Разработка ресурсосберегающей технологии и технических средств для производства и комплексного использования семян льна-долгунца в условиях северо-западного региона российской федерации

  1   2   3   4   5

Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. В Северо-Западном регионе России производится около 15% льноволокна. В регионе за последние 15 лет резко сократились посевы льна-долгунца, снизился объем производства льнопродукции. Это обусловлено низкой рентабельностью этой культуры. Давно наметившийся диспаритет цен на технические средства и льносырье затрудняет воспроизводство этой культуры.

Льносеющие хозяйства из-за низких цен на сдаваемое сырье неспособны закупить высококачественные районированные сорта семян, внести необходимое количество удобрений на планируемую урожайность, получить высокий урожай. Отсутствие специальных адаптированных высокопроизводительных технических средств не позволяет проводить уборочные работы в сжатые сроки без потерь и снижения качества.

Лен – культура двойного назначения. Она дает высокий урожай льноволокна и семян. Урожай семян при высокой культуре земледелия и минимальных потерях, как показывает опыт передовых льносеющих хозяйств, может по доходности достигать 56…61% урожая льноволокна. Без хорошо налаженного производства районированных семян невозможно дальнейшее развитие льняного подкомплекса.

В РФ создалось такое положение, когда не каждый год осуществляется простое воспроизводство посевного материала. В связи с этим разработка энергосберегающей технологии и технических средств, значительно снижающих затраты и позволяющих получать высокие урожаи семян и льноволокна при минимальных потерях выращенного урожая, является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с научной программой «Механизация, электрификация и автоматизация» задание 09.01 «Разработать конкурентоспособные наукоемкие машинные технологии и технику нового поколения для производства сельскохозяйственной продукции» согласно «Программы фундаментальных приоритетных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на период 2006–2010 гг.» Российской академии сельскохозяйственных наук.

Цель и задачи исследований. Исходя из состояния вопроса по созданию современной, адаптированной к условиям Северо-Западного региона РФ, машинной технологии производства семян льна-долгунца поставлена цель – разработать ресурсосберегающую технологию и технические средства для производства и комплексного использования семян льна-долгунца.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать методику комплексной оценки климатических условий возделывания льна-долгунца.
   
2. Исследовать и предложить интенсивную энергосберегающую технологию производства семян льна-долгунца.
   
3. Исследовать потери семян льна-долгунца в технологической цепочке уборочных работ, предложить методику определения потерь семян при уборке урожая.
   
4. Разработать методику исследования процесса сушки семян в слое льновороха.
   
5. Разработать техническое средство, обеспечивающее контроль влажности льновороха в процессе сушки.
   
6. Модернизировать рабочие органы очесывающего барабана льнокомбайна ЛК-4А, позволяющие существенно снизить потери семян.
   
7. Обосновать энергосберегающие приемы сушки льновороха.
   
8. Разработать и предложить технологию, технические средства переработки семян льна-долгунца на масло.
   
9. Исследовать основные технологические параметры технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели.
   
10. Исследовать и проверить в производственных условиях полезность скармливания льняных жмыхов.
    
11. Дать экономическое обоснование предлагаемой энергосберегающей технологии производства семян льна-долгунца и продуктов их переработки.
    

Объект и предмет исследований. Объектом исследований являются различные варианты технологии производства семян льна-долгунца. Предметом исследований является выбор рационального варианта получения семян льна-долгунца, выбор параметров и режимов работы технических средств.

В процессе исследований разработаны методы рациональных технологий и параметров получения качественных семян, с использованием метода механико-математического моделирования, в частности, разработан графо-аналитический метод, метод определения составляющих процесса сушки и сепарирования льновороха, оптимизации параметров процесса сушки семян и льновороха, получения льняного масла на пищевые и технические цели, определения коэффициентов выхода масла и жмыха. Использовались специально разработанные приборы, приспособления.

Научную новизну работы составляют:

• методика комплексной оценки периодов возделывания культуры;
  
• обоснование времени производства уборочных работ для получения семян и льноволокна высокого качества;
  
• обоснование энергосберегающей технологии производства семян льна-долгунца;
  
• обоснование возможности сокращения потерь льнопродукции, в т.ч. семян льна-долгунца;
  
• обоснование комплексного использования семян льна-долгунца;
  
• обоснование основных параметров технологии и технических средств для получения льняного масла на пищевые и технические цели.
  

Достоверность основных положений и выводов подтверждена данными экспериментальных исследований, лабораторными и производственными испытаниями.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработана технология получения семенного материала льна-долгунца с дозариванием; предложены энергосберегающие технологии получения семян льна; разработана технология производства льняного масла на пищевые и технические цели; дано обоснование потерь семян при уборочных работах, предложены технические устройства, обеспечивающие их снижение. Результаты испытаний были реализованы в льносеющих хозяйствах региона.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Критерии и оценочные показатели климатических условий основных периодов возделывания и уборки льна-долгунца.
   
2. Критерии выбора рациональных вариантов машинной технологии производства семян льна-долгунца.
   
3. Математические модели модернизированных технологий и технических средств производства семян льна-долгунца.
   
4. Методика определения потерь семян в технологической цепочке уборочных работ, их экономическая оценка.
   
5. Критерии оценки технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели.
   
6. Комплексная оценка эффективности производства и переработки семян льна-долгунца.
   

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции «Лен-1999», г. Вологда,
1999 г., 2000 г., 2005 г. в г. Вологда, на научно-производственной конференции г. Вологда, 1969 г., 1972 г., научных конференциях ЛСХИ г. Пушкин 1980 г., СПГАУ г. Пушкин 1994, 2008 гг., всесоюзной научно-технической конференции г. Ленинград 1971 г., на межвузовской научно-методической конференции г. Ярославль, 1994 г., на научных конференциях НИИПТИМЭСХ Северо-Запада, 1968–1977 гг., на научно-практических конференциях ВМИ–ВГМХА им. Н.В. Верещагина 1990–2007 гг.

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 64 научных работы, из них 11 – в журналах, рекомендованных ВАК, получено 3 авторских свидетельства РФ. Опубликовано 2 монографии, 2 учебных пособия.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, общих выводов и рекомендаций. Содержит 386 страниц, 77 рисунков, 55 таблиц, в том числе 284 страницы основного текста. Список использованных литературных источников содержит 159 наименований отечественных и зарубежных авторов. В приложениях на
102 страницах приведены программы, таблицы, документы, отражающие уровень использования результатов исследований, копии авторских свидетельств и патентов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа выполнена автором самостоятельно. Научные исследования лично проводились автором в соответствии с тематическими планами ВГМХА им. Н.В. Верещагина в 1967–2008 гг.

Большой вклад в разработку технических средств по уборке льна внесли российские ученые: Быков Н.Н., Ковалев М.М., Черников В.Г., Сизов В.И., Хайлис Г.А., Шрейдер М.А., Петухов Б.С.

Существенный вклад в разработку и формирование адаптивных технологий внесли наши отечественные ученые В.Г. Еникеев, В.Д. Попов, В.С. Сечкин и др. Их разработки методов формирования адаптивных технологий послужили основой для нашей дальнейшей работы по совершенствованию рациональных вариантов технологии на современной технической основе.

Научным обоснованием конструктивных параметров и режимов работы очесывающих устройств льноуборочной техники занимались в разное время М.И. Шлыков, М.Н. Летошнев, П.Ф. Прибытков, П.К. Шрамко. Исследования продолжены Б.П. Можаровым, Г.А. Хайлисом, Л.Ю. Гурвичем, Н.Н. Быковым, А.Ф. Еругиным, М.М. Ковалевым, А.Н. Зинцовым и др.

Научную основу сушки сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов составили работы Лурье М.Е., Гинзбурга А.С., Лыкова А.В.

Дальнейшему развитию процесса интенсификации сушки семян и льновороха послужили работы Карпова Б.А., Копьева И.П., Птицына С.Д., Толковского В.А., Паузы М.А., Зеленко В.И. и др.

Решение отдельных частных задач выполнялось совместно с сотрудниками «Лаборатории растительных масел» при ВМИ доктором технических наук Игнатьевским Н.Ф., доктором сельскохозяйственных наук Москвиным Н.А., кандидатами технических наук Макарьиным И.М., Парфеновым Н.С. Всем им и в целом коллективу ВГМХА им. Н.В. Верещагина автор выражает искреннюю благодарность.

Введение раскрывает актуальность рассматриваемых вопросов, в нем изложены научные проблемы, сущность выполняемой работы, цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние производства и использование семян льна-долгунца. Цель и задачи исследования» на основе анализа научно-технической литературы, производственного опыта, статистических данных рассмотрены основные технологии производства льна-долгунца в стране и за рубежом; проанализированы основные технологии и технические средства производства льнопродукции; рассмотрены проблемы технологических процессов производства семян льна-долгунца и пути их решения; сформулированы задачи исследования.

В Северо-Западном регионе производится в последнее время до 13,0% производимого льноволокна, обеспеченность собственными семенами в регионе составляет 41,6…71,4%.

До конца XVIII века льняное волокно занимало ведущее место среди экспортных товаров и составляло основную статью доходов России. В XIX и начале XX века Россия продолжала оставаться основным поставщиком льносырья. От продажи льна за рубеж российская казна получала до 90 млн. руб. золотом.

Ряд исследователей считает, что основной причиной стагнации льняного комплекса России является практическое отсутствие системы продуктивного семеноводства. Решение проблемы семеноводства – в создании системы зонального семеноводства.

Проблему семеноводства нельзя решить без разработки более совершенных технологий и технических средств, включая и энергосберегающие приемы выращивания, способы уборки.

В России на современном этапе основной технологией уборки льна является комбайновая, недостаток которой состоит в противоречии между двумя целями: получением льноволокна и семян высокого качества.

При уборке льна в стадии желтой спелости в льноворохе содержится до 60% путанины с влажностью до 80%. Влажность коробочек не превышает 30%. При сушке такого льновороха повышен расход электроэнергии, топлива, людских ресурсов. Поэтому возникает первоочередная проблема совершенствования технологического процесса сушки, направленного на снижение материальных ресурсов.

Для сохранения выращенного урожая льна-долгунца в условиях Северо-Запада, снижения затрат необходимо совершенствование технологии уборки и технических средств. Решение этой проблемы имеет большое научное и практическое значение.

Внедрение раздельного способа уборки льна в условиях Вологодской области, как показал опыт 2006–2008 гг., даже с применением высокопроизводительной уборочной техники (самоходных теребилок U-22 и оборачивателей-очесывателей U-23) не обеспечил получение гарантированного урожая семян и льноволокна. В процессе вылежки льносоломки происходит прорастание слоя ленты травой, что затрудняет процесс подъема и очеса головок.

Большинство льносеющих хозяйств сеют лен с целью получения льнотресты. Семена в ранней желтой спелости становятся невостребованы, остаются в поле.

Исследованиями ряда ученых Смирновым Н.А., Зинцовым А.Н. и др. установлено, что раздельный способ уборки на семена по сравнению с комбайновым способом повысил скорость подсушивания стеблей в ленте в 1,5...3 раза.

Кроме того, ускорился процесс дозревания семян в ленте, улучшилась структура семенного вороха за счет увеличения удельного веса свободных коробочек, уменьшилась в 2 раза их влажность.

В связи с закупкой высокопроизводительной уборочной техники для раздельной уборки льна в хозяйства региона возникла необходимость доработки технологии применительно к климатическим условиям региона. Суть доработки заключается в том, что очес стеблей начинается через 5…6 дней, когда головки на 60% бурые, семена должны пройти дозревание на установках принудительного вентилирования.

По мнению д.т.н. Петухова Б.С., современная технология уборки льна-долгунца в условиях региона должна быть комбинированной. В начальный период лен следует убирать раздельным способом, а с фазы окончания ранней-желтой и в начале желтой спелости использовать комбайновую уборку.

Анализ сушильных установок для льновороха показал, что энергозатраты на послеуборочную обработку и хранение семян достигают 25…30% от общих затрат, а на сушку – около 60…70%. Так, сушилка СКМ-1 расходует более 160 кг условного топлива на 1 га льна. Сравнительно большой расход топлива объясняется тем, что попутно сушке подвергаются 43% балласта, состоящего из стеблей льна, обрывков стеблей, сорняков, примесей. Кроме того, происходит значительная потеря тепла.

Для получения льноволокна высокого качества сельские товаропроизводители начинают уборку в период ранней желтой спелости. Семена в головках в этот период еще не созрели. Наблюдается: неоднородность созревания головок на стеблях разной высоты, верхних и нижних головок даже одного стебля. Поэтому необходимо принудительное вентилирование льновороха, которое является важным технологическим приемом сохранения и улучшения качества семян, что отражено в работах Анискина В.И., Шибаева Д.Н., Карпова Б.А., Птицына С.Д., биологов – Новацкого В.П., Свешникова И.Н., Ашкритова М.А.

Во втором разделе «Исследование влияния технологических процессов по подготовке почвы и семян на урожайность льна-долгунца» определены критерии оценок климатических условий и осадков, влияющих на величину и качество льнопродукции.

В анализируемых работах даны общие критерии отдельных факторов, влияющих на результаты производства. Нами дана комплексная оценка каждого периода возделывания льна-долгунца для Северо-Западного региона. Считаем, что это необходимо для принятия стратегических и оперативных решений по выбору вариантов уборочных работ.

Состояние климатических условий посевной отразим через комплексный показатель (КП_пос):

КП_пос = _п_в_п_п, (1)

где _п– коэффициент отклонения температуры почвы от среднего значения; _в – коэффициент отклонения температуры воздуха от среднего значения; _п– коэффициент выпадения осадков в период посевной; _п – коэффициент влагонасыщения почвы.

Состояние климатических условий вегетации представим через комплексный показатель климатических условий периода вегетации – коэффициент вегетации (КП_вег):

КП_вег = F_в  О_св, (2)

где F – коэффициент фотосинтетически активной радиации стеблей льна; _в – коэффициент осадков в период вегетации, мм; О_св – коэффициент освещенности в период вегетации, лкс.

Знание параметров комплексной оценки уборочного периода позволит объективно оценить влияние важнейших факторов на ход уборочных работ, разработать необходимые управленческие и технические решения по получению запланированного урожая.

Целью комплексной оценки уборочного периода является объективное прогнозирование урожайности льнопродукции, в соответствии с которой нужно решить ряд задач:

- выбрать технологию уборки льна для конкретных условий;

- разработать организационно-технические мероприятия по сбору выращенного урожая.

Количество солнечных (без осадков) дней оказывает решающее значение на скорость уборки. Объективную оценку влияния солнечных дней можно выразить через коэффициент погодных условий:

, (3)

где К_с – количество дней без осадков; К_кл – календарный срок уборки.

Однако само количество осадков в полной мере не может характеризовать состояние погодных условий, поэтому необходимо ввести показатель фактической интенсивности осадков (И_ос.ф.):

, (4)

где q_ос.ф – количество осадков в период уборки, мм; К_ос – количество дней с осадками.

Показатель фактической интенсивности осадков (И_ос.ф) необходимо сравнить со средним значением этого показателя, полученным расчетным путем за последние 20 лет.

Наличие солнечных дней и интенсивность осадков отражается на состоянии почвы. Она может быть в мягкопластичном или сухом состоянии, что влияет на ход уборочных работ.

Далее необходимо определить среднюю фактическую относительную влажность воздуха в уборочный период:

, (5)

где W_ф – суммарная влажность воздуха, %; n_у – продолжительность уборочного периода, дн.

Знание периода с влажностью воздуха, меньшей равновесной, важно для определения возможной продолжительности вентилирования льновороха и льнотресты с целью подсушки. Если влажность воздуха будет меньше равновесной влажности, то это позволяет сушить льноворох и льнотресту без подогрева воздуха в течение дня, т.е. экономить топливо и электроэнергию.

Состояние влажности воздуха в течение уборочного периода определим по коэффициенту влажности:

, (6)

где , – фактическая и средняя влажности воздуха, %.

Определив среднюю температуру воздуха по периодам уборки и среднюю температуру уборочного периода региона, можем охарактеризовать погодные условия через температурный коэффициент уборочного периода:

. (7)

Среднюю фактическую температуру воздуха определим по формуле:

. (8)

Средняя нормативная температура воздуха t_ср.н уборочного периода определяется по данным за последние 20 лет.

Необходимую температуру подогрева воздуха на каждый день работы сушильщика можно найти из выражения:

t_пгр= t_р – t_ф, (9)

где t_р – температура воздуха при равновесной влажности, С; t_ф – фактическая температура воздуха, С.

Комплексную оценку условий уборки можем выразить уравнением:

. (10)

Знание комплексной оценки уборочного периода позволит руководителю и специалистам правильно спланировать и реализовать необходимые мероприятия по снижению потерь льнопродукции.

На примере двух хозяйств (к-за им. XII годовщины Октября и к-за «Искра» Вологодской области) проведены исследования влияния севооборота на урожайность льноволокна и семян.

Анализируя деятельность этих хозяйств можно сделать вывод, что несмотря на то, что в колхозе «Искра» внесено удобрений больше, из-за отсутствия освоенных севооборотов льноволокна получили на 25%, а льносемян вдвое меньше, чем в колхозе XII годовщины Октября.

В стране наметилась стратегия применения современных комбинированных почвообрабатывающих агрегатов, глубокорыхлителй , дискаторов, блочно-модульных культиваторов, позволяющих обеспечить оптимальные условия для роста и развития льна.

Предпосевная обработка почвы позволяет создать выровненную поверхность поля с мелкокомковатым структурным составом, что позволяет равномерно заделать семена льна на заданную глубину (1,5…3 см) в зависимости от типа почвы.

Учитывая природно-климатические условия Северо-Запада, ввиду избытка влаги в почве, рекомендуется проводить ранней весной обработку почвы дисковыми культиваторами на глубину 7…8 см с последующей предпосевной культивацией (через 10…12 дней) в двух направлениях, в агрегате с зубовыми боронами.

Ресурсосберегающая технология внесения минеральных удобрений под лен-долгунец предусматривает локальное внесение удобрений раздельно от высеваемых семян со смещением от рядков и глубину их заделки на 3…5 см по полной и стартовой дозам, использование комбинированных сеялок с раздельными системами высева семян и удобрений.

Применение технологии обеспечивает экономию минеральных удобрений до 50% при одинаковом и даже более высоком урожае волокна и семян за счет более высокого коэффициента использования азота, фосфора и калия, сохранения всходов растений; снижение эксплуатационных затрат до 45%; уменьшение вредного воздействия ходовых систем агрегатов на почву.

Для получения научно обоснованного планируемого урожая семян и льноволокна необходимо составить баланс выноса питательных веществ и того количества элементов питания, которое восполняют вносимые удобрения.

Величина доз удобрений под планируемый урожай определяется по следующим формулам:

, (11) , (12), (13)

где Д – доза удобрений, кг д.в.; В – вынос питательных веществ, кг д.в.; П_х – содержание подвижных соединений (Р₂О₅ или К₂О) в почве, кг д.в.; к_п – коэффициент использования подвижных питательных веществ (Р₂О₅ или К₂О) из почвы, %; к_у – коэффициент использования питательных веществ из туков, %.

Для производства льнопродукции, отвечающей мировому уровню урожайности нужно добиться урожайности 10…15 ц/га льноволокна и семян 5…6 ц/га. Для этого необходимо внесение минеральных удобрений в условиях, например, ЗАО «Шексна» Шекснинского района не менее 10 ц, в т.ч. 3,1 ц аммиачной селитры, суперфосфата – 3,8 ц, хлористого калия – 2,3 ц, аммофоса – 0,8 ц.

Применение энергосберегающей технологии при посеве обеспечивается, например, сеялкой «Fastliner» с шириной посева 3, 4, 6 м.