автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Снижение энергоемкости производства картофеля путем оптимизации машинных технологий и комплекса технических средств

ОД

2 о НОЙ ?ПП0

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (БА ГУ)

УДК 635.21:631.5

ЛОВКИС Виктор Болеславович

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ' ПУТЁМ ОПТИМИЗАЦИИ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

05.20.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт еельскохочяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Минск, 2000

Работа выполнена в Белорусском государегвенном аграрном 1ехниче-с ком университете (БАТУ)

Научный руководитель - академик ААН РБ и РАСХН, доктор ¡сх-

нических наук, профессор Севернев М.М.

Официальные оппоненты

академик БИЛ, БИ1 А, МАЮ ААО 1'ос-сии, доктор технических наук, профессор Каргашевич А. II.

кандидат технических наук, сгаршии научный сотрудник Ханко Л. Ф.

Оппонирующая организация

Белорусский научно-исследовательский институт картофелеводства

Защита состоится «_6__» цюдя 2000 г. в И) ч. на заседании совета но защит

диссертаций Д.02.31.02 и Белорусском государственном аграрном зехшнн с к ом университете (БАТУ) по адресу: 220023, г. Минск, пр. Ф. Скорнны, 9! к.2, ауд. 315а, тел. (017) 264-06-72.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке БАТУ. Автореферат разослан «__5__» июня 2000 г.

УчСный секретарь совета по защите диссертаций ) А.В.Новиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одним из ключевых вопросов интенсификации сельского хозяйства республики является внедрение научно-обоснованных энергосберегающих технологий возделывания и уборки пропашных культур, в том числе и картофеля. При производстве картофеля суммарный расход топлива достигает 400 ... 500 кг/га, материалоемкость средств механизации 100 ... 140 кг/га, что свидетельствует о высокой энергоёмкости технологий, которая в зависимости от применяемых технических средств изменяется в 1,2 ... 1,5 раза. Глубокая проработка возможных путей снижения ресурсопотребления позволит значительно повысить энергетическую эффективность отдельных энергоемких технологических операций и технологии в целом. В связи с этим важное значение приобретает проблема разработки и внедрения машинных технологий и комплекса технических средств, обеспечивающих снижение энергозатрат при производстве картофеля в расчете на единицу продукции (площади).

Исследования показывают, что затраты топлива, металла и других ресурсов на единицу площади посевов картофеля отличаются по сравниваемым вариантам механизированных технологии на 20...50% в связи с влиянием урожайности и природно-производственных условий на энергоемкость основных технологических процессов. Актуальность и практическая значимость решения обозначенной проблемы снижения энергоемкости производства картофеля значительно возрастает п связи с переподом сельского хозяйства на строжайшую экономию энергии и нормированное использование материально-энергетических ресурсов.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Научные исследования проводились в соответствии с подпрограммой «Механизация» ГНТП «Агропромкомплекс» на 1991-1995 Годы, рассмотренной и одобренной Комиссией Президиума Совета Министров Республики Беларусь по вопросам научно-технического прогресса от 16 октября 1991г. № 13/76, ГНТП «Механизация и энергетика» на 1996-1998 годы, утвержденной Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 17 января 1997г. № 7, и совместной подпрограммой Республики Беларусь и России «Повышение эффективности производства картофеля и картофелепродуктов на 1998-2000 годы», утвержденной Постановлением Исполкома Союза Белоруссии и России от 2 декабря 1997г. № 3.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является обоснование направлений снижения удельных энергетических затрат на возделывание н уборку картофеля путем определения структуры и оптимальных уровней ресурсопотребления, всестороннего анализа технологий и внедрения соответствующего комплекса машин в зависимости от урожайности п природно-производственных условий.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: - провести анализ использования существующих отечественных и ззру-

бежных технологий и комплексов машин возделывания и уборки картофеля применительно к условиям РБ;

- разработать методику и провести комплексную энергетическую оценку существующих технологий возделывания и уборки картофеля по интегральному и дифференцированным показателям энергетических затрат, используя метод декомпозиции сложной системы на более простые подсистемы (принцип иерархий системы).

- выполнить анализ уровня ресурсопотребления по основным технологическим процессам (подготовка почвы, внесение удобрений, посадка, уход за посадками, уборка), а также но видам затрат ресурсов (топливо, электроэнергия, материалы, удобрения, пестициды, затраты труда, семена) и определить пути снижения их потребления по наиболее энергоемким процессам.

- определить уровни и закономерности изменения потребления материально-энергетических ресурсов в зависимости от урожайности и природно-производственных условий.

- провести производственную проверку н оценить технике - экономическую эффективность результатов исследования.

Объект н предмет исследования. Технологии возделывания и уборки картофеля и комплекс технических средств для их реализации.

Методологии и методы проведенного исследования. Технология производства картофеля рассматривалась как сложная многопараметрическая система, в которой критериальные свойства производственного процесса являются ее системообразующими элементами. Исследование проводилось на основе системного подхода с учетом влияния определяющих факторов на полные энергетические затраты. Исходной информацией явились данные технологических карт, протоколов испытаний машин, хрономегражные наблюдения рабочего времени смены.

В работе использовались методы энергетического анализа производственных процессов и отраслевых связей, математического моделирования и математической статистики.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Разработана методика энергетической оценки применяемых технологий и комплексов машин производства картофеля по минимуму энерг етических затрат на единицу продукции в условиях Республики Беларусь. Использован интегральный показатель - коэффициент энергетических затрат, характеризующий уровень научно-технического прогресса, на основе которого предложен метод оптимизации технологий и. комплекса технических средств. Уточнены значения энергетических эквивалентов средств механизации и энергоносителей. Определено влияние урожайности на энергоемкость производства картофеля с учетом затрат на семена и изменения окупаемости удобрений от норм их внесения. Усовершенствована технология производства картофеля за счет применения перспективною и энергетически эффективного комплекса технических средств прнмени-кмьмо к основным ириродно-пронзводсгвепиым условиям республики.

Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов. Результаты исследования используются при внедрении технологий производства картофеля и формировании эффективных комплексов машин в ряде хозяйств РБ для освоения новых технологических процессов обработки почвы; явились основой для обоснования параметров и создания конструкций комбинированных почвообрабатывающих машин АРК-4, МРП-2,1; нашли практическое применение при комплектовании агрегатов в процессе производства картофеля для конкретных природно-производстве1<ных условий. По данным испытаний, проведенных БелНИИМСХ, БелНИИК и БАТУ, комбинированные агрегаты АРК-4, МРГГ-2,1, АКР-2,5, АКР-4,5 позволяют совместить ряд технологических операций, сократить применение энергетических средств, снизить затраты энергии. При этом разработанные варианты технологий по сравнению с традиционными обеспечивают повышение урожайности картофеля на 20...30%, при снижении удельных энергетических затрат на 12...25% (данные производственной проверки в хозяйствах республики).

Экономическая значимость результатов обеспечивается за счет совмещения операций обработки почвы комбинированными агрегатами, оптимизации технологии применительно к конкретным природно-производственным условиям, повышения качества подготовки почвы и, соответственно, урожайности картофеля.

Основные положения диссертации, выносимые па защиту:

- выбор и обоснование метода оценки ресурсосберегающих технологий производства картофеля на основе использования наиболее энергетически эффективных машинно-тракторных агрегатов;

- методика определения энергоемкости производства картофеля;

- уточненная методика определения энергетических эквивалентов средств механизации и энергоносителей;

- зависимость потребления материально-энергетических ресурсов от урожайности и природно-производственных условий;

- предложения по применению перспективных технологий и комбинированных почвообрабатывающих агрегатов для условий республики.

Личный вклад соискателя. Диссертация является самостоятельной научно-исследовательской работы, в которой на основании проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований предложена методика определения энергоемкости производства картофеля с учетом урожайности и природно-производственных условий. По результатам энергетической оценки существующей технологии определена структура ресурсопотребления по техно. логическим процессам, а также по составляющим видам затрат материально-энергетических ресурсов, что позволяет осуществить выбор эффективных технологий при наличии альтернативных средств механизации. Установлены зависимости энергоемкости процесса от урожайности . и • природно-производственных условий и на их основе оптимизированы машинные техно--логии и комплексы технических средств.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы до-

ложены и одобрены на научно-технических конференциях «Проблемы энерго сбережения» (Киев, 1991 г.), «Технология и механизация возделывания карто феля» (Минск, 1992 г.), «Моделирование сельскохозяйственных процессов i машин» (Минск, 1994 г., 1996 г.), «Научно-технический прогресс в инженерно! сфере АПК России» (Москва, 1995 г.), «Научно-технический прогресс в сель скохозяйственном производстве» (Минск, 1996 г.), «Повышение эффективно сти использования топливно-энергетических ресурсов в АПК» (Минск, 1997 г.] «Эксплуатация, ремонт и восстановление сельскохозяйственной техники; (Горки, 1997 г.), «Современные технологии в АПК» (Минск, 1997 г.), «Ресур сосберегающие и экологически чистые технологии» (Гродно, 1998 г.), «Совре менные проблемы сельскохозяйственной механики» (Минск, 1999 г.), «Эколо гия и сельскохозяйственная техника» (Санкт-Петербург-Павловск, 2000 г.).

Производственная проверка результатов теоретического исследовани осуществлена в период с 1996г. по 1999 год на экспериментальной базе НИ1 картофелеводства, а также в 1999 году в колхозе К. Маркса Воложинского pail она на площади 8 га, колхозе "Светлый путь" Молодечненского района . (6 га' колхозе «Шнпяны» Смолевичского района (70 га) Минской области (приложс ние б).

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано статьи в научных сборниках и журналах, 12 работ в материалах и тезисах док ладов конференций. Общий объем печатных работ 35 страниц.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из перечня ус ловных обозначений, введения, четырех глав, заключения, списка использова! ных источников и приложений. Изложена на 199 страницах машинонисног текста, включает 17 рисунков, 21 таблицу, 79 страниц приложения и 135 ис пользованных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, состояние отрасли картофелеводства, определена цель исследования.

В. нерпой главе «Состояние вопроса, цель н задачи исследования обоснованы технико-экономические предпосылки применения технологи производства картофеля в зависимости от природно-производственных усл< вий, рассмотрены методы и критерии оценки технологий и комплексов машт выполнен анализ существующих технологий и комплексов машин для прои: во детва'картофеля, сформулированы цель и задачи исследования.

Анализ состояния картофелеводства в РБ определяет необходимость ва стороннего совершенствования применяемых технологий и комплексов маши ч обеспечивающих снижение материально-энергетических затрат. За последш годы резко снизилось производство картофеля в общественном секторе по пр] чине нерентабельности в условиях ограниченности ресурсов. Поэтому глубок; проработка возможных путей снижения ресурсопотребления позволит знач!

тельно повысить эффективность как технологии в целом, так и отдельных технологических операций.

Разработке методологии энергетического анализа и ресурсной оценки технологий и технических средств в сельскохозяйственном производстве посвящены работы Е.И.Базарова, Н.С.Балаура, В.К.Буга, Г.Ф.Добыша, А.А.Жученко, А.А.Кива, В.А.Ковда, В.А.Колоса, М.М.Севернева, А.В.Тетю.

Техническое оснащение сельского хозяйства и пути оптимизации системы машин в условиях ограниченности производственных ресурсов рассмотрены в трудах И'.С.Нагорского, М.М.Севернева, И.Н. Шило.

Основными направлениями снижения ресурсопотребления при производстве картофеля являются: повышение урожайности, унификация технологий (сокращение перечня операций), повышение технического уровня машин (производительности, надежности, снижение энергозатрат и материалоемкости), универсализация машин (сокращение их номенклатуры), специализация производства (продовольственный, технический, семенной), сокращение затрат ручного труда.

Применяемые в настоящее время стоимостные методы оценки технологий производства сельскохозяйственных культур в ряде случаев неприемлемы, поскольку связаны с показателями, имеющими существенные колебания в связи с политикой ценообразования, и не позволяют определить уровень необходимых затрат энергии на производство продукции. Ни стоимостные, ни натуральные показатели экономической эффективности использования технологий и комплекса технических средств в сельском хозяйстве не дают полного и объективного представления о допустимом (нормативном) и фактическом уровне ресурсопотребления на выполнение заданных производственных процессов. Такие методы оценки технологии не отражают требований к ним, как с точки зреши эффективности, так и с позиции ресурсосбережения. Поэтому необходим такой подход к оценке механизированных технологий и технологических операций, при котором учитывались бы все энергетические затраты на единицу продукции.

Для определения энергоёмкости производства сельскохозяйственной продукции известен метод энергетического анализа, при котором все виды трудовых и производственных затрат определяются в энергетических единицах. Использование значений совокупных энергозатрат обусловлено требованием придать энергосбережению всеобъемлющий характер путём учёта и анализа не только прямых технологических затрат топливно-энергетических ресурсов, но и тех, которые были овеществлены ранее в различных отраслях народного хозяйства: на производство энергоносителей, технических средств, удобрений, пестицидов, семян и других ресурсов. Только при помощи данного метода появляется возможность сравнения технологий и соответствующих комплексов машин для производства конкретного вида продукции в международном масштабе. Однако, методика энергетического анализа требует уточнения энергетических эквивалентов средств механизации и определения энергетических затрат на семена.

Во второй главе «Выбор критериев н методов оценки технологий и комплекса машин для производства картофеля» проводится обоснование интегрального комплексного критерия оптимизации для оценки эффективности технологии производства картофеля с позиции энергосбережения, рассматривается общая методика энергетической оценки машинных технологий и комплекса технических средств, решаются вопросы определения удельных затрат производственных, ресурсов и энергии, а также энергетических эквивалентов средств механизации и энергоносителей.

В качестве метода исследования используется математическое моделирование с применением вычислительной техники, а основным принципом является декомпозиция сложной системы на более простые подсистемы (принцип не рархии системы). Тогда формальная процедура комплексной оценки эффектив ности процесса производства картофеля (принятия решения или выбора опти мального варианта) на основе системного подхода может быть сведена к еле дующей математической модели:

М0 = < О0 ; У; Р> ,

где Оц - описание цели оптимизации (обобщенный критерий эффективно сти процесса производства картофеля)

У - системообразующие элементы (множество критериальных свойст производственного процесса; У = у, ;...; у„);

Р - функция выбора отношений между системообразующими элементам (метод классификации критериальных свойств производственного процесса учетом Р„ и У).

Для обоснования энергоемкости производства картофеля предлагается м( тод последовательных согласований, который включает четыре уровня. Ра< смотрим критериальную структуру технологии производства картофеля (ТШ на примере обобщенной (гипотетической) технологии, учитывающей все оп рации и задействованные в них машины и технические средства механизаци Иерархическая схема классификации критериальных свойств этого процео представлена на рис.1. В основу построения этой схемы нами положен принщ энергетической оценки эффективности ТПК, поскольку экономия энергетич ских ресурсов, сырья и материалов в ограниченных условиях республики Бел русь является наиактуальнейшей задачей сельскохозяйственного производства Эффективность ТПК (0 уровень) характеризуется обобщенным комплекс ным критерием Бо, в качестве которого мы приняли интегральный коэффиц: ент энергозатрат Кэо . и производным от него вторым критерием - уровнем и; тенсификации Ио = 1/Кэо -1.

Анализ структурной схемы классификации критериальных свойств ТП (см.рис.1.) показывает, что его эффективность необходимо определять по те нологическим операциям (уровень 2) - ё) ...с!)? , этапам (уровень 1) -всей технологии производства картофеля в целом (уровень 0) - О0. Каждому

этих структурно-технологических уровней соответствует индивидуальная критериальная оценка, описываемая адекватной математической моделью.

&

а о

о н

Л

<У

№

О

о

¡1

~1

К1 Йи-

5

г> н

1.1,1

I I л

во

I!

>й-о

I?

I!

С-о

1?

С

д

й-

Основная,

I

Предпосевная Оц-+Эп1а

Подготовка появы 0|-»Эпп

Внесение удобрений

К,да

К/ов

кя да

К юе

Посадка 0)->Эп*

Уходы

посадим*

Е)«->Эуп

Кот.

К)ш>

К»» |

Кхя

Убор» Вг+Эу*

К)пг

К».

Овобщгяиый показатель эффективности технология производства мртофелг Оо"Кхг> юга -интегральный коэффициент энергетических затрат; Ио • (1 ^ Кэо -1) ~ Уровень иитеисифимция

Рис. 1 .Иерархическая структурная схема определения энергоемкости производства картофеля

Поэтому для комплексной оценки эффективности ТПК в целом (уровень О требуется установить зависимость, соответствующую модели Мо:

Do = Кэо =F [ D|(Y), D2(Y), D3(Y), D„(Y)],

где Do - обобщённый критерий эффективности ТПК, выраженный в энергетических показателях и характеризуемый интегральным коэффициентом энергозатрат Кэо;

Y - частные критерии эффективности ТПК,

Y= f(Qm, Qi, М, Ну. Нп, Зт, Не)

Решая полученные уравнения относительно Кэо , окончательно получи обобщённую критериальную математическую модель эффективности ТПК, bi раженную в значениях интегрального показателя энергозатрат:

Кэо = F3(Qm, Qj, М, Ну, Нп, Зт, Не).

Полученные критериальные математические модели дают возможное! рассчитать и оценить' эффективность ТПК для любой технологической опер; ции (от вспашки почвы до закладки картофеля на хранение), для любого прои: водственного этапа возделывания и уборки и для всей технологии произволе ва в целом. Эги модели могут быть также использованы для оптимизации ТП1 на каждом из перечисленных уровнях. При этом соответствующие названии уровням критерии оценки эффективности ТПК должны обеспечить миниму энергозатрат:

3/ =fij (Qm, Qs, М, Ну, Нп, Зт, Не)-min, Кэ! =/к/ (Qm, Q3, М, Ну, Нп, Зт, Hc)-min, Кэ2 = /кг (Qm, ф, И, Ну, Нп, Зт, Не)-min, Кэз = /кз (Qm, Qi, М, Ну, Нп, Зт, Hc)~nnin, КЭ4 = /к4 (Qm, Оэ, М, Ну, Нп, Зт, Не)-min, Кэ5 =/ks (Qm, ф, М, Ну, Нп, Зт, Не)-min, Кэо = Рэ (Qm, Оэ, U, Ну\ Нп, Зт, Hc)-nnin.

Математические модели энергетической оптимизации использованы нак для моделирования ТПК на ПЭВМ. .

В третьей главе «Обоснование ресурсосберегающих технологий npoi водства картофеля для различных природно-пронзводственных услов республики» выполнен анализ структуры затрат материльно-энергетическ ресурсов, определено влияние урожайности и природно-производственых ус; вий на уровень ресурсопотребления, даны предложения по основным направ; пням снижения энергоемкости производства картофеля.

В целях определения эффективности возможных путей сокращения энергозатрат проводилась сравнительная оценка четырех вариантов технологий возделывания и уборкн картофеля. В качестве базового варианта использовали типовую. технологическую карту, содержащую полный перечень операций, качественных показателей (глубина почвообработки, нормы внесения удобрений, семян, пестицидов), состава агрегатов, их производительность и расход топлива с учетом достигнутого уровня научно-технического прогресса.

По этим данным были определены фактические затраты всех видов ресурсов, выполнено их сравнение на единицу работы (площади) и на единицу конечной продукции. Виды и нормы внесения удобрений и пестицидов рассчитывались по зачётной урожайности для соответствующего варианта технологии. Перспективный вариант, разработанный в соответствии с методикой энергетического анализа, отличается от базового более экономичными и производительными агрегатами.

В результате исследования установлено, что совокупные энергетические затраты по базовому и перспективному вариантам составляют 76,1 ГДж/га и 66,8 ГДж/га соответственно (рис.2) . Пересчитав энергетические затраты на единицу продукции получаем показатель энергоёмкости производства по базовой технологии - 3,04 ГДж/т, по перспективной - 2,67 ГДж/т, т.е. происходит снижение совокупных затрат на 12%. Энергозатраты в зависимости от типов почв изменяются не существенно, поскольку при возделывании картофеля на супесчаных и песчаных почвах затраты на основную и предпосевную обработку уменьшаются на 13%, а затраты на внесение удобрений увеличиваются на 10%. Затраты труда по перспективной технологии снижаются на 19% по сравнению с базовой.

Для решения вопросов оптимального расходования материально-энергетических ресурсов и обоснования перспективных направлений энергоресурсосбережения при производстве картофеля выполнен анализ по следующим технологическим процессам:

- основная и предпосевная обработка почвы;

- внесение удобрений;

- посадка;

- уход за посадками с проведением химической обработки;

- уборка и послеуборочная обработка продукции.

По результатам исследования определили, что перспективная технология (70см) с применением комбинированных агрегатов позволяет снизить энергозатраты по основной и предпосевной обработке почвы на 13%, внесению удобрений на 14%, при посадке на 10% , при уходе за посадками на 5% , при уборке - 17% . По технологии в целом: прямые затраты сокращаются на 20% , затраты на производство, обслуживание и ремонт средств механизации на 19% , затраты на семена на 12%. Интегральный коэффициент энергозатрат Кэо = 0,88, уровень интенсификации И = 14%.

Анализ проведен дифференцировано по составляющим видам затрат ресурсов (топливо и электроэнергия, удобрения, пестициды, материалы, семена) на единицу площади (продукции).

Результаты анализа показали, что при базовой урожайности.25т/га совокупные энергетические затраты наименьшие по перспективным технологиям с междурядьем 70 и 90 см. Большие резервы снижения совокупных затрат имеются при выборе технических средств для проведения подготовки почвы и уборочных работ, а также переход на технологию с междурядьем 90см при создании -необходимого комплекса машин.

■ пагмгер

Почвы суглинистые

5,0 4.5 *

<0 С

3,5 I 3,0 к

" |1

2.0 •

1.5 §

Почвы супесчаные и песчаные

ш

тдоиииоинм;

(70 ш):

0

- перспмтивн»* (90см)

Рис.2. Структура совокупных энергетических затрат и затрат труда по различным технологиям производства картофеля

На энергоемкость производства картофеля существенное влияние оказывает урожайность, поскольку ее рост связан с увеличением объемов внесения удобрений, уборочных и транспортных работ.

Для того, чтобы установить зависимость энергоемкости от урожайности, проанализирован характер изменен!« энергетических затрат и выполнены соответствующие расчеты в достаточно широком диапазоне урожайности картофеля. При этом учитывалось изменение окупаемости удобрений и норм их внесения. Зависимости энергетических затрат по видам потребляемых ресурсов и техноло-

Урожайностъ, г/га

-П— основная и предпосевная обработка почвы —О— внесение удобрений —ф- - посадка -Д— уход за посадками

- уборка и послеуборочная обработка '

Рис.3. Зависимость удельных энергетических затрат от урожайности картофеля по технологическим процессам

Приведенные зависимости позволяют сделать вывод, что повышение урожайности является одним из основных направлений снижения энергоемкости производства картофеля. Это объясняется тем, что многие операции должны выполняться вне зависимости от уровня производства: основная и предпосевная обработка почвы, основные операции по уходу за посадками, обработка посадок пестицидами и некоторые другие. В целом такие операции в энергоемкости воз-

Урожайность, т/га

-О—-топливо и электроэнергия -0- - машины и оборудование -£>- -семена

- удобрения

- пестициды

Рис.4. Зависимость удельных энергетических затрат от урожайности картофеля по видам потребляемых ресурсов

При повышении урожайности с 20 до 25 т/га, т.е. на 20%, совокупные энергетические затраты возрастают на 10%, а на тонну произведенной продукции снижаются на 14%. Особое место в структуре потребляемых ресурсов занимают семена. При получении урожайности на уровне 20 т/га затраты на семена составляют 20% от полных энергетических затрат на производство картофеля. В результате повышения урожайности до 40 т/га затраты на семена будут составлять всего 10%. Выращивание картофеля с урожайностью 15 т/га нецелесообразно как с энергетической, так и с экономической то^ки зрения. При такой урожайности до 25% продукции уходит на семенной материал. Учитывая значительные потери при хранении, производство картофеля стало нерентабельным, и, как следствие, произоиШо значительное снижение площадей в общественном секторе.

Таким образом, совершенствование существующих технологий и применение новых энергосберегающих операций позволяет значительно сократить энергетические затраты на возделывание и уборку картофеля.

В четвертой главе «Производственная провергса технологий в конкретных условиях сельскохозяйственных предприятии» разработана программа и методика производственной проверки и обработки статистической информации, изложены результаты исследования и анализ их эффективности.

Для проведения производственной проверки подготовки почвы под поездку картофеля, которая выполнялась в течение 1996-1999гг., выбирались типичные условия. Производственная проверка и обработка результатов опытов проводилась в соответствии с методикой исследований по культуре картофеля при этом использовались: методы хрономегражных наблюдений, теории вероятностей и математической статистики, ГОСТы и РД на методы эксплуатационно -технологической оценки, методика статистической обработки эмпирических данных.' В качестве объекта исследования был выбран процесс подготовки почвы с применением комбинированных агрегатов АРК-4, МРП-2,1.

Исследование работы агрегатов в конкретных природно-производственных условиях хозяйств показало, что на эксплуатационные показатели существенное влияние оказывает удельное тяговое сопротивление, которое зависит от механического состава почвы, полевых условий и его можно учесть с помощью обобщенных поправочных коэффициентов (Коб).

Влияние приемов подготовки почвы на урожайность картофеля сортов Явар и Скарб в годы исследований было разным. Например, в 1996 г. в вариантах с комбинированной обработкой отмечено повышение урожайности га 1,20...2,13 т/га по сравнению с контрольным. С учетом роста урожайности затраты материально-денежных средств на 1 т клубней по данному технологическому процессу уменьшились на 13,6...15,4 % в зависимости от глубины обработки почвы.

В 1999 г. лучшие показатели по урожайности получены в вариантах с комбинированной подготовкой почвы. У сорта Явар отмечено увеличение урожайности на 3,4.,.5,4 т/га или 13,9...23,3 %. В структуре урожая фракция

31...100 г составляла 59,8...65,5 % (контроль - 61,3), а крупная, т.е. > 100 г соответственно 32,8...39,0 % (контроль - 37,1). У сорта Скарб в вариантах с комбинированной обработкой отмечено повышение урожайности на 3,3 ...10,9 т/га или 9,5...31,4 %. При этом фракция 31...100 г составляла 57,7...63,2 % (контроль -62,8) и крупная фракция - 35,5...40,6 % (контроль - 35,1).

Для подтверждения результатов исследования по определению агрофизических свойств почвы и сравнительных эксплуатационных показателей возделывания картофеля по перспективной технологии с использованием машины МРП-2,1 и традиционной технологии на базе отвальной вспашки в 1999 г. проведена производственная проверка.

Данные мониторинга агрофизического состояния почвы (за три недели до уборки)ла учётных участках представлены на рис.5.

ТвСрдоетъ почвы

Плотность почвы

5-10 10-15

влажность почвы

-опытный участок - контрольный участок

Рис.5. Агротехнические показатели состояния почвы (к-з «Светлый путь», Молодечненского района)

Экономические расчеты, приведенные в таблице, подтвердили эффективность перспективной технологии с применением комбинированных агрегатов. Эта технология позволяет анфатить удельные затраты ресурсов на 22%. Уровень интенсификации научно-технического прогресса составляет 28% при повышении урожайности с 25 т/га до 30 т/га. Эксплуатационные затраты на 1 т снижаются на 16 %. Суммарный эффект от внедрения в масштабах отрасли составит 42,9 млн. у.е., годовой доход от повышения урожайности - 267,5 у.е./га.

Показатели сравнительной экономической оценки

Показатели Варианты Отклонение, ■ +/-

базовый перспективный

Затраты труда, чел.ч /т 4,0 3,1 -0,9

Расход топлива, кг у.т./т 19,3 14,3 -5,0

Материалоемкость, кг/г 4,3 3,1 -1,2

Расход электроэнергии, кВт.ч/т 1,6 1,1 -0,5

Удельные капитальные вложения, у.е./т 79,4 66,4 - 13,0

Прямые эксплуатационные затраты, у.е./т 83,6 70,1 -13,5

Снижение эксплуатационных издержек, % 19,0

Приведенные рыночные затраты, у.е./т 88,4 74,1 -14,3

Удельные затраты ресурсов, кг у.т./т 103,7 80,5 -23,2

Уровень интенсификации, % 28,0

Суммарный эффект в масштабах отрасли, млн. у.е. 42,9

Относительная величина ожидаемого эффекта от внедрения, % 40,0

Годовой доход от повышения урожайности, у.е./га 267,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Одной из главных причин низкой эффективности процесса производства картофеля является несовершенство сложившейся практики разработки и выбора технологий и комплекса технически средств для их реализации. Технико-экономический анализ особенностей существующих технологий возделывания 1! уборки картофеля показал необходимость создания адаптированных технолога? наиболее полно отражающих почвенные и производственные условия республи-кн, а также возможность их применения с позиции снижения материально' энергетических затрат на единицу произведенной продукции. К таким техноло гиям относятся: технология производства картофеля на суглинистых почвах < применением почвообрабатывающих машин с активными рабочими органами, I технология производства картофеля на супесчаных и песчаных почвах без про ведения зяблевой вспашки и предварительной нарезки гребней / 2,3,5 /.

2. Разработаны энергетические методы оценки технологий, позволяют» при существующем их многообразии выбрать наиболее эффективные ресурсос берегающие технологии и определить пути их совершенствования. Предложен ная методика энергетической оценки технологий и технологических комплексе машин для производства картофеля предусматривает более точный учет затра на семена, материально-энергетические ресурсы н позволяет определить № правления снижения энергозатрат по отдельным технологическим операция».

по технологическим процессам (подготовка почвы, внесение удобрений, посадка, уход за посадками, уборка и послеуборочная обработка) и технологиям в целом. Уточнены значения энергетических эквивалентов средств механизации и энергоносителей с учетом фактических затрат производственных ресурсов на предприятиях республики. Для выбора оптимального варианта технологии использован интегральный критерий энергетических затрат, позволяющий установить закономерности изменения потребления всех видов материально-энергетических ресурсов в энергетическом выражении / 1,6,7,8,10,11 /.

3. Предложена перспективная технология с междурядьем 70 см с применением комбинированных агрегатов для основных природно-производственных условий. Энергетический анализ технологии в целом показал, что максимальные ресурсные затраты относятся на основную и предпосевную обработку почвы (18%), внесение удобрений (27%), на уборку и послеуборочную обработку (22%). Энергозатраты в зависимости от типов почв изменяются не существенно, поскольку при возделывании картофеля на супесчаных почвах затраты на основную и предпосевную обработку почвы уменьшаются на 13%, а затраты на внесение удобрений увеличиваются на 10%.

В результате анализа структуры затрат по видам потребляемых ресурсов установлено, что наибольший процент приходится на топливо и электроэнергию (22%), минеральные и органические удобрения (18%), семена (21%), материалоемкость средств механизации (24%). Поэтому, основной путь экономии энергоресурсов при производстве картофеля - рациональное комплектование и использование комбинированных агрегатов, эффективное применение удобрении, а также переход на технологию с междурядьем 90см при создании необходимого комплекса машин / 2,4,8 /.

4. Установлены закономерности изменения ресурсопотребления в зависимости от природно-производственных условий и урожайности картофеля. Основным резервом снижения затрат на производство картофеля является повышение урожайности. При росте урожайности на 20% совокупные затраты на возделывание и уборку картофеля возрастают на 10%, поскольку около половины объема механизированных работ выполняются вне зависимости от уровня производства./3,12,13/.

5. На основании теоретических расчетов технологий производства картофеля (базовая и перспективная) установлено, что перспективная технология с применением комбинированных агрегатов, при одинаковой урожайности, позволяет снизить за счет совмещения операций на 12% энергетические затраты по всей технологии, в частности, на 20% расход топлива, на 26% материалоемкость средств механизации. Данные производственной проверки подтвердили эффективность применения оптимальной по уровню ресурсопотребления перспективной технологии. Достигнуто повышение урожайности картофеля на 15...20%, при снижении удельных затрат материально-энергетических ресурсов на 18...25%, уровень интенсификации проведенного исследования - 28%. Ежегодная экономия на объем внедрения (200 тыс. га) в целом по республике составит: топлива -17 тыс. тонн, металла -6 тыс. тонн, затрат труда -4,5 млн. чел.-ч. /2,14/.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Колос В.А., Елисеев В.Г., Ловкие В.Б. К методике энергетического анализа производства сельскохозяйственной продукции И Мехашгзация и электрификация сельского хозяйства: Межведомственный сборник науч..трудов / Бел-НИИМСХ.- Минск, 1996, Вып. 35,- С.356-362.

2. Ловкие В.Б. Энергетическая эффективность производства картофеля // Агропанорама. - 1999.-№б,-С. 14-18.

3. Севернев М.М., Колос В.А., Ловкие В.Б. Методические принципы оценки уровня научно-технического прогресса в сельском хозяйстве на основе эиерго-эколомического айализа //Проблемы энергосбережения: Тез. докл. все-сотозн. науч. конф., Киев, 1-3 октября 1991г. / Акад. Наук СССР. Акад. Наук УССР. Институт проблем энергосбережения Акад. наук УССР.- Киев, 1991.-С.151-152.

4. Колос В.А., Ловкие В.Б. Использование энергетического метода оценки эффективности производства картофеля по различным вариантам технологий //Технология и механизация возделывания картофеля: Тез. докл. науч. конф., Минск, 16-17 июня 1992 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорс. аграрный техн. университет. - Минск, 1992. -С. 73-74.

5. Ловкие В.Б. Отличительные особенности технологии производства картофеля в Канаде //Технология и механизация возделывания картофеля: Тез. докл. науч.конф., Минск, 16-17 июня 1992 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорс. аграрный техн. университет. -Минск, 1992. -С. 20-21.

6. Севернёв М.М., Колос В Л., Ловкие В.Б. Математическая модель энергетического анализа технологий и комплексов машин в растениеводстве //Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин: Тез. докл. науч.-техн. конф., Минск, 11-12 января 1994 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорус, госуд. аграрный техн. университет. -Минск, 1994.-С.5.

7. Колос В.А., Шило И.Н., Ловкие В.Б. Особенности энергетического анализа сельскохозяйственного производства в условиях экономической интеграции независимых государств // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: Тез. докл. междунар. конф., Минск, 16-17 февраля 1996 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Акад. аграр. наук Респ. Беларусь. Белорус, науч.-нсслед. ик-т механизации сел. хоз-ва. - Минск, 1996. - С. 10.

8. Ловкие В.Б., Колос В.А. Математическая модель оптимизации технологического процесса производства картофеля И Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин: Тез. докл. науч. конф., Минск, 21-23 мая 1996 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорус, госуд. аграрный техн. университет. -Минск, 1996.-С.54.

9. Ловкие В.Б., Колос В.А. Энергетическая оценка подготовки почвы под посадку картофеля //Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в ЛПК: Матер, междунар. науч. - практ. конф., Минск, 3-4 июня 1997 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорус, госуд. агрярный гехн. университет.-Минск, 1997.-С. 104-105.

10. Колос В.А., Шило И.Н., Ловкие В.Б. К методике оценки эффективности научно-технических разработок // Эксплуатация, ремонт и восстановление сельскохозяйственной техники: Доклады Междунар. научн.-практ. конф., посвященной 50-летию факультета механизации сельского хозяйства, Горки, 24-28 июня 1997 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорус, сельскохозяйственная академия. - Горки, 1997. -С. 19-20.

11. Ловкие В.Б. Классификация критериальных свойств процесса производства картофеля // Современные технологии в АПК: Тез. докл. науч.-техн. конф., Минск, 22-24 октября 1997 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Белорус, госуд. аграрный техн. университет. -Минск, 1997.-С.60.

12. Ловкие В.Б., Колос В.А. Влияние урожайности на энергоемкость производства картофеля // Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: Тез. докл. третьей науч.- техн. конф., Гродно, 25-26 июня 1998 г./ Нац. акад. наук Беларуси . Госуд. комит. по науке и техн. Мин. Природных ресурсов и охраны окруж. среды. Концерн «Белресурсы».- Гродно, 1998,- С. 68.

13. Банадысёв С.А., КЫневич М.И., Азаренко В.В., Пищик С.А., Ловкие В.Б. Агрофизические показатели почвы и урожайность картофеля при использовании комбинированного агрегата // Современные проблемы сельскохозяйственной механики: Материалы Междунар. науч.-практ. конф., поев. 90-летию со дня рожд. акад. М.Е.Мацепуро, Минск, 26-27 мая 1999 г. / Минсельхозпрод Респ. Беларусь. Акад. аграр. наук Респ. Беларусь. Белорус, науч.-исслсд. ин-т механизации сел. хоз-ва..- Минск, 1999-С. 141-143.

14. Ловкие В.Б., Колос В.А., Азаренко В.В.Оптимизация затрат на производство картофеля по критерию минимума энергоемкости // Экология и сельскохозяйственная техника: Сборник материалов Второй Междунар. науч.-практ.конф., Санкт-Петербург-Павловск, 25-27 апреля 2000г. / Северо-западный науч.-исслед. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва. С.-П.,2000,- С. 190-195.

РЕЗЮМЕ

ЛОВКИС ВИКТОР БОЛЕСЛАВОВИЧ

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Ключевые слова: производство картофеля, технология, комплекс машин, оптимизация, энергоемкость, затраты, ресурсосбережение, природно-производственные условия, урожайность.

Объект и предмет исследования: технологии возделывания и уборки картофеля и технические средства для нх реализации.

Цель работы: Целью исследования является снижение удельных энергетических затрат на возделывание и уборку картофеля путем определения структуры и оптимальных уровней ресурсопотребления, всестороннего анализа технологий и соответствующего комплекса машин в зависимости от урожайности и природно-производствеиных условий.

Методы исследования и аппаратура: методы теории оптимизации, математического моделирования И математической статистики, хрономегражных наблюдений, ПЭВМ, твердомер ПН-65-Н, весы, сушильный шкаф, секундомер, классификатор.

Полученные результаты и их новизна: методика оптимизации технологий и комплекса технических средств по критерию минимума энергетических затрат, характеризующего дифференциальные и интегральные показатели потребления производственных ресурсов в энергетическом выражении. Технология производства картофеля с использованием перспективных и энергетически эффективных комплексов технических средств применительно к природно-производственным условиям республики.

Степень использования: результаты исследования, изложенные в диссертации, используются рядом хозяйств при внедрении перспективных технологий и нашли практическое применение при комплектовании агрегатов в процессе производства картофеля, явились основой для обоснования параметров и создания конструкций комбинированных агрегатов АРК-4, МРП-2,1.

Область применения: обоснование и оптимизация процессов обработки почвы и технологии производства картофеля в целом с учетом урожайности Я прнродно-пронэподственных условий.

РЭЗЮМЕ ЛОУК1С В1КТАР БАЛЯСЛАВАВ1Ч

ЗШЖЭННЕ ЭНЕРГАЕМКАСЩ ВЫТВОРЧАСЦ1 БУЛЬБЫ ШЛЯХАМ АПТЫ-М13АЦП МАШИННЫХ ТЭХНАЛОПЙI КОМПЛЕКСА ТЕХН1ЧНЫХ

СРОДКАУ

Ключавыя словы : вытворчасць бульбы, тэхналопя, комплекс машьш, ап-тьшЬадыя, энергаёмкасць, затраты, рэсурсазберажэнне, прыродна-вытворчыя Умовы, ураджайнасць.

Абъегг 1 прадмет даследвання: тэхналопя апрацоук! ! убори бульбы ( техшчныя сродк1 для IX рэагпзаци.

Мэта работы: зшжэнне удзельных энергетычных затрат на вытворчасць бульбы шляхам вызначэння структуры 1 аптымальных узроуняу рэсурсавыкары-стання, усебаковага аналпу тэхналопй I адпаведнага комплекса машын у залеж-насщ ад ураджайнасщ 1 прыродна- вьгговрчых умовау.

Метады даследвання 1 апаратура: Метады тэорьп аптым1зацьн, матэма-тычнага мадэл1равання 1 матэматычнай статыстыю, хранаметражных на-з!раванняу, ЭВМ, цвёрдамер, вагт, сушыльная шафа, секундамер, клаафжатар.

Атрыманыя вышк! I ¡х нав1зна: Методыка аптыМ1зацьн тэхналопй 1 комплекса тыхшчных сродкау Па крытэрыю м1шмума энергетычных затрат, ахарак-тэрызоУваючага дыфферынцыяльныя 1 штэгральныя паказчьш, спажывання вытворчых рэсурса^ у энергетычным выразе. Тэхпалопя вытворчасш бульбы з выкарыстоуваннем перспективных ! энергетычна эффектыуных комплексау тэхшчных сродкау у прямя-нент да прыродна вытворчых умовау рэспублш.

Ступень выкарыстання: Вьппю даследвання^, выкладзенныя у дысерта-цы), выкарыстоуваюцца шэрагам гаспадарак пры укаранент перспектыуных тэхналопй г знайшл\ практычнае прымяненне пры даукаплектаванш агрэгатау у працэсе выгворчасц! бульбы, з'явшся высновай для абгрунтавання параметрау I стварэння канструкцый камбшаваных агрэгатау АРК-4, МРП-2,1.

■ Галша прымянення: Абгрунтаванне I аптымпацыя працэсау апрацоук! глебы 1 тэхналогн вытворчасш бульбы Ч цэлым з улшам ураджайнасш ! прыродна- вытворчых умовау.

SUMMARY

VICTOR B. LOVKiS

liNhKGY CAPACITY REDUCTION OF POTATOES PRODUCTION BY OPTIMIZA TION THE MACHINE TECHNOLOGIES AND COMPLEX OF TECHNICAL FACILITIES

Key words: potatoes production, technology, complex of machines, optimization, energy capacity , expenses, resource savings, natural industrial conditions, crop yields.

Object and subject of research work: potatoes cultivating and harvesting technologies and technical facilities of their realization.

Purpose of the work: reduction of specific power expenses for potatoes cultivating and harversting by determination of structure and optimum levels of resource savings, thorough analysis machines depending on crop yields and natural industrial conditions.

Re'seaich methods and equipment: methods optimization theory , mathematical modelling and mathematical modeling and statistics, time-study observations, psi-sonal computers , durometer PN-65-N, scales, drying oven, stop-watch, classifier.

Received results and their novelty: methods of technologies optimization end the complex of technical facilities as a criterion for minimum energy expenses characterizing differential and integral indexes of consumption of industrial resource; in the energy expression; technology of potatoes production using the perspective and energetically efficient complexes of technical facilities as applied to the natural industrial conditions in the Republic of Belarus.

The extent of application : the results of studies described in the thesis are used by a number of farms while introducing the perspective technologies and have found a practical application when completing the units inprocess of potatoes production. The results were the foundation for the basing of parameters and cr-i tion of constructions of combined units ARK-4, MRP-2,1.

The sphere of application: basing and optimization of tillage processes and ¡:o tatoes production technologies taking into account crop yields and natural Industrie! conditions

V / s