ♦ ОгДг * Тог , (24)

где - вместимость балкара комбайна, г;

- производительность выгрузки бункера комбайна.

Время разгрузки автомобиля в хранилища фиксированное.

Тр - , <25)

где Т„"Т."- время подъезда к приемному бункеру и отъезда от него соответственно;

время подъема и опускания кузова соответствен^ ,ч?

Оп1 - фактическая вместимость приемного бункера, т;

0« - грузоподъемность автотранспорта, т;

V* - скорость выгрузки клубней из автотранспорта, т/ч;

- производительность линии доработки картофельного вороха, т/ч.

Расчет времени накопления буккера комбайна производится so форнуле:

(26)

где

к - урозай со всего поля, т; V,- скорость перемещения .комбайна ло полз. км/ч;. А/,»- количество гряз на поле, дт; irfr длина гряды, м;

число рядов захвата комбайна, "¿т.

Рассчитанные зреизнзыв составляющие двняеная транспорта, работы устройств а механизмов системы "поле - потребитель" автоматически вставляются в амитатюаную модель. Часть исходных данных, предетавлялзих количественные характеристики транспортного «омадеяса, обслуживагшего систему, задается пользователем

в диалоговом pixate и таххз вводится в модель.

200

iso

100

Зс.руб/т

его

юо

— ««МИТ 60

Q-WX.

-*- 1000т 40

«агооо,

(¡»4000т го

Зя-.руб/т

40 М 80

Q*.т/час

Рис.8. Зависимость приведенных'затрат (3i) на послеуборочной доработке (а) и васе^на" подготовке (б) картофеля от производительности линий и количества картофеля ( <2 ) в хозяйстве Выходными характеристиками модели слстеки "поле - потребитель" являются материальные, трудсвыз и финансовые ресурсы, а такзе время уборки.

Ввод и корректировка исходных данных системы "доле - потребитель" обеспечивается работой кошлекса программ, разработанных на языке описания баз данных CLIPPER версии 5.0.

Результаты расчета модели а режпхе опенки приведенных затрат в зависимости от производительности линий и объема карто-

феля при отсутствия крытой площадки представлены на рис.8. Из рис.8 я детального анализа вариантов видно, что для типовых к перспективных хранилищ с учетом arpo сроков их загрузки существуют оятикумы по производительности (т/ч): 120-60; 60-40; 40-20; ¿0-10; 10-5; 5-2,5; 2,5-1,2 для хранилищ вместимостью -(тыс.г): 4; 2; I; 0.5; 0.25; 0.1; 0,05.

В пятой главе "Разработка и экспериментальные исследова-' яия процессов в системе^" "поле - потребитель" приведены результаты исследований параметров рабочих органов, формирующих гре-.бень» и средств подготовки картофеля.

: На рис.9 доказаны зависимости между профилем гребня, глу-

. Рис.9,. Профиль -грес.л 1грядк) в зависло с ти от глубины хода и расположения лад: I - глубина хода 5 см, узкая стойка; 2- глубина хода 15 см, узкая стойка, 3 --глубина хода 15 см, широкая стойка: 4 - кильватерный ход лап со сдвигом 30 см; 5 -кильватерный ход лап со сдвигом 20см.

Результаты исследований Д1яамзки параметров гребней (гряд) плотности, твердости, структурного состава в технологиях с использованием ярусных окучников (интенсивная - ширина междурядий 70 см; широкорядная - 22 см я грядо-ленгочная -' 110+30 см) 2 с использованием фрез (аналог голландской технологии - шири- • на кеждуряйий' 70 сгг) на средних суглинках представлены на рис. 10.

На рис. II представлены экспериментальные зависимости эф^екхлзносгж процессов формирования потока, распознавания компонентного состава вороха а разделения его от количества ис- . пользуемых признаков (наиболее эффективно использование 3-4 признаков). На-основе этих рекомендаций разработана машина диагностики и сортировки клубней картофеля.

Для подбора клубней из касыпи и кеханизаШз погрузочно-разгрузочных работ при обслузаванзи технологических-линий разработаны транспортер мягкой укладки и универсальное устройство; питаемое ог электросети 220/380 В, на базе электропогрузчика.

бкной хода лап к скоростью агрегата.

/

и i >

1 *

А —

А é

(VA

35 30 tí

га

15 »

j

12 3

a)

otos, oim от м.м

Д*ты vtn*p*nu»

тюкхуингмгк

■Ч ¿tyt тики \

\1

су» KL )

м.

б)

Рис,10. Параметры гребня (гряди): а - динамика почвенных агрегатов (II.А.) размером менее ¿5 мм; б - динамика плотности ( £); в - зависимость количества примесей Ш) при ком-базовой уборке от влажности почвы (W); Г -твердость почвы (Р) по глубине гребня (Н) перед уборкой. Варианты технологий возделывания картофеля (средние суглинки): Д - интенсивная; о - аналог голландской; а - грядо-ленточная; X ~ широкорядная. — метаурядие.

1 - посла посадки;

2 - после 1-ой довсхо-дово! обработки: 3 -после окучивания: 4 -перед уборкой

оборудованное ковшом-кантователем (а.о. 15Ш25). й»кость ковша до.500 кг, а производительность в зависимости от плеча перевозки - от 2,5 до 20 г/ч. Повреждения клубней при подборе из насыпи не превышает 1,7%.

Исследования технологии послеуборочной доработки картофеля проводились в течение 4 лет для разных вариантов. Результаты исследований предотавлены на рис.12. Во все годы преимущество иые-

\

1 \ —-—

\\

\ V i.

\\

А

X >4;

о t 3 4 S

Рис.П. Зависимость вероятности ошибки выстраивания (I). распознавания здоровых (2), по классам (3) и разделения (4) клубней от числа используемых признаков

да технология "поле - хранилище" с минимумом переЕалок. Общие потери при такой технологии не превыиали 2:$, Использование .

Хришшщ. ТЗК-ЭД-Хрмпоми» Т3к-30-Хр.««л|сщ< ТЭК-М-Хрмшгшш,

Рис.12. Зависимость потерь картофеля от технологии послеуборочной доработки

картофелесортировальных пунктов сразу посла уборки увеличивает общие потери в процессе хранения в 1,5-2,5 раза. Поэтому при необходимости доработки картофеля (наличие примесей более 20£, больных клубней более 5% или поставка на реализацию) целесообразно использовать минимум машин. Гибкая технология позволяет снизить потери в 1,5-3 раза, т.е. при наличии значительного количества примесей (более 15...20*) целесообразно использовать ворохоочиститель, а при наличии больных клубней (более с вредоносными болезнями - переборку. Экспериментально определены уяельние показатели параметрического ряда технологических линий, работающее по гибкой технологии,производительность«» (т/ч): 1,2-2,5; 2,5-5; 5-10; 10-20; 20-40; 40-60; 60-120 для послеуборочной доработки и предпооадочпой подготовки; производительностью (г/ч): 0,6; 1,25: 2,5; 5 (2x2,5); 7,5; 15 (2х 7,5) для предреализапионной подготовки продовольственного картофеля в зависимости от объемов производства.

В ре сюр главе "Результаты производственных испытаний" даны результаты испытаний технических орепств я обобщены пути сиотеыного снижения потерь картофеля за счет рационального построения технологических процессов, средств возделывания, послеуборочной доработки и предреализапионной подготовки картофеля.

■ ... . / " Таблица 2 Влияние технологии возделывания на урокайность а качество комбайновой уборки на почвах разных еипов

Технология возделывания

1991 -ДЭЗг

. :за а; ... :года:

:ролв

Интенсивная (Заворов-ск"я) - контроль 26,1 33,4 Аналог голландской 27,7 33,7 Грядо-ленточная 31,5 30,8 Широкорядная с использованием активных рабочих органов 33,7 Широкорядная с использованием пассивных -рабочих органов - 36,8

23,6 29,1 100 24,0 29,8 103 21.3 23.6 101

43.2 24.1 33,7 125

ЯСР,

05

3,3 2,6

23,7-30.3 1192,7

1йтенсивная- {контроль )21,0 Аналог голландской 19,8 Грядо-ленточная - • -

Широкорядная с использованием активных рабочих органов 20,9

Широкорядная с использованием пассивных рабочих органов 21,3

2Г.5 20,6 23,0

20.6 -

21,1 -

21.3 100 20.2 95 23.0 108

20.8 98 21,5 101

НОР,

05

3,0 2^4

Л35&&яаааа ..шгева..?.датаз .стажск. ,

йггенсивная 23,5 25,5

Аналог голландской .24,8 24,0

Грядо-ленточная 21,5 19,9 Широкорядная с использованием активных рабочих органов 23,4 Широкорядная с использованием пассивных

рабочих органов 21,8 21,0

21,7 23,6 ГОО 19,9 22,9 97 17,6 19,7 83

21,7 22,6 22,6 96

НСР,

05

2,4 3,3

14,2 19,0 81 1.9

25,0 16,0 6.9 13,0 "18.5 19,0

5,0 13,6 9,1". 14,0

20,6 7,6 17,6 5,1 16,3 15,0

26.0 18,3 25.0 7,3

9,4 5,0

4^8 2|7

16.0 19,1

10.1 12,4 17,5 18,5

Дани результаты производственных испытаний новых рабочей органов по нарезко гриЗне.'' (а.о. 1464935, I3296E3), уходу за картофелем (а.с. 150017?. I435I73, патент И 2004100), уборке (а.с. 1313375. 150195.3), послеуборочной (а.с. 1322474) и пред-реализшпюнной подготовке кяртоТоля (патент № 820038, а.с. 1446746, II47453 и др.) и технологий возделывания на разных типах почв: суглинистых, супесчаных, нормальных и переувлажненных. Изучались новые технологии, разработанные с участием автора в НЛО по картофелеводству совместно с другими организациями: интенсивная» широкорядная, гродо-ленточная и технология с использованием элементог голландской технологии.

Исследования, которые проводились в течение ряда лот на разных типах почв в Мооколской области, показали селективные преимущества технологий в зависимости от типа почв и других условий (табл.2).

Для супесчаных и легкосуглинистых иоиереуплажненных почв pTiT.eiiTUBHa интенсивная технологии. Для суглинистых почв преимущества по уровню урожая и параметрам комбайновой уборки имеет технология с использованием основных элементов голландской технологии: в 1,5-2 раза ниже засоренность вороха и повреждения. Для переувлажненных почв - грядо-ленточная по уровню урожая, однако эта технология требует доработка технических средств, включая создание активных рабочих органов по уходу за картофелем и усовершенствование комбайна.

Широкорядная технология возделывания картофеля имеет преимущества на высокоплодородных окультуренных почвах для уровня урожайности свыае 250 ц/га. На супесчаных почвах эта технология включает машины с пассивными рабочими органами на обработке почвы и уходе, а на суглинистых - с активными рабочими органами.

Повреждения картофеля изменяются а зависимости от применяемой в конкретных условиях технологии в 6 раз, потери - в 3 раза, а засоренность вороха в - 4,5 раза.

Произволетвенная проверка поставки картофеля потребителю проводилась по двум схемам "поле - КСП - железная дорога - плодоовощная база - предреалиэагаонная подготовка - магазин (контроль)" и "поле - хранилище - предреализашгонная подготовка -магазин".

Результаты производственной проверки представлены в табл.3. Из табл.3 видно, что потери картофеля существенно ниже при хре-

•-Таблица 3

Результаты производственно" проверки технологии "пола - потребитель"

: ¡Количество дефект-

Технология подготовки, :Вшс газбра- : кого кар.тр'Теля.т

моста испытаний ' : когки : до сор- ¡после

: : тиров- гсорги-

: : ки :ровки

19,5

6.0 ¿5,0

3,0

2,2

нении в местах производства с минимальной послеуборочной доработкой. Использование высокомеханизированных и автоматизированных средств сортировки позволяет существенно повысить качество картофеля, поступающего потребителю.

В табл.4 представлены результаты работы технологической линии с системой диагностики и сортировки картофеля'на три оасоа.

Таблица 4

Характеристика компонентного состава входного и выходного потоков продукции в устройстве диагностики и сортировки картофеля перед реализацией, > (линии ТОК-15, ЛЙКС-ъООА с автоматически отделителем)

Схема "ноле - КПП-25 - я.д,-транс. - - хранилище - линия ТОК-15", Выборгская и/о база (Санкт-Петербург)

Схема "поле - КСП-25 - хранилище - КСП-25", АПК "Кагалр-

а) ручная 38

б) автоматическая (АОНК-6) 39,5

а) ручная 33,8

Схема "ноле - хранилище -предреализапионная подготовка - (КСД-15В + ТОК-15)"

а) ручная

0,3 т/ч 19,5

б) автомагн-ческая(УСдК-2Ф) 22,0

Составные компоненты входного потока, %

Здоровые клубни (70)

Клубни с поверхностными дефектами (15)

Клубни, пораженные гнилями (15)

¡Выходные потоки карто-

:___Ißffi! JU3J_

¡ироио- :промпе- :кормов ¡воль- ¡реработ-: (отхо-:с тяня : ки : ды)

63,3 8,2 О

1С,7 78,6 2,6 О 13,2 97,4

Комплексы, оснащенные так;ши технологическими лшдякл, позволяют наиболее эффективно лспчльзогать картофель в зависимости от его качества: на реализахсг:, проыпереработку и корма. Расположенные в местах производства картофеля комплексы легко :штаг-

рируются б структуре агрокомплекса и открывают возможности для переработки картофеля с прямым использованием отходов в качестве ценных кормов. Все это говорит о преимущество хранения основной массы картофеля в местах производства с гибкой технологией послеуборочной доработки, в городах должна храниться только резервная чаоть (10-15,» потребности).

й_££ДИ,шл_1Жи2£ "Опыт внедрения и анализ хозяйственной эффективности результатов исследований" описаны результаты проведенных исследований. При непосредственном учаотии автора были разработаны'следующие машины и оборудование:

- высокоэффективные рабочие органы для нарезки гребней и ухода за картофелем: ярусные окучники, ротационные рыхлители и подпружиненные бороно. Эти рабочие органы обеспечивают повышение производительности на 20,"? и снижение повреждений растений на 5%.

Эффективность новых рабочих органов для нарезки гребней и ухода за посадками картофеля на легких почвах проверялась в опытных хозяйствах ШИИКХ, 01ГХ "Коренево", "Чльшское", "Заворо-во", а затем на Владимирской, Кировской и Ца Iтральной машиноио-пытатольиых станциях.

На основании результатов государственных испытаний принято решение о серийном производстве удобрителзй-гребнеобразователей УГК-4,2 и модернизации культиваторов КОН-2.8, КОН-4,2 с целью использования новых рабочих органов: ярусных окучников, ротационных рыхлителей, подпружиненных боронок в интенсивной технологии.

Освоен кассовый выпуск рабочих органов и использование их на площади 400 гас. га - по интенсивной технологии, свыше 20 тыс. га - по грядовой и грядо-ленточной технологии и 200 га - по широкорядной технологии.

Предложен параметрический ряд технологических линий для послеуборочной доработки, предпосадочной и продреализационной подготовки, работающих по гибкой технологии.

ОВДШ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

I. Анализ технологии п средств механизации производства и поставки картофеля потребителю показывает, что технология "поле -потребитель" включает свыше 30 основных операций, многочисленные перевалки и не является рациональной.

- а> -

2. Установлено, что потери картофеля зависят как от технологии уборки (З-ЭО^), послеуборочной доработки, хранения (10-70?). и првдреализашсонной подготовки картофеля (5-3-5:2), так и от технологии возделывания (5-40$), что с учетом их взаимного влияния составляет 3-18:9-29;4-5:5-40^ соответственно. На основе системного анализа разработана стратифицированная модель технологии "поле - потребитель" для крупных производителей картофеля, ассоциаций и фермерских хозяйств.

3. Разработана проотранственно-временнал математическая модель свойств клубня, которую целесообразно представить в виде многомерной .агра га тированной матрицы, отражапдей качество картофеля. Экспериментально установлено, что спектры коэффициентов диффузного отражения оптического излучения в ближний ИК-области различны для здоровых и пораженных болезнями клубне?. Для дифференциальной диагностики болезней необходимо и достаточно использование четырех спектральных коэффициентов отражения на длинах волн 775, 1100, 1280. 1440 нм о интервалами 750-790. 1080-1100, 1220-1280, 1440-1500 нм, для определения латентных форм болезней целесообразно использовать длины волн 1740 к 1950 нм.

4. Для создания средств диагностики и сортирования картофеля по качеству предложена методика определения линейных даскри-минантных функций позволяицая производить свертку многомерного признакового пространства до одномерных решающих- правил диагностики. Классификатор диагностики, основанный на использовании предложенной методики, 4 оптических признаков и решающих правил дифференциальной диагностики, позволяет распознавать клубни с, точностью: здоровые - 92,5?, пораженнио мокрой гнилью - 100,£. сухой, гнилью - Ю0#, фитофторозом - 100,:, ппршой - 52,53, ризок-тониозом - 65й и прогнозировать сохранность картофеля.

5. Еа основе анализа текстудаых свойотв гребня (гряды) определены аналитические зависимости позволяющие рассчитать размеры и параметры рабочих органов при посадке, уходе, уборке, обеспечивающие формирование урожая и минимальное количество примесей и повреждений клубней. Высота гребня должна быть на меж-дурядиях 70 ом при посадке - 12-14 см, при окучивании - 16-20см (на супесчаных почвах), 20-25 см (на суглинистых почвах): на меж-дурядиях 90 см - при посадке 12-14 см. при окучивании - 25-Э0см. Высота гряды на междурядиях 110+30 (140) см при посадке должна быть 16-18 см, при окучивании 25-35 см.Площаль сочения гребня

(гряды) пел окучивании лолкна быть 640-1060 см^, 1250-1600 см^ и 2250-3500 см^ в зависимости от шрзнн меадурядий соответственно.

6. Технология производства и доведения картофеля до потребителя долтша быть "гибкой", многовариантной в зависимости от качества и назначения продукция, типа почв, условий, состава вороха, имеющихся ресурсов, ситуации и базироваться на комбайновой уборке с прямой поставкой, в основном, готовой продукции от производителя непосредственно в магазины. Новая технология в 3-5 раз снззает число операций по сравнению с традиционной.

7. Для обеспечения комбайновой уборка в зависимости от типа дочв. условий и сорта целесообразно использовать соответст-вухцую технологию возделывания, создающую гре^-нь (гряду) за-' данного сечения, из рыхлой мелкохоу-коватой почвы для формирования максимального урожая, кинжальных потерь и повреждений клубней:

- на супесчаных ншереузлаяненнкх почвах целесообразно использовать интенсивную технология, включащую нарезку гребней

„ ярусными окучниками, интенсивную механическую междурядную обработку ротационными рыхлителями без использования гербицидов: снизить число междурядных обработок моано за счет использования пассивных формирователей объемных гребней;

- на суглинистых нетереувлажняющзхся почвах используют фрезерную предпосадочную обработку к фрезерное по всходам' окучивание с создание« объемного гребня;

- на переувлажненных почвах эффективна грядо-ленточная технология возделывания, включахщая нарезку гряд ярусными окучниками, а при междурядной обработке, кроме того, целесообразно использовать дисковые окучники и ротационные рыхлители, подпру-зиненные боронки:

- на плодородных окультуренных почвах с высоким уровнем производства картофеля целесообразно использовать широкорядную технологию с обработкой активными (фрезы) и пассивными рабочими органами (ярусные окучники, ротационные рыхлители)в зависимости от типа почв.

8. На основе имитационного моделирования теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что для доработки, хранения картофеля в местах производства и поставки потребителю целесообразно использовать в зависимости о: объема производства

и назначения картофеля параметрический ряд технологических линий производительностью 1,2-2,5; 2,5-5; 5-10; 10-20; 20-40 и 40-60, 60-120 г/ч, работающих по гибкой технологии. Технологические линии производительностью до 20 т/ч (КСП-15В) и до 10 т/ч (ИСК-8) поставлены на серийное производство, а линии производительностью до 2,5; 5-10; 40-60 и 60-120 г/ч проходят испытания.

9. Для предреализашонной подготовки картофеля по гибкой технологии разработаны автоматизированные линии производительностью 0,6; 1,25; 2,5; 5 и 15 т/ч . что позволяет полностью обеспечить потребности отрасли. Эксплуатация линий производи- ' тельностью 1,25 т/ч с 19 8В г. и 15 (7.5x2) т/ч с 1989 г. на Вл-боргокой плодоовощной базе Санкт-Детербурга подтвердила их работоспособность и эффективность.

10. Созданные системы диагностики ж сортировки клубней картофеля, использующие классификаторы ди?[Л еренциальной диагностики, позволяют, разделять исходный поток на заданное число классов по приоритетам качества и создают условия для малоотходных технологий подготовки и переработки картофеля. При товарной подготовке картофеля вероятность правильного разделения на прошере-работку - 78,на коры - 97,4? при ошибке классификации здоровых клубней не более 3$ и клубней о поверхностными и незначительными дефектами - не более 5%.

11. Принято решение о серийном производстве удобрителей гребнеобразовотелеЙ.УГК-4,2 с новыми рабочими органами (а.с. 1329633, 1464935) и культиваторов КОН-4,28 с ротационными рыхлителями (а.о, 1435172, 1500177), более 12 тыс.комплектов новых рабочих органов (УГК-2,8) внедрено в производство. Экономический эффект от внедрения одного комплекта составил, по данным ИХ. свыше 6700 руб. Общий годовой экономический аффект ооставил более 80 млн,руб. (в ценах 1990 г.). Стоимость лицензии.по данным "Фонда изобретений России", на технологию и рабочие органы по возделыванию картофеля, базирующуюся на разработках,выполненных автором, составляет не менее 84 тыс.долларов С&А.

Экономический эффект от внедрения первой тысячи линий КСП-15В (а.с. 1382474) составил свыше 6,3 млн.руб.в год (в ценах 1990 г.). Экономический эффект от внедрения машины МСК-8 составил, по данным ШС, 145,2 тыс.рублей (в ценах 1992 г.).

. Экономический эффект от внедрения изобретений автора по входному контролю качества картофеля и технотогическлм линиям

прадреализаиионной подготовил, по данным ЦСУ. ооотавил 395.5 тыс.рублей в год (а.о. 1443228, 1147453. 1446746 я др.) (в пенах 1990 г.).

Проведенные аослвдовани при внедрении их в производство позволили снизить потери картофеля в 1,7-2 раза я открывает возможности создания безотходных экологически чистых, ресурсосберегающих предприятий с полным циклом "производство - переработка" решаицих проблему снижения потерь картофеля.

СПИСОК ооновннх работ до теме диссертации

I. КНИГИ

1. Индустриальная технология производства картофеля.-М.: ^оссельхозиздат, 1985 / Пивченков К.А., Старовойтов В.И. и др. 256 о.

2. Возделывание картофеля по интенсивной технологии.-М.: Роосвльхозиздаг, 1986 / Хлевной Б.Ф., Заикин Д.В.. Старовойтов В.И. и др. 95с.

3. Автоматизация контроля качеотва картофеля, овощей и плодов.-М.: Агропроииэдат, 1987 / Старовойтов В.И., Башилов A.M., Андерканов Л.А. / 67-120с.

4. Интенсивная технология производства картофеля.- М.: Ыооковский ра'бочий, 1987 / Писарев Б.А., Замотаев А.И.. Старовойтов В.И. z др.Л 160г.

5. Послеуборочная доработка и хранение картофаля.-М.:Моо-ковохий рабочий, 1989 / Гусе» С.А., Старовойтов В.И./ 134о.

6. Интенсивная технология производотва картофеля.-М.: Россвльхозиздат, 1969 /Замотаев А.И., Лубеншв В.И., Старовойтов В.И. и др./.Зо.

П. БРОШЮРЫ. СТАТЬИ

7. Старовойтов В.И. Анализ и выбор оптических критериев при автоматическом отделении некондиционных клубней картофеля в предпосадочной его доработке.- Сб.науч.тр.ЫИЯСП, 1976,-T.I3 - Вып.5.-30.

8. Старовойтов B.II. Перспективы а проблемы создания индустриальной технолога. - Пути янтазсдфикализ картофелеводства. плодоводства, овощезодства.-йшск, IS8I.-4.I-2 с.

3. Старовойтов В.И. Исследование я разработка автоматического устройства для отделения загнявазх клубней в процессе предпосадочной подготовки картофеля. -Автореф.дзсс.на соискание уч. . ст.канд,т.н.: - Ы,1977,- 16с ОЛЖП).

10. Старовойтов Б.й. Гзбкде технологические линии подготовка картофеля. - Проблемы механизации сельскохозяйствевкого про- -изводства. - У. 1985./ВЛЛ/.2С. "

11. Старовойтов_В.И. Формализация технологического процесса доработка картофеля. - PS. Картофель, 1986 - Д 4,-Ile. ;

12. Старовойтов В.И., Еначанков К.А. Отделитель загнивших .клубней. - Картофель а овощи,1378,- 3 6 -4с.

13. ■Старовойтов В.И.. Бааилов А.М. Автоматический отделитель примесей. - Картофель ж овощг, IS8I - Я 8,-эс.

14. Старовойтов В.". Перспективы использования оптических

срвдств_для азтоматизацги процессов ..сортировки -овощей-н карте------

федя.- Автоматизация производственных пропа ссов. -ti.1982-2с.

15. Старовойтов B.iî.. Андерганов А.2. Автоматизация процессов товарной, предпосадочной а послеуборочной доработка картофеля. Механгзапвя и автоматизация производства, ISS2. - Я 4 -6с.

16. Старовойтов В.'Л . Возделывание, уборка, послеуборочная доработка и хранение картофеля. -В кн. : Система капзн для комплексной механизации с.-х. пр-ва.-U, 1982.

17. Старовойтов В.il. Моделирование процессов автоматической сортировки клубней картофеля/Йауч.гр.гШКК. 1985- 7с.

18. Замотаев А.К., Старовойтов В.2. Автоматизация сортировки картофеля. - Ь^егдунар. с.-х.журнал, 1986,- & З-Юс.

19. Пшеченхов S.A.. Старовойтов В.й. Современная техняка .для уборки картофеля. - иеханизашя и элеятрификапия, Ï98S.-* 7.- 4с.

20. Старовойтов В.Pl. Зовделывание ж уборка картофеля. -В кн. : Развитие ыеханизагш сельского хозяйства XI пятилетке

. а основные направления на 1986-1990' гг.-ü, 1986 / Козлов В.Г. » Пилюгин A.U., Старовойтов В.И. и др./ШЫ/24с.

21. Денисов A.A., Старовойтов В.И. и др. Система прЗборов z приспособлений для настройки х регулировки основных машин в растениеводстве,- Тамбов, 1986.-346с.

22. Старовойтов В.И. Пути снижения потерь и повреждений картофеля,- Плодоовощное хозяйство, 1987,—'Ь 8-4с.

23. Старовойтов В.И. Автоматизация управления качеством картофеля.- Проблемные вопросы автоматизации производства, 8СНТ0, М, 1987.-2с.

24. Старовойтов В.И. Теоретические предпосылки создания гибких технологических линий подготовки картофеля. -Р1 Карто- . фель, 1987.-й 9,-16с.

25. Старовойтов В.И, Возделывание, уборка, послеуборочная доработка и хранение картофеля,- В кн: Система машин для комплексной механизации с.-х,пр-ва.-М. 1988.-20 с.

26. Старовойтов В.И,, Писарев Б.А,, Черненко С.А. Проблемы диагностики болезней клубной картофеля.-Картофель, 1989.-1 I,-14с.

27. Старовойтов В.И. Управление процессам первичной обработки клубней картофеля.-В кн: Автоматизация производства и уп-оавления в перерабатывающей промышленности агропромышленного комплекса.-Одесса, 1989,-Зс.

28. Старовойтов В.И., Роганова Т.И. Нужные "гибкие" технологические линии,- Картофель и овощи, 1989.-й 4.-2с.

29. Старовойтов В.И., Воронов Н.В. Автоматизированная система контроля качества картофеля в оптовой торговле.-В кн: Совершенствование оптовой торговли товарами народного потребле- • нйя.-Л: Знание.1989.-9с.

30. Старовойтов В.И. Оптические модели корнеклубнеплодов.-Шестая Всесоюзи.науч.-техн.конф."Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и о.-х.сырья",- М, 1989,-2с,

31. Старовойтов В,.;. Методические основы построения сиотем подготовки картофеля к реализации и потреблению,- РЖ Картофель, 1990.-Л 10.-15с.

32. Старовойтов В.И., Воронов Н.В. Инструментальный беокон- . тактйый метод диагностики плодоовощной продукции в пищевой промышленности.- В кн: Применение технического зрения и других бесконтактных средств контроля для автоматизации произа. .отвен-ными процессами.-Л.: Знание, 1991.-14с.

33. Шмонин В.А.', Старовойтов В.И. и др. Удобриталь-гребне-образователь - основа внедрения энергосберегающей технологии возделывания картофеля.- Тракторы и сельскохозяйственные машины", 1992.- И З.-бс.'

И. ГОСТы. РСТ, РЕКОМЕНДАЦИИ. ' ~

34. Картофель, Обработка почвы.- Типовой:' технологический провеса.РСТ РСЖ!Р 758-90 ГАП РСФСР (соавторы Попов Б.А. и Др.). Но.

35. Картофель. Предпосадочная подготовка семенного материала, Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 759-90 (соавторы Попов Б.А. и др.).7с.

36. Картофель. Посадка. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 760-9Q.M.S ГАП РСФСР (соавторы Попов Б.А. и др.).8о.

37. Картофель. Уборка. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 763-90 ГАП РСФСР (соавторы Попов Б.А. и др.).Юс.

33. Картофель. Поолеуборочная доработка. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 763-90 ГАП РСФСР.Ы, I9S0 (соавторы Попов Б.А. и др.).8с, •

39. Картофель. Уход за посадками картофеля при гребневой технологии возделывания. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 740-87. Ы, 1987 (соавторы Замотаев и др.).-6с.

40. Картофель. Применение удобрений. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 790-91,М,:МСШ РСФСР (соавторы Попов Б.А. и др.).Юс.

41. Подготовка картофеля к посадке, хранению и реализации на стационарных картофелесортировальных пунктах. ШЫКХ.М.. 1985. (соавторы Замотаев А.И. и др.).38с,

42. Подготовка семенного и продовольственного картофеля но стационарных картофелесортировальных пунктах к реализации и хранению. Рекомендации АгроШШЭЕШ.М. ,1967 (соавторы Замотаев А.И. и др.).32с,

•43. Организационно-технологический проект производства картофеля по интенсивной технологии. Рекомендации.М.:Россельхозиз-дат, 1988 (соавторы Андреев П.А. и. др.). 75с.

44. Интенсивная технология производства картофеля в Центральна* районах Нечерноземной зоны РСФСР. Рекомендация.1.1. :ШТЖ1Р, 1988 (соавторы Замотаев А.И. и др.).60с:

45. Технология выращивания картофеля на грядах.Ы.:Г0СШТИ, 1988. (соавторы Замотаев А.И. и др.).12с.

46. Интенсивные технологии производства картофеля. !Л.:Рос-агропромиздат, 1990 (соавторы Писарев Б.А. и др.).60c.

47. Широкорядная технология возделывания картофеля (мезвду-рядия 90 см).М.:ШШХ, 1991 (соавторы Писарев Б.А. и др. ).20с.

17. АВТОРСКИЕ СКШЕТЗЛЬСТВА. ПАТЕНТЫ

48. A.c.574247. Способ оптической сортировки плодов по ка-честву.Б.И.- .1 36.-1977 (соавторы Кирилин H.H. и др.).

49. А.с.980682. Устройство для отделения загнивает клубней

и примесей ог~карто$еля.Б.И.-М6.-1982 (соавторы Андерзанов А.И.. Кирилин'Н.И.).

50. A.C.II06473. Устройство для инспекции плодов.Б.И.$ 29,1984 (соавторы Колчин H.H. и др.).

51. А.с.1147453. Способ оптической сортировка корнеклубнеплодов по качеству.Б.И. .1 12,1985 (соавторы Вертинский А.Б. и др.).

52. А.с.1138984. Устройство для сортировки корнеклубнеплодов по качеству.Б.К., 1985 (соавторы Баталин Ы.Ю. й др.).

53. Оптический способ сортировки плодов г-- качеству и устройство для его осуществления. Ыежа.заявка РСТ/84/00006 опубл.29 авг. 1985 г. (соавторы Колчин H.H. и др.).

54. А.с.1256819. Устройство для сортироЕкя плодов.Б.И.- Я 34. - 1986 (соавторы Колчин H.H. и др.).

55. А.с.1301496. Пункт для обработки корнеклубнеплодов и - овощей. Б.И.тЯ 13,-1987 (соавторы Колчин H.H. и др.).

56. А.с.1329633. Рабочий орган окучника.Б.И.--'530,-1987 (соавторы Пивченков К.А. и др.).

57. А-с.1382474. Установка для обработки плодов.Б.И.-5 II,-

1988 (соавторы Колчин H.H. и др.).

58. А.с.1435172. Почвообрабатывающее орудие для обработки почвенных гребней.Б.И.-Й41,-1988 (соавторы Пиеченков К.А. и др.).

59. А.с.1445716.Способ автоматической сортировка плодов и картофеля.Б.Н.-Я 5,-1989

60. A.c.1464935, Окучник-гребнеобразоЕатель.Б.И.-ИО,-

1989 (соавторы Пиеченков Е.А. и др.).

61. А.с.1512925. Комбинированный захват к погрузчику (соавторы Суровцев P.A. и др. ).Б.й.-й 37,-1989

62. А.с.15С0177.Способ ухода за посадками картофеля и устройство для его осуществления^.И.-Ш),-1989(соавгоры Пшеченков К.А. и др.).

63. Пат.1783954Аз.Культиватор для ухода за посадками картофеля.-Бюл.й 47.-1992 (соавторы Гикошвили М.Н. и др.).

64. А.с.1823245. Способ автоматической.сортировки плодов,-1992'(соавтор Черненко С.А.),1988

65. Пат.2008985с1. Устройство для нее. здования объемных -объектов.Бнзл.-'« 5.-1994.