CC BY
34
УДК 631.35.44
И. А. МАТВЕЕВ;
И. М. ФОМИН, канд. техн. наук;
В. Ф. КЛЕИН, канд. техн. наук
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ
Рассмотрен вопрос оптимизации технологического процесса уборки картофеля. Показан вариант ситуационной модели технологического процесса уборки картофеля. Приведены примеры возможных ситуаций в период уборки и варианты их решения.
Оптимизация технологического процесса уборки картофеля представляет собой сложный процесс принятия и оценки технико-технологических решений в условиях множества возможных природных и производственных ситуаций. При этом между числом допустимых решений R и числом возможных ситуаций S имеется отношение [S]»[R]. Задача принятия решения в этом случае может быть сформулирована как поиск такого разбиения ситуаций на классы, при котором каждому классу соответствует одно или несколько допустимых решений. Из множества допустимых решений R необходимо найти
такое решение Rj R, которое приводит систему из начального состояния S0* ^ S0 в конечное Sn* Sn так, чтобы критерий оценки решения Q (R) обращался в максимум: Q = max {Q (R)} или минимум Q = min {Q(R)} [1]. Ситуационная модель технологического процесса уборки картофеля представлена на рис. 1.
Множество природных ситуаций при уборке картофеля возникает, прежде всего, вследствие широкого разнообразия почв по механическому составу, степени каменистости и влажности в период уборки урожая. Классификацию этих основных ситуаций целесообразно осуществить по общепринятому в литературе принципу [2, 3].
На рис. 2 представлены распределения и классификация пашни Северо-Запада по основным её характеристикам: механическому составу почвы, степени её каменистости и влажности.
Производственная ситуация при уборке картофеля определяется, кроме того, объёмами и сроками уборки урожая, а также назначе-
нием продукции. Соответствие товарной продукции требованиям к ней стандартов качества (табл. 1) и является конечным состоянием системы.
Рис. 1. Вариант ситуационной модели технологического процесса уборки картофеля
F, 1 0,8 0,о 0.4 0.7 О
супесь
л.сугл. ср.сугл. Т.сугл.
о
10
сотержание глинистых частиц '-0,01, мм
20
30
40
50
60%
отсутствует.
очень слабая
F ч 1
0.8
0.6 -
0.4 - /
0.2 /
слабая засорённость
средняя засоренность
сильная засор.
10
содержание камней, м'/i a 20 30 40
50
60
- тчжелый суглино»................ средний суглинок Время
------ лёгкий суглинок ----- супесь уборки
Рис. 2. Распределение пашни Северо-Западного региона по основным её природным характеристикам, определяющим ситуацию в период уборки картофеля:
а) механический состав почв пашни Б]; б) каменистость почвы Б; в) влажность почвы в период уборки картофеля
Таблица 1
Требования стандартов качества к товарному картофелю _различного назначения_
Показатели Продовольственный ранний Продовольственный поздний Семенной Для промышленной переработки
Размер клубней, мм Более 25 Более 30 30-60 40-60
Сортовая чистота, % - - 100 100
Содержание не-кондицио нных клубней (по-вреж-дённых), % Менее 5 Менее 3 Менее 3 Менее 3
Содержание примесей, % Менее 3 Менее 2 Менее 2 Менее 2
Множество возможных решений обусловлено разнообразием картофелеуборочных машин (копатели-погрузчики, комбайны, копатели разных конструкций и модификаций), обладающих различными выходными технологическими и ресурсозатратными параметрами в пределах одной ситуации. В приведённой ниже ситуационной табл. 2 столбцы характеризуют возможные ситуации, складывающиеся на картофельном поле в период уборки, а строки - примеры возможных решений. На пересечении строк и столбцов проставлены выходные технологические параметры, полученные на основе обобщения результатов исследований и испытаний, и используемые для прогнозной оценки решений.
Оценку решений можно осуществлять по локальным, интегральным или компромиссному критериям. В качестве локальных критериев могут быть использованы: максимум получения товарной продукции QT0B: Qtob = max {QT0B (R)}, т/га или минимум трудозатрат на единицу товарной продукции Q,P: QTp = min {Q,P(R)}. чел.-ч/т. В качестве интегрального - максимум дохода Д от реализации товарной продукции: Д = max {fl(R)}, руб/га. В качестве компромиссного критерия используют коэффициент энергетической эффективности Кэ [4]: Кэ = max {K3(R)}.
Таблица 2
Ситуационная таблица прогнозной оценки решений по выбору технологических операций и техники для технологического процесса уборки картофеля
И
о
Каменистость отсут- Каменистость слаоая при Каменистость средняя
Показатели ствует, очень слабая влажности при влажности
оценки реше- при влажности
ний опти обиль- избы- опти- обиль- избы- опти- ООИ 1Ь- избы-
маль ной точ- маль- ной точной маль- ной точной
ной ной ной ной
Супесь, лёгкий суглинок
Потери:
КПК-2 Р| р? - Р| Р? - Р1 Р2 -
Е-684 р- Р2 - Р» Р? - Р) Р2 -
КВН-2М р? Р- Рз Р2 Рз № Р2 Рз Рз
Повреждения
КПК-2 42 42 4з 4з - 44 44 -
Е-684 41 41 - 42 42 - 4з 4з -
КВН-2М Я' 41 41 42 42 42 4з 4з 4з
Примеси:
КПК-2 6| 52 - ¿1 б2 - 62 52 -
Е-684 5, ¿2 - 6, 5, - б2 5, -
КВН-2М ¿1 52 6, 5, 5, 5, 5, ¿2
Коэффициент
снижения
производи-
тельности
машин | } 1 ь | §
Продолжение табл. 2
Показатели оценки решений Каменистость отсутствует, очень слабая при влажности Каменистость слабая при влажности Каменистость средняя при влажности
опти маль ной обильной избыточной оптимальной обильной избыточной оптимальной обильной избыточной
Средний суглинок
Погери.
КПК-2 Р1 Р2 - Р1 Р2 - Р1 Р2 -
Е-о84 Р1 Р2 - Р) Рг - Р1 Р2 -
КВН-2М Р? Рз Рз Р2 Рз Рз Р? Рз Рз
Повреждения:
КПК-2 42 42 - 4з 4з - 44 44 -
Е-о84 41 41 - 42 42 - 4з 4з -
КВН-2М 41 41 41 4? 4? 4? 4з 4з 4?
Примеси:
КПК-2 5, 53 - 52 63 - ¿2 5з -
Б-684 63 54 - 6з 64 - ¿3 Й4 -
КВН-2М 82 8, 53 52 б? 53 52 ¿2 ¿3
Коэффициент
снижения
производи-
тельности
машин 4 fз * Гз 1*
>5 ^ § $
О
Оч
Продолжение табл. 2
И
Показатели оценки решений Каменистость отсу т-ству ет, очень слабая гши влажности Каменистость слабая пои влажности Каменистость средняя при влажности
опти маль ной обильной избыточной оптимальной обильной избыточной оптимальной обильной избыточной
Тяжёлый суглинок
По1ери
КПК-2 Р2 Р2 - Р2 Р2 - Р2 р? -
Е-684 Р2 Р2 - Р? Р2 - Р2 Р2 -
КВН-2М Рз Рз Р4 Рз » Р' Рз Рз Р4
Повреждения:
КПК-2 42 4? - 4? 4з - 44 44 -
Е-684 41 41 - 4: 42 - 4з 4з -
КВН-2М 41 41 41 42 4? 42 4з 4з 4з
Примеси:
КПК-2 53 64 - 5; 54 - 53 б4 -
Е-684 54 - - 64 - - б4 - -
КВН-2М 52 ¿з 5, 52 5, 4 ¿2 5, 5?
Коэффициент
снижения
прочзволи-
гепьности
машин Ь и • и и 1 и |
Примечание к табл 2: «-» - решение в данной ситуации неприемлемо
Р! < 0,03; р2 < 0,05; р3 < 0,1; р4 < 0,2 < 0,03; яг < 0,1; яз < 0,15; < 0,2
5! < 0,03; 52 < 0,1; 53 < 0,2; 54 < 0,3
Ь =1,0; {2 = 0,95; $ = 0,9; = 0,85; £ = 0,8; Ъ = 0,75;
каменистость:
отсутствует, очень слабая - до 5 м3/га;
слабая - 5-20 м3/га;
средняя - 20-50 м3/га
Прогнозное количество товарной продукции и величину трудозатрат определяют по формулам:
Оил„ КУ(!-р-с1). (1)
где: У - урожайность картофеля, т/га;
/С, - коэффициент товарности урожая (Кт ~ 0,95);
Р - доля прямых потерь при уборке;
q - доля потерь товарности вследствие повреждений клубней при уборке;
п - количество работающих на уборке, чел;
Ж- производительность уборки, га/час;
/ - коэффициент снижения производительности машин в заданной ситуации (см. табл. 2).
Коэффициент энергетической эффективности технологии определяется отношением энергосодержания урожая Еу к суммарным энергетическим затратам ^ГЛ',. на его производство: Е Е
ТУ- _ У __У_
3 ТЕ ТЕ +ТЕ +ТЕ +ТЕ '
/ < з / < тр / < техн / < топ / < м
где 2Етр+2Етоп+2Етехн+2Ем - суммарные энергозатраты соответственно живого труда, овеществлённые в топливе, технике и материалах, рассчитываемые по известным формулам [4].
Следует учитывать, что если по локальным критериям можно оценить отдельно взятый технологический процесс, то интегральный и
компромиссный критерии приемлемы только для оценки технологии в целом с учётом влияния различных вариантов исследуемого процесса.
В качестве примера в табл. 3 представлены прогнозные значения, характеризующие количество товарной продукции и величину трудозатрат при уборке картофеля в разных ситуациях при трёх вариантах решений.
Таблица 3
Прогнозная оценка вариантов процесса уборки картофеля по локальным критериям
Примерные варианты ситуации Примерные варианты решений
Уборка копателем-погрузчиком Е-684 Уборка комбайном КПК-2,0 Уборка копателем КВН-2М
Супесь, каменистость отсутствует; влажность оптимальная; картофель продовольственный ранний; урожайность 25,0 т/га Товарная продукц] дарта качества без Охов« 22,4 т/га и 7 чел-ч/га -м соответствует тре доработки Охов« 20,7 т/га « 40 чел-ч/га бованиям стан-Охов «21,8 т/га 3|р и 250 чел-ч/га
Средний суглинок; каменистость средняя; влажность обильная; картофель продово-льств. поздний; урожайность 25,0 т/га Продукция не соот качества без дораб Охов« 20,0 т/га Зхр и 8 чел-ч/га ъетствует требоваш отки Охов ~ 18,8 т/га 3|р а 44 чел-ч/га гам стандарта Охов ~ 20,0 т/га 3|р и 280 чел-ч/га
Тяжёлый суглинок; каменистость слабая; влажность обильная; картофель продово-льств. поздний; урожайность 25,0 т/га - Продукция не соо! ваниям стандарта ботки Охов ~ 20,0 т/га 3|р а 47 чел-ч/га [ветствует требо-<ачества без дора- Охов ~ 20,0 т/га « 290 чел-ч/га
Продолжение табл. 3.
Примерные варианты ситуации Примерные варианты решений
Уборка копателем-погрузчиком Е-684 Уборка комбайном КПК-2,0 Уборка копателем КВН-2М
Тяжёлый суглинок; каменистость средняя; влажность избыточная; картофель продо-вольств. поздний; урожайность 25,0 т/га - - Продукция не соответствует требованиям стандарта качества без доработки д.,,, « 18,8 т/га Зф и 300 чел-ч/га
Примечание: «-» - решение в данной ситуации неприемлемо.
ВЫВОДЫ
Анализ табл. 2 и 3 показывает, что в условиях Северо-Запада ранний продовольственный картофель на лёгких некаменистых почвах оптимальной влажности соответствует требованиям стандарта качества и пригоден для реализации после комбайновой уборки или при уборке копателями с подбором клубней вручную. В других ситуациях требуется послеуборочная доработка и предреализационная подготовка картофеля любого назначения в стационарных условиях.
Приведённые в табл. 3 варианты ситуаций и варианты решений далеко не исчерпывают всех возможных ситуаций и всех возможных решений, предлагаемых в настоящее время на рынке, технологий и машин. Поэтому для оптимизации процесса уборки картофеля необходима компьютерная программа адаптации этого процесса к заданным природным и производственным условиям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. - М.: Энергия, 1974. - 134 с.
2. Замотаее А.И. и др. Справочник картофелеводства. - М.: Агропромиздат, 1987. - 287 с.
3. Образцов A.C. Системный метод: применение в земледелии. - М.: ВО Агропромиздат, 1980. - 303 с.
4. Севернее М.М. Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве. - М.: Колос, 1992. - 190 с.
Получено 19.02.2003.
УДК 631.366.35. 342
Н.В. РОМАНОВСКИЙ;
В.И. ШАМОНИН, канд. техн. наук
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ УБОРКИ БЕЛОКОЧАННОЙ КАПУСТЫ
Приведены результаты исследований рациональных способов уборки капусты белокочанной при различных технологиях её производства и площади возделывания
В 80-е годы была разработана и предлагалась к широкому внедрению в специализированных овощеводческих хозяйствах технология механизированного производства белокочанной капусты. Технология охватывала процесс производства капусты от посева до уборки и доведения продукции до требований стандарта. Далее продукция поступала на специализированные базы, которые обеспечивали её хранение и реализацию.
В 90-х годах ситуация изменилась. В связи с сокращением объёмов производства капусты овощеводческими хозяйствами, появлением товаропроизводителей с небольшими посевными площадями и установлением рыночных отношений между производителем и потребителем сельскохозяйственной продукции (хранение и реализация произведенной продукции стала проводиться непосредственно в хозяйствах) и т.д. появились различные технологии производства белокочанной капусты, отличающиеся способами уборки.
В настоящее время в хозяйствах области сформировались три способа уборки белокочанной капусты: ручной, частично механизированный (с применением широкозахватного транспортёра) и полностью механизированный (поточный). Анализ результатов исследований ука-80
