ІНСТИТУТ ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

ГУМЕНТИК МИХАЙЛО ЯРОСЛАВОВИЧ

УДК 633.78:632.954

ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ЦИКОРІЮ ТА ЗМЕНШЕННЯ ВТРАТ КОРЕНЕПЛОДІВ ПРИ ЗБИРАННІ

06.01.09. - рослинництво

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня кандидата

сільськогосподарських наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті цукрових буряків УААН протягом 1996-2002 рр.

Науковий керівник | доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник,

КУРИЛО Василь Леонідович, Інститут цукрових буряків УААН, завідувач лабораторії механізації виробництва цукрових буряків та насіння

Офіційні опоненти | доктор сільськогосподарських наук, професор,

ЕРМАНТРАУТ Едуард Рудольфович, Інститут цукрових буряків УААН, завідувач лабораторії математичного моделювання та інформаційних технологій

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник,

КУЗЬМИЧ Володимир Миколайович, Хмельницька державна сільськогосподарська дослідна станція УААН, старший науковий співробітник відділу рослинництва

Провідна установа | Інститут землеробства Української академії аграрних наук, м. Київ

Захист дисертації відбудеться “7” грудня 2004 р. о 14. 00 год.

на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26. 360. 01 при Інституті

цукрових буряків УААН за адресою: 03141, м. Київ, вул. Клінічна, 25.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту цукрових

буряків УААН (другий корпус).

Автореферат розіслано “5” листопада 2004 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сторожик Л. І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Поряд з іншими технічними високорентабельними сільськогосподарськими культурами цикорій є економічно вигідною сировиною для харчової, фармакологічної промисловості та інших галузей виробництва.

В останні роки обсяги виробництва сировини та попит на продукти переробки цикорію як в Україні, так і за її межами постійно збільшуються. Поряд з тим два існуючих вітчизняних заводи, що переробляють цикорій, не на повну потужність забезпечені сировиною. Недостатнє забезпечення пов’язане з недосконалістю технології вирощування, відсутністю комплексу спеціальних технічних засобів для догляду за рослинами й збирання коренеплодів цикорію, наслідком чого є низька рентабельність його виробництва. Існуючі технології й сучасні технічні засоби, що застосовуються при збиранні цикорію, не забезпечують необхідної якості виконання технологічного процесу, що призводить до втрат 20…30маси коренеплодів та значних затрат праці й коштів.

Враховуючи важливе народногосподарське та економічне значення цикоріє-переробної галузі, необхідно збільшити посівні площі цикорію з метою достатнього забезпечення сировиною відповідних галузей. Для виконання даного завдання потрібно застосувати науково-обґрунтовану технологію вирощування цикорію та комплексний підхід до її впровадження, вдосконалити найбільш трудомісткий процес збирання коренеплодів, що забезпечить зниження втрат і пошкодження коренеплодів цикорію під час їх викопування.

У зв’язку з цим підвищення продуктивності, вивчення агрофізичних властивостей та оптимізація параметрів коренеплодів цикорію є актуальною проблемою і основою для розробки нових робочих органів та коренезбиральних машин, що має важливе наукове й практичне значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково- дослідна робота за темою дисертації виконувалася протягом 1996 - 2002 років в Інституті цукрових буряків УААН і була складовою частиною тематичних планів науково-дослідних робіт Інституту цукрових буряків і науково-технічних програм УААН на 1996 - 2000 роки (реєстраційний № 0196V12876) та на 2001-2005 роки (реєстраційний № 0101U001246).

Мета й задачі досліджень. Мета досліджень – підвищити продуктивність і вдосконалити технологічний процес збирання цикорію на основі вивчення, обґрунтування та оптимізації параметрів агрофізичних властивостей коренеплодів.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі задачі:

- встановити параметри розміщення рослин цикорію в рядках залежно від густоти їх насадження;

- визначити урожайність та розмірно-масові характеристики коренеплодів цикорію залежно від густоти і розміщення рослин у рядках;

- удосконалити технологічний процес збирання цикорію, що забезпечить підвищення ефективності застосування технічних засобів під час збирання коренеплодів, зменшення їх втрат і пошкоджень;

- розробити техніко – економічне обґрунтування застосування викопувальних робочих органів відповідно до вихідних вимог, забезпечити необхідну якість збирання та розробити вихідні вимоги на машину для викопування коренеплодів цикорію.

Наукова новизна отриманих результатів. В роботі визначено основні фактори, що впливають на продуктивність і втрати коренеплодів цикорію при механізованому збиранні.

Установлено оптимальні параметри агрофізичних властивостей цикорію, аналітичні залежності між ними та їх вплив на продуктивність і втрати маси коренеплодів під час викопування.

Розроблено методику визначення параметрів коренеплодів.

Обґрунтовано параметри робочих органів для викопування коренеплодів цикорію та розроблено вихідні вимоги на коренезбиральну машину.

За результатами досліджень на спосіб вирощування коренеплодів цикорію і робочі органи отримано 4 патенти України.

Об’єкт досліджень – рослини цикорію та технологічний процес їх збирання.

Предмет досліджень – агрофізичні властивості коренеплодів цикорію, робочі органи для викопування коренеплодів.

Методи досліджень – діалектичний і загальнонаукові методи (аналізу й синтезу, аналогії, абстрагування, фізичного і математичного моделювання); спеціальні агрономічні методи (лабораторний, польовий і виробничий).

Практичне значення отриманих результатів. На основі отриманих результатів досліджень підвищена продуктивність цикорію, удосконалено процес викопування коренеплодів, виготовлено нові робочі органи для підкопування коренеплодів і експериментальні зразки коренепідкопувачів для збирання цикорію.

Результати досліджень використано при розробці вихідних вимог на коренезбиральну машину, які є основою для проведення дослідно-конструкторських робіт та серійного виробництва технічних засобів для збирання цикорію.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто узагальнено результати вітчизняних та зарубіжних досліджень за темою дисертації, вибрано напрям, визначено мету й задачі, розроблено програму й методику досліджень; виконано польові і лабораторні дослідження; проведено обґрунтування теоретичних і експериментальних досліджень та аналіз отриманих результатів на ЕОМ; проаналізовано та узагальнено результати досліджень; за комплексною економічно-енергетичною оцінкою удосконалено процес збирання коренеплодів цикорію.

Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень розглядались на науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів Інституту цукрових буряків УААН в 1998 році ”Наукові основи виробництва цукрових буряків та інших культур бурякової сівозміни в сучасних економічних та екологічних умовах”, Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та спеціалістів “Селекція, насінництво і технологія вирощування цукрових буряків та інших культур бурякової сівозміни” (Київ: ІЦБ, 2001), на науково-технічній конференції ”Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України” (Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2000), Республіканському семінарі “Цукор та цукрозамінники” (Київ: Національний комплекс “Експоцентр України”, 2000), Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у с.-г. виробництві” (Глеваха: ННЦ ”ІМЕСГ”, 2000), Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та спеціалістів “Перспективні шляхи вирішення проблем в сучасному буряківництві” (Київ: ІЦБ, 2003), Науково-методичній раді Інституту цукрових буряків УААН (Київ: 2000, 2003).

Публікації результатів досліджень. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 12 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, 10 з яких у фахових виданнях за переліком ВАК України. На основі результатів досліджень отримано патент України на спосіб вирощування коренеплодів цикорію № 36908 і три патенти України на робочі органи № 30927; 30297; 38568.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків та рекомендацій виробництву, списку використаної літератури й додатків. Дисертація викладена на 152 сторінках комп’ютерного тексту, містить 25 рисунків і 28 таблиць. Список використаної літератури містить 195 найменувань з яких 33 латиницею. Додатки містять окремі результати досліджень, патенти на винаходи та вихідні вимоги на коренезбиральну машину для викопування коренеплодів цикорію.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У першому розділі “Стан досліджень агрофізичних властивостей і технологічних процесів виробництва цикорію” розглянуті основні етапи розвитку досліджень, викладені особливості сучасної технології вирощування і способи збирання коренеплодів цикорію та їх недоліки.

Проаналізовано існуючий стан цикорієвої галузі та визначена важливість використання сировини цикорію в Україні і Європейських країнах як цукрозамінника для виробництва низькокалорійних наповнювачів продуктів харчування, сиропів, фруктози, інуліну та пектину.

Охарактеризовано ботанічні та біологічні особливості цикорію і його значення в культурі землеробства. Наукові дослідження в цьому напрямі проводили вітчизняні вчені: Вільчак В.А., Борін А.А., Городній Н.Г., Трембіцький В.М., Карасьов А.С., Борисюк В.О., Маковецький К.А., Яценко А.О., Манько А.Є., Орлов С.Д., Зуєв М.М., Зуб П.Н., Стельмах В.М., Вергунов В.А., Кузьмич В.М., Миколюк Ю.В., Ткач О.В. та інші. Селекціонерами виведено нові якісні високопродуктивні сорти цикорію, які занесені до Державного реєстру України (Уманський 90, Уманський 95, Уманський 96, Уманський 97, Уманський 99).

Поряд із досягненнями сучасна технологія вирощування цикорію має багато невирішених проблем. Це стосується, перш за все, механізації формування густоти посівів та збирання коренеплодів. Саме тому важливим завданням є удосконалення елементів технології вирощування урожаю та пошук альтернативних шляхів покращання процесу механізованого збирання цикорію.

У другому розділі “Умови і методика досліджень” описано грунтово-кліматичні та технологічні умови проведення польових дослідів. Грунтово-кліматичні умови науково-дослідного відділу Інституту цукрових буряків УААН “Черниші” Васильківського району Київської області характерні для вирощування цикорію. Клімат зони помірний з нестійким зволоженням. Ґрунт – чорнозем типовий малогумусний сильновилужений середньосуглинковий. Вміст гумусу за Тюриним 4,53...4.6 %, рН сольової витяжки 6,5. У вегетаційний період випало за середніми даними 480…550 мм опадів. Сума активних температур повітря (вище 10С) становила 2600…2800? С.

Погодні умови за температурою повітря, кількістю опадів і розподілом їх протягом вегетації цикорію відрізнялися за роками проведення досліджень, але були сприятливими для росту і розвитку рослин.

В дослідах висівали насіння цикорію сорту Уманський 95, Уманський 97 із лабораторною схожістю 89,0…90,5%, висівними апаратами механічної сівалки ССТ-12В, які були обладнані спеціальним пристроєм.

Відповідно до програми досліджень подано методику теоретичних та експериментальних досліджень.

Теоретичні дослідження проводили з використанням елементів теорії ймовірностей та теорії надійності, а експериментальні - із застосуванням методів математичного моделювання та математичної статистики.

В процесі досліджень визначали параметри агрофізичних властивостей цикорію, закономірності розміщення рослин в рядку, вихідні вимоги на робочі органи і макети машин для механізації його збирання.

Польові досліди проводили за загальноприйнятою методикою польових досліджень (Б. А. Доспехов, 1985), ВНІЦ (Київ, 1986), а також за методиками з вивчення умов вирощування та визначення параметрів агрофізичних властивостей сільськогосподарських рослин, досліджень технологічних операцій, якості роботи різних робочих органів і машин, розробленими науково-дослідними інститутами ІЦБ УААН, (Київ, 2003) і ВАСХНІЛ, (Москва, 1991), та ін.

На початку вегетації цикорію формували густоту з прямокутним і діагональним розміщенням рослин та відстанню між ними 15, 20 і 25 см (рис. ).

Рис. . Розміщення рослин цикорію з різними відстанями та площею живлення:

1, 3 і 5 - варіанти з прямокутним розміщенням рослин;

2, 4, і 6- варіанти з діагональним розміщенням рослин.

Під час збирання цикорію визначали біологічну врожайність коренеплодів та параметри агрофізичних властивостей рослин (рис.2). |

Рис. 2. Розмірні параметри коренеплоду і гички цикорію:

lh – висота гички;

lб – довжина листків гички;

lк – технічна довжина коренеплоду;

dк – діаметр у найбільшій товщині коренеплоду;

h – розміщення головки коренеплоду відносно поверхні ґрунту.

Показники товарності коренеплодів цикорію за розмірами визначали залежно від вимог до технологічної придатності для переробної промисловості у зв’язку з механізацією процесу сушки цикорієвої сировини.

За результатами експериментальних і теоретичних досліджень встановлювали основні фактори підвищення продуктивності цикорію та зменшення втрат коренеплодів при збиранні; удосконалювали технологічні процеси та робочі органи машин для вирощування і збирання цикорію.

Статистичний аналіз експериментальних даних проводили за дисперсійним, кореляційним та регресійним методами. Оцінку експериментальних варіаційних рядів проводили шляхом побудови графіків у вигляді точок за експериментальними значеннями і побудови теоретичних функцій розподілу частот перемінної величини. Істинність прийнятих гіпотез визначали за критеріями Стьюдента t, Пірсона ?2, Колмагарова ? на 5% рівні значущості. За результатами дослідження визначено рівняння, які характеризують залежності між перемінними величинами. Визначення найбільш імовірного квантіля параметрів, що вивчалися, проводили за інтегральною функцією розподілу. Для цього за полігонами розподілу будували інтегральні криві. На основі їх аналізу удосконалювали процеси вирощування і збирання цикорію, визначали оптимальні значення параметрів робочих органів машин і діапазону регулювання їх у зв’язку з параметрами коренеплодів цикорію.

За визначеними агротехнічними та техніко–економічними показниками (ГОСТ 23728; і ГОСТ 23740-79), розробляли вихідні вимоги на машину для збирання коренеплодів цикорію (ГОСТ 15001-73).

У третьому розділі ”Оптимізація параметрів агрофізичних властивостей цикорію” подано результати теоретичних і експериментальних досліджень густоти і рівномірності розміщення рослин в рядках, площі живлення, розмірно-масових параметрів та урожайності коренеплодів цикорію, розміщення головок коренеплодів цикорію відносно поверхні ґрунту, відхилення та розміщення коренеплодів відносно осьової лінії рядка, сили зв’язку коренеплодів цикорію з ґрунтом в процесі викопування.

Дослідження показали, що головною причиною низьких урожаїв та високих втрат при збиранні цикорію є неправильно сформована густота насадження з нерівномірним розміщенням рослин на початок збирання. Причиною зрідження і нерівномірності розміщення рослин є недотримання агротехнічних вимог при проведенні основного й передпосівного обробітку ґрунту, сильна забур’яненість полів, недосконалість формування густоти рослин, що негативно впливає на формування листкового апарату і коренеплодів. Розміщення рослин цикорію в рядках, а саме: розмір і рівномірність розподілу інтервалів між ними залежать від норми висіву, розмірних параметрів насіння, його лабораторної схожості,

глибини загортання у ґрунт, природного “випадання” рослин протягом вегетації та від кінцевої густоти рослин на початок збирання (табл. 1., рис. 3).

Таблиця 1.

Розподіл відстаней (%) між рослинами цикорію в рядках залежно від густоти рослин на початок збирання (”Черниші”, науково дослідний відділ, середнє за 1996-2002 роки).

Показник | Густота рослин, тис/га

88,9 | 114,8 | 140,0 | 174,1 | 200,3 | 227,7

Відстань, см 0…10 | 37,5 | 22,6 | 31,7 | 44,7 | 50,4 | 56,1

10…20 | 12,5 | 45,2 | 49,2 | 36,2 | 35,9 | 36,6

20…30 | 18,8 | 29,0 | 15,8 | 14,9 | 11,1 | 7,3

30…40 | 12,5 | 1,6 | 2,2 | 4,2 | 2,6 | -

40…50 | 12,5 | 1,6 | 1,1 | - | - | -

Більше 50 | 6,2 | - | - | - | - | -

Середня відстань, см | 25,0 | 19,4 | 15,9 | 12,8 | 11,1 | 9,8

Коефіцієнт варіації, % | 78,6 | 51,3 | 51,7 | 62,2 | 65,1 | 68,0

Розподіл відстаней між рослинами цикорію на початок збирання має випадковий характер і підпорядковується закону рідких подій Пуассона, за яким значна кількість інтервалів (від 22,6 до 56,1%) знаходиться в межах до 10 см.

У варіантах густоти рослин 88,9 і 227,7 тис/га середня відстань між коренеплодами в рядках становить відповідно 25,0 і 9,8 см з варіюванням інтервалів відповідно 78,6 і 68,0 %, що значно впливає на розмірно-масові параметри коренеплодів.

За результатами експериментальних досліджень визначено вплив густоти насадження, розміщення рослин в рядках на вміст інуліну і урожайність коренеплодів цикорію (табл. 2).

Таблиця 2.

Залежність урожайності і вмісту інуліну в коренеплодах цикорію від густоти рослин на початок збирання (середнє за 1996-2002 роки).

Показник | Густота рослин, тис/га

88,9 | 114,8 | 140,0 | 174,1 | 200,3 | 227,7

Sp , см | 25,0 | 19,4 | 15,9 | 12,8 | 11,1 | 9,8

n, шт/м | 4,0 | 5,2 | 6,3 | 7,8 | 9,0 | 10,3

Vsp, % | 78,6 | 51,3 | 51,7 | 62,2 | 65,1 | 68,0

Площа живлення, см? | 1125,0 | 873,0 | 715,5 | 576,0 | 499,5 | 441,0

Урожайність, т/га

НІР 05 = 2,3 | 35,9 | 43,6 | 45,8 | 43,5 | 40,4 | 37,8

Вміст інуліну, %

НІР05 = 0,4 | 15,1 | 14,7 | 14,1 | 13,9 | 13,7 | 13,4

Примітка. Sp і Vsp - відповідно середня відстань і коефіцієнт варіації відстані між рослинами; n – кількість рослин на 1,0 м рядка.

Рис. 3. Криві розподілу відстаней S між коренеплодами цикорію

на початок збирання: 1 і 2 –експериментальна й вирівняна криві розподілу; С – густота рослин. | Рис. 4. Агрофізичні параметри коренеплодів цикорію та їх урожайність залежно від відстані Sр між рослинами в рядках: Рк, Lк, dк, відповідно маса, довжина, діаметр коренеплодів, С і Ук густота рослин і урожайність коренеплодів (середнє за 1996-2002 роки).

При міжрядді 45 см із збільшенням інтервалів між рослинами в рядках, збільшуються діаметр dк, довжина Lк, маса Рк коренеплодів і площа живлення Sn, а співвідношення сторін прямокутника, (що утворюють площу живлення) К, густота насадження рослин С і урожайність коренеплодів Ук зменшуються (рис. ).

Урожайність коренеплодів цикорію можна визначити за певними агрофізичними параметрами (табл. 3).

Таблиця 3.

Рівняння регресії для визначення агрофізичних параметрів цикорію залежно від відстані між рослинами в рядках на початок збирання.

Показники | Значення коефіцієнтів | Рівняння загального виду:

у= а+вх;

а | в

Рк, г | 281,65 | 4,93 | Рк = 281,65 + 4,93 Sp

dк, мм | 48,405 | 0,779 | dк = 48,405 + 0,779 Sp

Lк, мм | 216,95 | 1,09 | Lк = 216,95 + 1,09 Sp

Sn, см | 0 | 45,0 | Sn = 45,0 Sp

К | 0,0223 | -0,0015 | К=0,0223 Sp

С, тис/га | 2222,84 | -1,0 | С=2222,84 Sp

Ук, т/га | 451,67 | -0,7739 | Ук = 451,67 Sp

Із збільшенням відстані між коренеплодами (від 5 до 45 см) і площі живлення рослин (від 225 до 2025 см?) збільшуються розмірно-масові параметри коренеплодів: діаметр – від 54 до 85 мм (у 1,4 раза), довжина – від 221 до 226 мм (в 1,3 раза), маса – від 300 до 503 г (в 2,3 раза).

При збільшенні відстані між рослинами цикорію в рядках урожайність коренеплодів знижується за рахунок зменшення густоти рослин, а зменшення відстані між рослинами в рядках і площі їх живлення призводить до збільшення кількості некондиційних дрібних коренеплодів. Найбільша урожайність придатних для переробки коренеплодів (43,6...45,8 т/га) формується при густоті рослин в середньому 140 тис/га із зміною в межах 120...160 тис./га.

Продуктивність цикорію і розмірно-масові параметри коренеплодів тісно пов’язані також з площею живлення рослин (табл. 4).

Таблиця 4.

Агрофізичні параметри коренеплодів цикорію залежно від площі живлення (середнє за 1996-2002 роки).

Показник | Квадратна площа живлення, см2

Теоретична густота рослин С, тис/га | 444,4 | 160,0 | 111,1 | 49,4

Маса коренеплоду Рк, г | 321 | 564 | 611 | 724

Урожайність Ук, т/га | 142,7 | 90,2 | 67,9 | 35,7

Діаметр коренеплоду dк, мм | 67,1 | 80,4 | 84,5 | 88,3

Довжина коренеплоду lк, мм | 235 | 275 | 290 | 320

Рис. 5. Розміщення головок коренеплодів відносно поверхні грунту hв залежно від діаметра dк (1- розподіл коренеплодів за діаметром dк). (середнє за 1996-2002 роки). | Рис. 6. Розміщення головок корене-плодів відносно поверхні ґрунту hв,

і Sо – бокового розсіювання корене-плодів залежно від відстані між рослинами в рядках Sр. 2 - розподіл головок коренеплодів відносно поверхні ґрунту (середнє за 1996-2002 роки).

Встановлено, що виступ головок коренеплодів цикорію відносно поверхні ґрунту зростає із збільшенням розмірів коренеплодів (рис. 5) та інтервалів між рослинами в рядках (рис. 6); він описується рівняннями прямої лінії. В середньому виступ головок коренеплодів цикорію відносно поверхні ґрунту становить 19,2 мм при середньому квадратичному відхиленні 13,1 мм і коефіцієнті варіації 68,8%.

Розміщення коренеплодів цикорію відносно умовної осьової лінії рядка узгоджується з нормальним законом розподілу. Зона бокового розсіювання головок коренеплодів знаходиться в межах від 0 до ±40 мм, при цьому в безпосередній близькості від осьової лінії (0 ± 20 мм) розміщувалося до 92,8% головок коренеплодів (рис. 7).

Встановлено, що зусилля витягання коренеплодів цикорію з ґрунту значно залежить від розмірно-масових параметрів коренеплодів (рис. 8), розміщення рослин в рядку (рис. 9) і підпорядковується закону нормального розподілу у межах 45...75 кг. Зв’язок коренеплодів з ґрунтом при викопуванні призводить до відламування хвостової частини і втрат від 1,2 до 14,7% їх маси. |

Рис. 7. Розміщення коре-неплодів цикорію відносно умовної осьовоїлінії рядка (середнє за 1996-2002 роки).

Визначені параметри агрофізичних властивостей рослин цикорію можна використати для забезпечення необхідного технологічно-фракційного складу коренеплодів для оптимальної промислової переробки, розробки стандарту на цикорієву сировину і як вихідні дані для обґрунтування і вибору оптимальних параметрів робочих органів машин для збирання коренеплодів цикорію.

Рис. 8. Залежність зусилля витягання Рв коренеплодів з ґрунту від відстані Sр між рослинами в рядку.

Рис. 9. Розподіл зусилля витягання коренеплодів цикорію з ґрунту (середнє за 1996-2002 роки).

У четвертому розділі ”Розробка агротехнічних вимог до механізованої технології збирання коренеплодів цикорію” наведено результати теоретичних досліджень і польових дослідів з розробки та удосконалення процесу викопування коренеплодів цикорію.

Для збирання коренеплодів цикорію у виробничих умовах, як правило, використовують бурякозбиральні машини типу РКМ – 6; КС – 6Б, МКК – 6-02 та інші модифікації, обладнані викопуючими робочими органами двосторонньої дії -дисковими, вилчастими, лемішковими. Дослідження показали, що після застосування цих робочих органів кількість ушкоджених коренеплодів при викопуванні досягає 40…50%. Пошкоджується, як правило, хвостова частина коренеплодів за рахунок того, що форма й довжина їх дещо інша, ніж у цукрових буряків. В процесі витискання коренеплодів з ґрунту тут більше діє бокове зусилля, яке передається дисками під певним кутом, і викликає його травмування.

Встановлені аналітичні залежності втрат маси коренеплодів цикорію від величини відламування їх хвостової частини (h у межах 20…100 мм) можуть бути використані як вихідні дані для вибору оптимальної глибини ходу викопуючих робочих органів (табл. 5).

Для зменшення втрат і пошкоджень коренеплодів при збиранні теоретично обґрунтовано й розроблено технологічний процес викопування коренеплодів цикорію і робочі органи для його здійснення залежно від довжини коренеплодів lк, діаметра, dк, розташування головок коренеплодів відносно поверхні ґрунту і відхилення їх від умовної осьової лінії рядка і сили зв’язку коренеплодів з ґрунтом.

Визначено параметри захисної зони рослин в рядку та їх вплив на якість викопування коренеплодів цикорію. Ширина захвату викопувальних робочих органів повинна бути в межах 70...100 мм.

Встановлено вплив глибини ходу викопувальних робочих органів на втрати та пошкодження коренеплодів (рис. 10).

Таблиця 5.

Рівняння для апроксимації втрат маси коренеплодів цикорію т залежно від величини відламаної хвостової частини h і діаметра коренеплоду dк.

Показник, h мм | Значення коефіцієнтів | Рівняння загального виду

а | в

20 | 0,0112 | 1,6505

40 | 0,0133 | 1,5292

60 | 0,0158 | 1,4507

80 | 0,0103 | 1,5237

100 | 0,01 | 1,3588

Примітка. ; ; ; ; - рівняння залежності при діаметрі коренеплодів відповідно 50…60; 60…70; 70…80; 80…90; 90…100 мм. |

Рис. 10. Схема визначення глибини ходу (h) - викопуючих робочих органів двосторонньої дії:

А - ширина міжрядь;

1 і 2 – накладна і мірна лінійки ;

3 – земля, що осипалася;

4 - дискові робочі органи;

h – глибина ходу;

Рв – зусилля витягування;

Рб - бокове зусилля.

Таблиця 6.

Втрати маси коренеплодів цикорію залежно від їх розмірів і глибини ходу викопувальних робочих органів (середнє за 1996-2002 роки).

Показник | Діаметр коренеплоду, dк, мм | Середнє при dк=30...110 мм

30…50 | 50…70 | 70…90 | 90…110

Розподіл коренеплодів за діаметром dк,% | 1,6 | 37,6 | 51,2 | 9,6

Маса коренеплодів Рк, г | 116 | 270 | 458 | 679 | 381

Вміст інуліну в коренеплодах, % | 12,2 | 13,9 | 14,1 | 15,6 | 14,0

Довжина коренеплодів lк,

при dxв =10 мм

dxв = 15 мм | 181 | 229 | 255 | 27 | 234

154 | 209 | 238 | 2,57 | 214

Висота виступання hв і глибина

залягання коренеплодів hз

відносно поверхні грунту мм: hв

hз при dxв =10 мм

hз при dxв = 15 мм |

9,0 |

19,0 |

27,0 |

34,0 |

22,3

172 | 210 | 228 | 236 | 212

145 | 190 | 211 | 223 | 192

Втрати коренеплодів (%)

при глибині ходу підрізуючого

ножа , hн, мм 120 |

9,0 |

12,0 |

12,9 |

13,2

150 | 2,5 | 5,4 | 6,2 | 6,4

180 | 0,0 | 1,7 | 2,2 | 2,4

210 | 0,0 | 0,0 | 0,4 | 0,53

Примітка. dxв=10…15 мм – діаметр підрізування хвостової частини коренеплодів; у чисельнику - %; у знаменнику- т/га.

При збиранні коренеплодів цикорію оптимальна глибина ходу викопуючих робочих органів повинна становити 190...210 мм. Втрати маси коренеплодів за таких параметрів не перевищують нормативних вимог і становлять 0,2...1,0%. Оптимальна глибина ходу (h) підкопуючого робочого органа визначає як енергетичні показники застосування робочих органів, так і втрати та пошкодження коренеплодів при їх викопуванні. При виборі глибини ходу викопуючих робочих органів враховано нормативні показники (вихідні вимоги) переробної промисловості до цикорієвої сировини у зв'язку з механізацією процесу різання коренеплодів на частини, що найбільш повно відповідають процесам сушки і обжарювання.

Встановлені залежності між агрофізичними параметрами коренеплодів цикорію та формою поверхні викопувальних робочих органів.

Зроблено аналіз форми і характеру робочої поверхні підйомного пера лапи на ґрунт і коренеплід. Встановлено, що підкопуючий робочий орган з криволінійною формою поверхні підйомного пера-розпушувача у порівнянні з плоскою за рахунок відділення землі від коренеплодів цикорію безпосередньо у процесі їхнього підкопування дозволяє зменшити масу землі, яка поступає на сепаруючі робочі органи на 40%. Це підтверджує теоретичні розрахунки параметрів підкопуючих робочих органів з урахуванням траєкторій руху елементарних частин ґрунту. Застосування таких підкопуючих робочих органів дає можливість при конструюванні коренезбиральних машин обладнати їх менш потужними сепаруючими робочими органами, зменшити забруднення сировини цикорію землею в 1,6 раза, втрати і пошкодження коренеплодів - у 1,3…1,5 раза.

На основі досліджень розроблені вихідні вимоги на машину для збирання коренеплодів цикорію, які розглянуті і схвалені Вченою радою ІЦБ УААН.

Вихідні вимоги можуть бути основою для подальшої розробки машин із більш досконалими робочими органами на стадії проведення дослідно-конструкторських робіт (ДКР) і серійного їх виробництва.

У п’ятому розділі ”Економічна і енергетична ефективність удосконаленого способу збирання коренеплодів цикорію” зроблено узагальнення результатів досліджень, аналіз економічної та енергетичної ефективності процесу викопування коренеплодів.

Значного підвищення ефективності виробництва коренеплодів цикорію можна досягти шляхом удосконалення технологічних процесів вирощування та збирання коренеплодів на основі вивчення та оптимізації параметрів їх агрофізичних властивостей.

Так, оптимізація густоти і рівномірності розміщення рослин дає можливість отримати 43,6...45,8 т/га коренеплодів цикорію, придатних для переробки.

Застосування удосконаленого технологічного процесу викопування коренеплодів дає можливість при незначному збільшені затрат праці скоротити витрати на паливо від 33,2 до 19,5 грн./га. (табл. 7).

Прямі і приведені експлуатаційні витрати коштів при вирощуванні коренеплодів цикорію зменшуються відповідно на 38,7 і 40,9%. Річний економічний ефект від застосування удосконаленого процесу збирання і машини для викопування коренеплодів цикорію становить 16779 грн./га. Крім цього завдяки зменшенню втрат маси коренеплодів цикорію при збиранні, річний економічний ефект від збільшення отриманої продукції становить 1400 грн./га.

Таблиця 7.

Витрати на збирання коренеплодів цикорію.

Показник витрат |

КС-6Б

(базовий

варіант) | Нова машина

+ МТЗ-80 (проект) | ± до базового варіанту

Людська праця, люд. год /га | 0,8 | 0,97 | +0,17

Заробітна плата, грн./га | 1,85 | 2,38 | +0,53

Паливо, грн. /га | 33,2 | 19,5 | -13,7

Прямі експлуатаційні витрати, грн. /га | 141,02 | 91,08 | -49,94

Питомі капіталовкладення, грн. /га | 491 | 266 | -225

Приведені витрати, грн. /га | 214,7 | 126,9 | -87,8

При застосуванні удосконаленого способу збирання коренеплодів цикорію з новими підкопуючими органами, розробленими на основі результатів досліджень агрофізичних властивостей цикорію, енерговитрати на збирання зменшилися на 1,8 МДж/га (табл. 8).

Таблиця 8.

Енергоємність витрат на збирання коренеплодів цикорію, МДж/га.

Показник |

КС – 6 Б

(базовий

варіант) | Нова машина МТЗ-80

(проект) | ±

до базового

варіанту

Біологічна врожайність цикорію, т/га | 33,8 | 33,8 | -

Втрати врожаю, % | 11,8 | 1,0 | -10,8

Фактична врожайність, т/га | 29,8 | 33,7 | +3,9

Потенційна енергія врожаю (2,5 МДж/т) | 74,5 | 84,3 | +9,8

Енергія, що спожита за технологією, МДж | 31,1 | 28,1 | -2,9

в т.ч. на збиранні, МДж | 18,6 | 16,9 | -1,8

Коефіцієнт енергетичної ефективності | 2,4 | 3,0 | +0,6

Коефіцієнт енергетичної ефективності при застосуванні нової машини становив 3,0, що на 0,6 вище проти технології із застосуванням машин для збирання цукрових буряків.

ВИСНОВКИ

В дисертації викладено результати досліджень агрофізичних властивостей цикорію, теоретичне обґрунтування і нове вирішення проблеми удосконалення технології виробництва і збирання цикорію. За результатами досліджень можна зробити наступні висновки.

1. Недосконалість існуючих технологій виробництва цикорію в Україні призводять до значних затрат коштів і неповної реалізації біологічного потенціалу рослин за урожайністю коренеплодів.

Одержані результати досліджень агрофізичних властивостей цикорію є основою для удосконалення технологічних процесів вирощування і збирання коренеплодів цикорію в напрямі підвищення продуктивності рослин, зменшення втрат та основою для розробки вихідних вимог на коренезбиральну машину.

2. Визначено, що розподіл відстаней між рослинами цикорію на початок збирання має випадковий характер і підпорядковується закону рідких подій Пуассона, за яким значна кількість інтервалів (від 22,6 до 56,1%) знаходиться в межах до 10 см. У варіантах густоти рослин 88,9 і 227,7 тис/га середня відстань між коренеплодами в рядках становить відповідно 25,0 і 9,8 см з варіюванням інтервалів відповідно 78,6 і 68,0%, що значно впливає на розмірно-масові параметри коренеплодів цикорію.

3. Із збільшенням відстані між коренеплодами (від 5 до 45 см) і площі живлення рослин (від 225 до 2025 см?) збільшуються розмірно-масові параметри коренеплодів: діаметр – від 54 до 85 мм (у 1,4 раза), довжина – від 221 до 226 мм (в 1,3 раза), маса – від 300 до 503 г (в 2,3 раза). Встановлені аналітичні залежності між розміщенням рослин в рядках і розмірно–масовими параметрами коренеплодів дають можливість підвищити продуктивність, забезпечити одержання необхідного технологічно-фракційного складу коренеплодів для їх промислової переробки, що є основою для розробки стандарту на цикорієву сировину.

4. При збільшенні відстані між рослинами цикорію в рядках урожайність коренеплодів знижується за рахунок зменшення густоти рослин, а зменшення відстані між рослинами в рядках і площі їх живлення призводить до збільшення кількості некондиційних дрібних коренеплодів. Найбільша урожайність придатних для переробки коренеплодів (43,6...45,8 т/га ) одержана при густоті рослин в середньому 140 тис/га із зміною в межах 120...160 тис./га.

5. Виступ головок коренеплодів відносно поверхні ґрунту вище при збільшенні інтервалів між рослинами та розмірів коренеплодів, закономірність змін якого визначається аналітичною залежністю прямої лінії. Середній виступ головок коренеплодів цикорію становить 19,2 мм при середньому квадратичному відхиленні 13,1 мм і коефіцієнті варіації 68,8 %.

6. Розміщення коренеплодів цикорію відносно умовної осьової лінії рядка узгоджується з нормальним законом розподілу. Зона бокового розсіювання головок коренеплодів знаходиться в межах від 0 до ±40 мм, при цьому в безпосередній близькості від осьової лінії (0 ± 20 мм) розміщувалося до 92,8% головок коренеплодів. На величину зони розміщення головок коренеплодів відносно осьової лінії рядка, закономірність зміни якої визначається аналітичною залежністю логарифмічної кривої лінії, значно впливає відстань між рослинами.

7. Зусилля зв’язку коренеплодів цикорію з ґрунтом значно залежить від розмірних параметрів коренеплодів і становить в середньому в межах 45...75 кг. При викопуванні коренеплодів через значну силу зв’язку з ґрунтом за рахунок відламування хвостової частини втрачається до 6,8% маси. Залежність втрат маси коренеплодів за рахунок відламування хвостової частини в межах 20...100 мм апроксимується степеневою функцією.

8. За визначеної оптимальної глибини ходу підкопуючих робочих органів (190…210 мм) втрати коренеплодів не перевищують нормативних вимог і становлять 0,2...1,0%. Застосування запропонованого підкопуючого робочого органа з криволінійною формою поверхні підйомного пера зменшує втрати і пошкодження коренеплодів у 1,3...1,5 раза забрудненість цикорієвої сировини землею – в 1,6 раза.

9. На основі результатів досліджень агрофізичних властивостей рослин цикорію і вдосконалення технологічного процесу збирання розроблені вихідні вимоги з техніко-економічним обґрунтуванням на машину для збирання коренеплодів цикорію, які є основою для проведення дослідно-конструкторських робіт та їх виробництва.

10. Застосування результатів досліджень агрофізичних властивостей цикорію і вдосконалення на їх основі технологічних процесів вирощування та збирання коренеплодів дає можливість знизити прямі експлуатаційні витрати коштів на 38,7% (від 141,0 до 91,0 грн./га), приведені витрати – на 40,9% (від 214,7 до 126,9 грин./га), прямі капіталовкладення – на 45,2% (від 491,0 до 266,0 грн./га), витрати енергії – на 3% (від 31,1 до 28,1 ГДж/га).

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Вирощувати цикорій потрібно при густоті рослин в середньому 140 тис. /га (ширина міжрядь 45 см) з розміщенням 5…7 рослин на одному метрі рядка з відстанню між коренеплодами 15…20 см і варіюванням відстаней між рослинами не більше 50%, що забезпечить високу врожайність культури і якість сировини.

2. Для одержання необхідного технологічно-фракційного складу цикорію для промислової переробки технологічна довжина коренеплодів повинна бути від лінії зрізу листків на верхівці головок до лінії зрізу хвостової частини діаметром 10...15 мм.

3. При викопуванні цикорію глибина ходу підкопуючих робочих органів повинна бути в межах 190...210 мм, ширина захвату робочих органів з криволінійною формою підйомного пера 70...100 мм, що має параметри: ширину передньої (нижньої) частини 30…40 мм, задньої (верхньої) – 70…90 мм; радіус перемінного перерізу 50…75 мм.

4. Згідно з розробленими вихідними вимогами провести дослідно-конструкторські роботи та налагодити серійне виробництво машин для збирання цикорію з рекомендованими під розмірно-масові параметри коренеплодів викопуючими робочими органами.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гументик М. Я. Перспективні робочі органи для викопування цукрових буряків і цикорію кореневого// Зб. наук. пр. ІЦБ УААН. - Київ, 1998.- С. 114-116.

2. Гументик М. Я. Обґрунтування параметрів робочих органів для підкопування коренеплодів цикорію// Зб. наук. пр. ІЦБ УААН. – Київ, 2000. - С. 139-141.

3. Гументик М. Я. Агрофізичні властивості цикорію коренеплідного як основа для обґрунтування технологічних процесів механізації його виробництва і параметрів робочих органів для їх, здійснення// Зб. наук. пр. ІЦБУААН.- Київ, 2000.-С. 245-248.

4. Гументик М. Я. Агрофізичні властивості цикорію коренеплідного як основа для обґрунтування технологічних процесів механізації його виробництва//

Зб. наук. пр. ІМЕСГ УААН. №83. - Глеваха, 2000. - С. 84-88.

5. Гументик М. Я. Особливості цикорію кореневого і агротехніка його вирощування. Зб. наук. пр. ІЦБ УААН. - Київ, 2003. - С. 339-341.

6. Зуєв М. М., Гументик М. Я. Условия уборки коренеплодов цикория //Сахарная свекла. – 2001. - № 9. - С. 25-27.

7. Зуєв М. М., Гументик М. Я. Параметры рабочих органов для уборки цикория

// Сахарная свекла. – 2001. - № 8. - С. 25-27.

8. Зуєв М. М., Гументик М. Я., Миколюк Ю. В. Густота насаждения цикория и его урожай // Сахарная свекла. - 2002. - № 6. - С. 27.

9. Зуєв М. М., Гументик М. Я. Розміщення головок коренеплодів цикорію над поверхнею грунту // Цукрові буряки. – 2002.- № 2.- С. 19.

10. Андрєєв А. О., Гументик М. Я. До питань активного руйнування ґрунтового пласта для потреб технологічного процесу збирання цикорію коренеплідного// Зб. наук. пр. УкрНДІПВТ. Випуск 3(17). - Дослідницьке, 2000. - С. 74-77.

11. Борисюк В. О., Зуєв М. М., Гументик М. Я. Методика визначення глибини ходу викопувальних робочих органів для збирання цикорію // Цукрові буряки.

- 2003. -№ 4.- С.20-21.

12. Зуєв М.М, Курило В.Л., Гументик М.Я. Морфологічні властивості коренеплодів цикорію та ефективність його виробництва // Цукрові буряки.

- 2004.- № 5.- С.14.

13. Пат. 98020905 А, Україна, А01 Д19/02. Кореневикопуючий робочий орган до коренезбиральних машин /Гументик М. Я. Заявл. 29.12.1999; Опубл. 15.11. 2000. Бюл. № 6.

14 Пат. 98063213 А, Україна, А01 Д25/02. Кореневикопуючий орган для збирання цикорію /Гументик М. Я. Заявл. 19.06.1998; Опубл. 15.12. 2000, Бюл, № 7.

15. Пат. 36908 А, Україна, А01С7/00 Спосіб вирощування цикорію коренеплідного /Зуєв М. М, Гументик М. Я., Радейко Б. М. Заявл. 22.02.2000; Опубл. 16.04. 2001, Бюл. № 3.

16. Пат. 38568 А, Україна, А01 В19/02. Робочий орган для міжрядного обробітку ґрунту і боротьби з бур'янами /Гументик М. Я., Пастух А. А., Зуєв М. М., Курило В.Л., Радейко Б. М. Заявл. 26.07.2000; Опубл. 15.05. 2001. Бюл. № 4.

Гументик М.Я. Підвищення продуктивності цикорію та зменшення втрат коренеплодів при збиранні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.09 - рослинництво. – Інститут цукрових буряків УААН, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено питанням підвищення продуктивності цикорію та удосконалення технологічного процесу збирання на основі вивчення та оптимізації агрофізичних властивостей коренеплодів. В ній визначено основні фактори, що впливають на урожайність і якість зібраної сировини. Встановлено аналітичні залежності між розмірно-масовими параметрами коренеплодів цикорію та закономірності розміщення рослин цикорію в рядках залежно від густоти їх насадження, які дозволяють підвищити ефективність вирощування.

На основі результатів досліджень агрофізичних властивостей цикорію розроблено і запропоновано для практичного