Системный анализ технологического процесса возделывания зерновых культур в условиях Забайкалья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

2. Увеличение нагрузки при постоянной скорости приводит к увеличению упругого смещения, что приводит к росту растягивающих касательных напряжений (рис. 3,б).

3. С ростом скорости величина упругого смещения уменьшается, что приводит к снижению касательных напряжений (рис. 3,а).

Литература

1. Мусхелишвили, Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости / Н.И. Мусхелишви-ли. - М.: Наука, 1966.

2. Галин, Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости / Л.А. Галин. - М.: Наука, 1980. - 304 с.

3. Лопато, Г.А. Конические и гипоидные передачи с круговыми зубьями: справ. пособие. - 2-е изд, пере-раб. и доп. / Г.А Лопато, Н.Ф. Кабатов, М.Г. Сегаль. - М.: Машиностроение, 1977.

4. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов.

- М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

---------+--------------

УДК 631.311 Ю.А. Сергеев

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Статья посвящена системному анализу технологии возделывания зерновых культур в условиях Забайкалья и разработке ее обобщенной структурной модели. Получена целевая функция условной продуктивности с единицы площади пашни.

Анализ целевой функции, составленной на получение максимальной продукции с единицы площади возделываемой культуры, позволяет определить пути совершенствования технических средств по поверхностной обработке почвы и посеву семян.

В результате системного анализа установлено, что наиболее энергозатратными при производстве зерна являются обработка почвы и посев семян.

При возделывании зерновых культур в зоне Забайкалья наибольшее распространение получила традиционная почвозащитная технология. Для почвозащитного земледелия принципиальное значение имеют пар, обработка почвы с сохранением пожневных остатков на поверхности поля, использование севооборотов с учетом природно-климатических условий, проведение влагонакопительных мероприятий (использование атмосферных осадков и создание глубинных запасов влаги), соблюдение комплекса агротехнических мер борьбы с сорняками, дифференцированный подход к выбору сроков сева, нормы высева и глубины заделки семян и соблюдение системы внесения удобрений.

Чистый пар является основным звеном севооборота, решающим вопросом накопления влаги, борьбы с сорняками. С другой стороны, на паровом поле почва целый год открыта для ветра и воды, в ней идет процесс ускоренной минерализации органического вещества и является наиболее эрозионноопасным участком [1].

При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с учетом качества выполнения отдельных элементов технологического процесса необходимо учитывать интегральные показатели, такие, как энергозатраты, стоимость выполнения отдельных элементов процесса, естественнобиологические изменения почвы и растений и другие [2].

Это предполагает разработку обобщенной структурной модели оценки элементов технологического процесса на основе общих и частных целевых функций эффективности производства сельскохозяйственных культур, что возможно при системном анализе технического процесса возделывания и уборки сельскохозяйственных культур [3].

Анализ технологического процесса возделывания и уборки зерновых культур позволяет выделить пять этапов этого процесса. Структурно-технологическая схема анализа показателей технологии возделывания и уборки зерновых культур приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурно-технологическая схема возделывания зерновых культур

На первом этапе проводится основная обработка почвы, при этом основными показателями качества выполнения технологических операций являются: равномерность глубины обработки О а (см), степень крошения почвы К (%), степень уничтожения сорняков S (%), плотность сложения почвы р (г/см3) и равномерность дна борозды Zq (см).

При поверхностной обработке почвы необходимо обеспечить влагонакопление, подготовку почвы к посеву и борьбу с сорняками, предназначенные для улучшения состояния почвы. При этом обязательно учитываются следующие показатели: выровненность поверхности поля V (см), влажность почвы W (%). Третий этап включает должную подготовку посевного материала и посев семян с соблюдением требований и допусков к посеву, характеризуемых нормой высева Qс, (кг/га), нормой внесения удобрений Qу (кг/га), равномерностью глубины заделки семян и удобрений Ос, ау (см). На четвертом этапе производятся технологические операции по уходу за посевами. Растениям в процессе биологического развития требуется достаточное количество влаги, тепла, питательных веществ и защита от вредителей и сорняков. Качество работы по уходу за посевами оценивается всхожестью зерновых культур В (%), засоренностью посевов З (%), наличием вредителей и болезней посевов Вр; Б (%). На заключительном этапе технологического процесса производится уборка зерновых культур и незерновой части урожая.

На качество уборки зерновых культур влияют потери зерна за жаткой Ж (%), молотилкой М (%), в соломе С (%) и травмирование зерна Т (%), которые сказываются на урожайности зерна Уз (ц/га) и соломы Ус (ц /га).

По качественному выполнению каждого этапа технологического процесса возделывания и уборки зерновых культур необходимо изучить структуру всех операций к применяемым техническим средствам, чтобы перевести обрабатываемый материал (почву, семена, удобрения, ядохимикаты) в состояние, удовлетворяющее агротехническим требованиям. При этом качество перевода должно рассматриваться в зависимости от работы рабочих органов и машин.

По результатам анализа процессов составлен сигнальный граф в виде операторной схемы (рис. 2) [4].

Рис. 2. Сигнальный граф технологии возделывания и уборки зерновых культур:

А - атмосфера; П - почва; У - удобрения; С - семена; Уз - урожайность зерна;

Ус - урожайность соломы; ПЗ - потери зерна при уборке

Результирующая составляющая передаточного коэффициента К технологии возделывания и уборки зерновых культур определяется по формуле

К= К ! • К 2 , (1)

где Ki - передаточный коэффициент, характеризующий технологические операции по изменению физикомеханических свойств почвы и биологической фазы развития растений, направленных на создание условий накопления урожая;

К 2 - передаточный коэффициент, характеризующий уборку зерновых культур с получением зерна и

незерновой части урожая.

Полученные передаточные коэффициенты показывают, что все факторы влияют на технологический комплекс возделывания зерновых культур и оцениваются качеством выполнения каждой i -й технологической операции при минимальных затратах. Конечный показатель эффективности технологии возделывания зерновых культур, естественно, - урожайность.

В связи с тем, что обработка почвы и посев семян являются основной (составной) частью любой технологической системы возделывания сельскохозяйственных культур, то для оценки ее эффективности необходимо выделить две основные подсистемы: приемы управления технологией возделывания сельскохозяйственных (зерновых) культур и их исполнительные механизмы (средства механизации). По перечисленным показателям применяемые технологии и сельхозмашины должны обеспечить высокий техникоэкономический эффект. В этом случае общая целевая функция условной продуктивности с единицы площади F (руб/ га) может быть выражена в следующем виде:

n n m n

F=y 3 • С+I У Di • С- 2 I Ущ| • C - З„ - I З Di ^ max, (2)

i=1 i=1 j=1 i=1

где У 3 - продуктивность почвы (урожайность зерна), ц/га;

У Di- дополнительная продукция, получаемая при выполнении i-й операции технологии, ц/га;

Ущ| - возможный недобор продукции вследствие несоблюдения машиной (технологией) j-го качественного показателя при выполнении i-й технологической операции, ц/га;

С - цена единицы урожая, руб/ц;

Зо- затраты на получение продукции с единицы площади, руб/га;

З Di - дополнительные затраты на i-ю операцию технологии при получении продукции с единицы площади, руб/ га.

Составляющие УDi, Ущ|, ЗDi, входящие в выражение (2), являются переменными величинами, то максимум целевой функции (F) будет при следующих условиях:

n

Z У Di ^ max, (3)

j=l n m

Z Z yHij ^ min. (4)

i=i j=i

n

Z 3Di ^ min. (5)

i=1

Задача разрешима, если при системе ограничений будут выполняться следующие условия:

n

Z У Di > 0, (6)

i=1

n n m n

Z yDiC - Z Z yHij • с > Z 3Di. (7)

i=i i=i j=i i=i

Таким образом, при разработке машин, обеспечивающих технологию возделывания зерновых культур, необходимо выявить основные факторы, оказывающие влияние на каждый этап технологического

процесса.

Соблюдение условия (3) при рассматриваемом технологическом процессе позволит не снизить агрофизические свойства почвы и способствовать повышению ее плодородия.

Известно, что сельскохозяйственные культуры реагируют на плодородие, степень увлажненности почвы, выполнение агротехнических требований и использование системы удобрений. Поэтому в качестве критерия оценки показателя У Di должны выступать площади на различных вариантах схем чередования

(структуры севооборотов) и технологии их возделывания. В этом случае севообороты необходимо разрабатывать с учетом биологических особенностей возделываемых культур и почвенно-климатических условий.

По требованию условия (4) необходимо достигнуть наивысшего агротехнического эффекта при обработке почвы и посеве семян сельскохозяйственными машинами при минимальных затратах. Задача состоит в том, чтобы на основе выбора рациональной технологической схемы обработки почвы и посева семян, оптимизации машин, рабочих органов и режимов их работы обеспечить выполнение агротехнических требований по всем качественным показателям. Для этого необходимо внедрение прогрессивных способов обработки почвы, рациональных технологий посева семян и создание универсальных унифицированных машин с комбинированными адаптивными рабочими органами, позволяющими выполнять качественно все необходимые технологические операции по обеспечению оптимальных условий развития культурных растений.

Следующее направление исследований - изыскание путей выполнения условия (5). При этом снижение уровня всех составляющих затрат зависит не только от совершенства новых средств механизации, но и от эффективности применяемых технологии по каждой операции при возделывании зерновых культур.

В технологии возделывания зерновых культур наиболее важным показателем являются затраты на получение продукции с единицы площади (Зо). Величину общей затраты на производство зерновых культур Зо (Х) с площади (Х) га определим из выражения

Зо (Х) = Зо • Х, (8)

где Х - общая площадь возделываемой культуры, га;

Зо - затраты на получение продукции с единицы площади, руб/га.

Целевая функция общей затраты на производство зерновых культур представляет следующий вид:

n

Зо (Х) = Z 3i(X) ^ min, (9)

i=i

где i= 1, 2, 3, 4, 5 - этапы выполнения технологии возделывания зерновых культур; n - количество этапов.

Зо (Х) = З1(Х) + З2 (Х) + Зз(Х)+ З4(Х) + За (Х) ^ min,

где З1(Х), З2 (Х), Зз(Х), З4(Х), Зб(Х) - соответственно, затраты на основную и поверхностную обработку поч-

вы, посев, уход за растениями и на уборку зерновых культур.

Определены коэффициенты значимости в технологии возделывании зерновых культур по трудоемкости и энергозатратам.

Трудоемкость возделывания зерновых культур поэтапно составляет: 1-й - 38% (основная обработка почвы); 2-й - 11% (предпосевная обработка почвы); 3-й - 27% (подготовка семян и их посев); 4-й - 8% (уход за растениями); 5-й - 26% (уборка и послеуборочная обработка зерна).

Энергозатраты по указанным этапам работы составляют: 1-й - 4630 МДж/га (основная обработка почвы); 2-й - 1840 МДж/га (предпосевная обработка почвы); 3-й - 2180 МДж/га (посев зерновых культур); 4-й - 1950 МДж/га (уход за растениями); 5-й - 3100 МДж/га (уборка и послеуборочная обработка зерна).

Таким образом, при производстве зерна на обработку почвы и посев приходится не менее 62% от общей затраты энергии.

В результате проведенного системного анализа существующих технологий и технических средств возделывания зерновых культур можно сделать вывод, что наиболее энергозатратными при производстве зерна являются обработка почвы и посев семян.

Для снижения трудоемкости и энергозатрат при обработке почвы и посеве семян сельскохозяйственных культур в зоне Забайкалья возникает необходимость решения следующих задач с учетом экстремальных условий в бассейне озера Байкал:

- совмещение технологических процессов между 1, 2 и 3 этапами и технологическими операциями в этапах;

- разработка комбинированных рабочих органов по поверхностной обработке почвы;

- разработка сошников для подпочвенно-разбросного посева семян сельскохозяйственных культур с одновременным послойным внесением удобрений и гербицидов.

Литература

1. Бохиев, В.Б. Научные основы и практические приемы обработки и защиты почвы в бассейне озера Байкал / В.Б. Бохиев, Б.В. Бохиев. - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2003. - 240 с.

2. Перегудов, Ф.И. Введение в системный анализ: учеб. пособие для вузов / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тара-

сенко. - М.: Высш. шк., 1989. - 367 с.

3. Терских, И.П. О системном исследовании вопросов машиноиспользования / И.П. Терских // Совершенст-

вование технического обслуживания и диагностики сельскохозяйственной техники: сб. тр. ИСХИ. -Иркутск, 1983. - С. 3-10.

4. Оре, О. Теория графов: пер. с фр. / О. Оре. - М.: Наука, 1968. - 252 с.

----------♦'------------

УДК 631. 316 Ю.А. Сергеев, В.Л. Шахаев

ЗАЩИТА ЧИСТОГО ПАРА ОТ КОРНЕВИЩНЫХ ОСТАТКОВ В РЕСПУБЛИКЕ БУРЯТИЯ

В статье освещены результаты исследования работы культиватора-вычесывателя корневищных сорняков в условиях Республики Бурятия. Экспериментальное орудие извлекает из почвы однолетние и корневищные сорняки на поверхность поля и равномерно укладывает их по поверхности поля. Это создает мульчирующий слой из сорняков, защищающий паровое поле от ветровой эрозии. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены в данной статье.

Наиболее часто встречающимся корневищным сорняком на полях Республики Бурятия является пырей корневищный.

Начало образования корневищных сорняков зависит от характера весны и степени уплотнения почвы. Для зоны Республики Бурятия это относится главным образом к концу мая и началу июня.

Успешно бороться с этим злостным сорняком в наших природно-климатических условиях можно только в системе летнего пара, так как послеуборочное лущение и зяблевая обработка почвы неэффективны из-за короткого теплового периода осени.