автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности машинной технологии улучшения лугов и пастбищ обоснованием параметров и режимов работы лугопастбищной машины

На правах рукописи

Кудрявцев Андрей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ УЛУЧШЕНИЯ ЛУГОВ И ПАСТБИЩ ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛУГОПАСТБИЩНОЙ МАШИНЫ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Воронеж - 2013

005543321

005543321

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА»)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Сафонов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: Труфанов Виктор Васильевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», заведующий кафедрой механизации животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции

Горбачев Иван Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент Российской академии сельскохозяйственных наук, отделение механизации, электрификации и автоматизации Российской академии сельскохозяйственных наук, академик-секретарь

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет -МСХА имени К. А. Тимирязева»

Защита состоится 26 декабря 2013 г. в 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 220.010.04, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» (ФГБОУ ВПО «ВГАУ») по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 13, учебный корпус агроинженерного факультета (корпус № 3), аудитория 319.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГАУ» и на сайте www.agroen.vsau.ru.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г. Ученый секретарь

СА^--

диссертационного совета Д 220.010.04 ^^ Афоничев Дмитрий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение продовольственной независимости России, снабжение населения качественными продуктами питания, повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутреннем и внешнем рынках во многом определяется восстановлением и устойчивым развитием животноводства. Для развития отрасли животноводства в рамках реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы увеличение объемов производства высококачественных кормов является одной из первоочередных задач.

Совершенствование комплекса механизированных работ по улучшению лугов и пастбищ с соблюдением агротехнических и экологических требований является одним из направлений решения задач по производству наиболее дешевых и качественных лугопастбищных кормов. Улучшение природных кормовых угодий на современном этапе можно осуществить только на основе доступных для широкого использования ресурсосберегающих технологий, исключая применение сложных культуртехнических и мелиоративных мероприятий. Используемые в настоящее время технологии и технические средства улучшения природных кормовых угодий не в полной мере обеспечивают выполнение агротехнических и экологических требований. Важной задачей является снижение энергоемкости процесса обработки закочкаренных лугов и пастбищ. Технологический процесс обработки закочкаренных кормовых угодий относится к сложным системам, исследование которого возможно на основе системного подхода путем математического моделирования. Это требует исследования технологических свойств обрабатываемого материала, установление зависимостей деформации и разрушения кочек при взаимодействии с рабочим органом, на основании которых обосновываются технологические параметры и энергетические показатели рабочих органов. Поэтому решение вопросов улучшения природных кормовых угодий, связанных с повышением эффективности работ по уходу за лугами и пастбищами, создание принципиально новых, ресурсосберегающих технических средств, обеспечение требуемого качества работ и снижение энергозатрат на основе научных исследований, указывает на актуальность темы работы.

Цель работы: разработка ресурсосберегающей машинной технологии улучшения закочкаренных лугов и пастбищ за счет обоснования технологических и конструктивных параметров и режимов работы лугопастбищной машины.

Объект исследований. Технологический процесс улучшения закочкаренных кормовых угодий, выполняемый комбинированной машиной.

Предмет исследований. Закономерности процесса деформирования кочек, с учетом ее реологических упруго-вязкопластических свойств.

Методика проведения исследований. Решение поставленных задач проведено с использованием системного анализа и математического моделирования, математической статистики, дифференциального и интегрального исчисления, программирования с применением средств компьютерной техники. Про-

изводственные испытания проведены в соответствии с требованиями государственных стандартов.

Для обработки опытных данных использованы статистические методы и пакет прикладных программ Microsoft Office Excel 2010, MathCAD 11, Компас -3D V13.

Научную новизну составляют:

- математическая модель взаимодействия рабочего органа с кочкой, отличающаяся учетом ее реологических упруго-вязкопластических свойств;

- методика теоретического обоснования технологических и конструктивных параметров устройства для удаления кочек, режимов его работы, отличающаяся использованием установленных технологических свойств кочек;

- аналитические зависимости, характеризующие конструктивные и кинематические параметры работы устройства для удаления кочек, отличающиеся установлением взаимосвязи с показателями качества обработки и энергоемкости технологического процесса.

Практическую значимость представляют:

- экспериментальные исследования в полевых условиях физических и технологических свойств кочек, доплняющие базу данных свойств кочек, с последующим их использованием при проектировании рабочих органов и устройств для удаления кочек;

- рабочий орган устройства для удаления кочек в форме сферического диска с режущим лезвием в виде выпуклой кривой и с фигурными вырезами по кромке, позволяющий одновременно производить срез, измельчение основания кочки и измельчение самой кочки с минимальными энергозатратами;

- способ поверхностного улучшения закочкаренных лугов и пастбищ, обеспечивающий качественную обработку с уменьшением энергетических и материальных затрат на измельчение кочек и подсев семян трав за один проход машины;

- лугопастбищная машина для обработки закочкаренных лугов и пастбищ, позволяющая проводить качественное выполнение технологического процесса, в соответствии с агротехническими требованиями, и обеспечивающая повышение эффективности машиной технологии улучшения кормовых угодий.

Результаты диссертационной работы внедрены в ФГУП учхоз «Сахаро-во», полученный экономический эффект отражен в соответствующем акте.

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке рабочего органа для удаления кочек, реализованы при обосновании конструктивных параметров и режимов работы лугопастбищной машины.

Разработанный и изготовленный опытный образец лугопастбищной машины прошел производственную проверку на пастбище в условиях ФГУП учхоз «Сахарове» ФГБОУ ВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия» (ТГСХА) на общей площади 5 га, что подтверждено актом внедрения.

Апробация работы. Результаты исследований и предложения по их реализации докладывались на научно-практических конференциях в ФБГОУ ВПО

«Тверская ГСХА» (2008-2013 годы), на конференции по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К.), проведенной в рамках XVII региональных Каргинских Чтений (март 2011 г.); на Международной научно-практической конференции «Научные проблемы эффективного использования тягово-транспортных средств в сельском хозяйстве» в ФБГОУ ВПО «МГАУ им. В. П. Горячкина» (февраль 2012 г.), на Международной научно-технической конференции «Система технологий и машин для инновационного развития АПК РОССИИ», посвященной 145-летию со дня рождения основоположника земледельческой механики академика В. П. Горячкина в ГНУ ВИМ (сентябрь 2013 г.), на Международной научно-практической конференции «Горячкинские чтения» в ФГБОУ ВПО «МГАУ им. В. П. Горячкина» (ноябрь 2013 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 работы в материалах международных конференций, получены 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель.

На защиту выносятся:

- математическая модель кочки, с учетом ее реологических упруго-вязкопластических свойств, позволяющая моделировать процесс деформирования при взаимодействии с рабочим органом;

- технологические и конструктивные параметры рабочего органа и устройства для удаления кочек;

- ресурсосберегающий способ улучшения закочкаренных лугов и пастбищ;

- технологические и конструктивные параметры лугопастбищной машины, обеспечивающей повышение эффективности машинной технологии улучшения закочкаренных лугов и пастбищ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Объем диссертации составляет 146 страниц машинописного текста, включая 4 таблицы и 45 рисунков. Список литературы составляет 143 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, показана ее научная и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что восстановление и дальнейшее повышение эффективности лугопастбищного хозяйства является одним из приоритетных направлений деятельности ряда научно-исследовательских и учебных учреждений и производственных предприятий. Вопросам механизации процессов улучшения кормовых угодий, разработке технических средств постоянно уделяет внимание ГНУ ВИМ совместно с зональными НИИ. В решении этих проблем значителен вклад ряда научно-исследовательских и учебных учреждений ВНИИ кормов им. В. Р. Вильямса, ВНИИЖ, ФГБОУ ВПО «МСХА имени К. А. Тимирязева» и других.

В технологиях повышения продуктивности сенокосов и пастбищ наиболее энергоемкими и затратными являются операции удаление кочек и создания травостоя. Обзор опубликованных материалов показывает, что в большинстве работ основное внимание уделено разработке технологий и технических средств для подсева кормовых трав. Вопросы технологий и технических средств подсева семян трав в дернину рассмотрены в работах А. А. Артемьева, И. В. Горбачева, В. М. Дринча, В. П. Косьяненко, Н. Н. Лазарева, О. С. Марченко, А. В. Соколова, В. А. Сысуева, В. А. Тюлина и других. Однако рассмотренные технологии не предусматривают обработку закочкаренных лугов и пастбищ, единичны работы по способам и техническим средствам улучшения таких угодий. Кочки значительно снижают продуктивность лугов и пастбищ и являются существенным препятствием для работы технических средств. Удаление кочек осуществляется различными способами и машинами, которые не обеспечивают выполнение агротехнических и экологических требований. Приведена классификация способов и рабочих органов устройств для уничтожения кочек.

Технологические параметры и энергетические показатели рабочих органов определяют на основе исследований технологических свойств обрабатываемого материала. Технологические свойства почв задерненных и закочкаренных кормовых угодий исследованы в меньшей степени. По этому направлению исследований следует отметить работы А. Д. Далина, Л. С. Амаряна, Я. П. Лобачевского, В. А. Сакуна, В. А. Скотникова, единичны работы по исследованию свойств кочек.

Одной из задач для обоснования параметров и режимов работы рабочих органов является установление закономерностей деформации и разрушения кочки при взаимодействии с рабочим органом.

Среди механических способов удаления кочек следует выделить их измельчение рабочими органами фрезерованием или измельчение резанием лезвием. Известно, что обработка материалов фрезерованием является энергоемким процессом. Вопросы теории резания лезвием рассмотрены в трудах В. П. Горячкина, В. А. Желиговского, Е. С. Босого, Н. Е. Резника, О. А. Сизова, Н. И. Кленина, В. И. Особова и ряда других ученых.

Анализ рабочих органов устройств по уничтожению кочек показал, что предметом дальнейших исследований следует принять ротационные дисковые рабочие органы на вертикальном валу. Поэтому особое внимание при обзоре и анализе работ было уделено вопросу теоретических и расчетных основ режущих аппаратов в форме диска.

Целью исследования на основании проведенного анализа состояния вопроса является разработка ресурсосберегающей машинной технологии улучшения закочкаренных лугов и пастбищ за счет обоснования конструктивно-технологических параметров и режимов работы лугопастбищной машины.

В соответствии с поставленной целью на основе результатов проведенного анализа, сформулированы задачи исследования:

1. Моделирование системы «внешняя среда - кочка - рабочий орган».

2. Математическое моделирование процесса деформирования кочек.

3. Теоретическое обоснование типа и конструктивных параметров рабочего органа и устройства для удаления кочек, режимов его работы.

4. Обоснование способа улучшения закочкаренных лугов и пастбищ, конструктивной схемы и параметров лугопастбищной машины.

5. Выполнение лабораторно-полевых исследований физических и технологических свойств кочек и оценка адекватности разработанной математической модели кочки.

6. Разработка опытного образца и проведение исследований в полевых условиях устройства для удаления кочек.

7. Проведение производственных испытаний экспериментального образца лугопастбищной машины.

8. Оценка экономической эффективности использования лугопастбищной машины при улучшении закочкаренных кормовых угодий.

Во второй главе решение поставленных задач осуществлено при системном подходе путем моделирования сложной системы, к которой следует отнести технологический процесс обработки закочкаренных кормовых угодий. Моделирование процесса функционирования системы «внешняя среда - кочка -машина» осуществлено по блочному принципу. Каждый этап, отражающий процесс функционирования исследуемой системы, оформляется как блок модели системы в виде подсистемы.

Структурная схема модели деформации и разрушения кочки, разработанная с учетом предъявляемых требований, приведена на рис. 1.

Для машинной реализации моделирования подсистемы «рабочий орган - кочка - почва», разработан соответствующий алгоритм.

Моделирование процесса деформирования и разрушения кочки осуществляется на основе математической модели. Построение математической модели процесса деформирования кочки выполнено на основе уравнений, которые устанавливают связь между компонентами напряжений и деформаций с учетом времени процесса взаимодействия рабочего органа с кочкой, то есть с учетом реологических свойств материала. Процесс взаимодействия рабочего органа с кочкой предлагается анализировать, используя реологическую модель состояния кочки, которая учитывает ее упруго-вязкопластические свойства.

Банк нашм*

Рисунок 1 - Структурная схема модели деформации и разрушения коЧек

н.

Анализ состояния по вопросам рас-"Е «V четного определения напряженно-

^ ^Г деформированного состояния кочки, с

_, учетом сформулированных требований к

реологической модели, позволяет принять

Ц_ модель упруго-вязкопластической среды,

у механическая аналогия которой представ-

Рисукок 2 - Схема модели лена на Рис- 2 (Н1 и Н2 - элементы упруго-упруго-вязкогшастической среды сти; ЗУ - элемент пластичности; N - элемент вязкости).

Для упрощения дальнейших записей модель условно разделена на две части: первая часть - элемент Гука, характеризуемый модулем деформации «Е,»; вторая часть - элемент Гука, характеризуемый модулем деформации «Е2»; элемент Ньютона, характеризуемый коэффициентом вязкости «г|»; элемент Сен-Венана, характеризуемый предельным напряжением несущей способности кочки «стт». Структурная форма записи такой механической модели среды имеет вид: Н, — ((Н2—БУ) || И).

где «—» — знак последовательного соединения элементов; « || » — знак параллельного соединения элементов.

Для вывода реологических уравнений модели используются известные математические соотношения записи элементов модели: упругая (модель Гука) — 0 = Е • е; пластическая (модель Сен-Венана) — ст = ат; вязкая (модель Ньютона) - т = где г| - коэффициент вязкости; — - градиент скорости деформации.

Принятая модель упруго-вязкопластической среды для кочки предопределяет возможные режимы ее деформирования: напряжения при взаимодействии рабочего органа с кочкой не превышают предела текучести (а<ат); напряжения при взаимодействии рабочего органа с кочкой превышают предел текучести (а>ат).

Для оценки и анализа используются графики изменения деформации, поэтому введено обозначение критической деформации

Екр = От/ Е2. (1)

Дифференциальные уравнения для указанных двух режимов модели имеют вид

при е2 < Екр осуществляется упруговязкая деформация

= (2)

при е2 > Екр осуществляется упруго-вязкопластическая деформация

Полученные уравнения для решения задачи необходимо дополнить начальными (краевыми) условиями: в общем случае одним условием по напряжениям, одним условием по деформациям. Поведение модели исследовано при нагружении ее во времени по прямой (изменение напряжения с!о / ей = А). Так

при начальных условиях для второго режима (о > о,) получаем реологические уравнения (4), (5), (6),

Для периода времени ^ I < В момент времени I =

АЧ Е,

*т,

(4)

(5)

Для периода времени 1|< I < со.

е(0 = • [£ (г, + - от] + § • (1 - е-(,-,,)/с) (6)

В целом реологические уравнения состояния модели (4), (5), (6) в соответствующие периоды времени позволяют описать процесс деформирования и определить значения деформаций.

Графически выраженное описание напряженно-деформированною состояния кочки указывает (рис. 3), что принятая реологическая модель удовлетворяет предварительно сформулированным требованиям. Так, при постоянном напряжении, меньшем предела текучести- ^формации постепенно . растут до конечного значения;

ВрСМЯ) V

Рисунок 3-График деформирования необратимые деформации яв-

ля юте я пластическими и разви-модели кочки ваются после превышения пре-

дела текучести. Предлагаемая модель удовлетворяет также требованиям математического характера, в том числе, порядок дифференциального уравнения по «ст» и «е» не превышает числа возможных физических краевых условий.

Исследование процесса на основе имитационных моделей, позволило установить, что управление технологическим процессом обработки закочка-ренных кормовых угодий возможно только конструктивными параметрами и режимами работы рабочего органа, которые предопределяют технологические и энергетические показатели процесса.

На основании обзора и анализа материалов научно-технической информации обоснован выбор рабочего органа в форме сферического диска (рис. 4). Форма кромки режущего лезвия и угол наклона режущей кромки лезвия определяется из условия обеспечения режима резания со скольжением.

Рисунок -I - Сферический диск с фигурными вырезами

Режущая кромка лезвия диска выполняется по логарифмической спирали (7). которая характеризуется постоянством угла, образованного касательной с радиусом текущей точки. Это свойство логарифмической спирали позволяет придать лезвию ножа такую форму, при которой угол «а» между касательной в любой точки лезвия и направлением движения сохраняется постоянным и не превосходит по величине угол трения корней растений н почвы на лезвии ножа.

= г • е*со»" (7)

Диаметр сферического диска определяется с учетом линейного размера кочкн в поперечном сечении и расстояния между кочками. Вместе с тем диаметр диска ротора оказывает существенное влияние на кинематические параметры и энергетические показатели. На основании анализа материалов исследований размерной харак1ернстики и расположения кочек, выполненных на лугах и пастбищах, диаметр сферического диска принимается 700 мм.

Высота выпуклой поверхности сферического диска «Н» устанавливается для обеспечения измельчения основания кочки на глубину от поверхности в соответствии с агротехническими требованиями.

Одной из основных задач является снижение энергоемкости процесса измельчения кочек. Поэтому в теоретическом плане рассмотрены вопросы силового взаимодействия рабочего органа и кочки (рис. 5). Процесс резания начинается при углублении лезвия ножа толщиной «Ы> в слой материала кочкн и когда на его режущей кромке возникает контактное напряжение, которое превышает сопротивление материала кочки разрушению.

При взаимодействии (рис.5, б) лезвия ножа 1 и материала кочкн 2 выделены следующие действующие

Рисунок 5 -Обиши вид (а) и схема (б) силового взаимодействия режущего диска с кочкой

силы: Ррг, - сила, необходимая для ре-

зания материала кочки; Я«,, - результирующая сил сопротивления разрушению материала кочки. Сопротивление разрушению материала кочки выражается суммой проекций действующих сил на направление перемещения лезвия ножа.

Чся = Рг + (Мн «М» ^РфК, (8)

где Рг - сила разрушения материала кочки, Н;

К'н ,Кр ,?чф ,РФ - нормальные составляющие сил обжатия материалом кочки, вызванного внедрением в него диска ножа, соответственно, наружной и внутренней поверхностями, фаской лезвия, Н;

Г - коэффициент трения материала кочки по материалу диска.

Сила разрушения материала кочки определяется из выражения

= О, • 5.И (9)

где 01 напряжение разрушающее (предел текучести). Па;

Бр - площадь контакта режущей кромки ножа, м2.

На кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА» разработано устройство для удаления кочек, защищенное патентом на изобретение (патент на изобретение № 2400955 РФ). Устройство включает установленные на рамс роторы на вертикальном валу, рабочие органы которого выполнены в форме сферических дисков, выпуклой поверхностью обращенных к рамс. Конструкция ротора принята такой, чтобы он совмещал в себе функции среза, измельчения основания кочки и измельчения самой кочки одинаковыми рабочими органами. Сферические диски монтируются на валу ротора по высоте с помощью распорных втулок, что позволяет изменять высоту рогора и толщину слоя измельчения для различных типов кочек.

Вертикальные роторы установлены на раме, которая расположена под углом к направлению движения машины таким образом, что образуется перекрытие траекторий «8ц» движения рабочих органов

8„=1/3(Я-г). (10)

Перекрытие траекторий обеспечивает сплошное удаление кочек независимо от того, находится кочка полностью или частично в области действия рэтора.

На основании анализа кинематических параметров ро-

Рнсунок б - Технологическая схема способа улучшения закочкаретптых лугов и пастбтгш

тационного дискового режущего аппарата выполнено обоснование окружной скорости вращения ротора. Для обеспечения качественного резания и разрушения кочки рекомендованы режимы работы устройства для удаления кочек. Выполнен расчет энергетических параметров устройства для удаления кочек, в том числе мощность на привод одного ротора, включающего шесть рабочих органов. Разработан способ улучшения закочкаренных лугов и настоит (рис. 6), который включает следующие операции: измельчение растительных и землистых кочек с одновременным подрезанием и измельчением оснований кочек и дернового слоя на глубину не менее 5 см от поверхности почвы полосой с шириной В до 1.4 м; сепарацию измельченных кочек н дернового слоя до размера не более 5 см; предпосевное выравнивание поверхности; подсев семян трав на глубину Ь=1...1,5 см с одновременным внесением стартовой дозы минеральных удобрений, оставляя при этом не засеянными по краям полосы полоски шириной Ь"10 см; послепосевное прикатывание почвы (заявка на изобретение №2013134756 РФ).

1 - прикатывающий кагок; 2 - посевная секция; 3 - рама; 4 - редукторы; 5 -автосцепка; 6 - диски; 7 - сепарирующее устройство; 8 - опорно-прнводное колесо: 9 - сошник: 10 - карданный вал: 11 - цепная передача;

Рисунок 7 - Конструктивная схема ЛПМ

Предлагаемый способ улучшения закэчкаренных лугов и пастбищ позволяет в ряде случаев вместо приемов коренного улучшения использовать операции поверхностного улучшения триродных кормовых угодий.

На основе анализа технологий и технических средств улучшения природных кормовых угодий обоснованы технологическая и конструктивная схемы лугопаегбищной машины (ЛПМ), способной обеспечивать выполнение исходных требований на машинные технологические операции улуч-

шения лугов и пастбищ. Лугопастбищная машина (рис. 7) разработана на основе устройства для удаления кочек и имеет раму 3, боковая часть которой расположена под углом к направлению движения машины. Для получения фракций измельчения менее 5 см и выравнивания поверхности слоя почвы в конструкции ЛПМ используется сепарирующее устройство 7 и прикатызающий каток 1. Конструкцией лугопастбищной машины для подсева семян траз предусмотрена посевная секция 2. Ширина захвата лугопастбищной машины составляет 1,4 м.

В третьей главе изложены соответствующие программы и методики проведения лабораторно-полевых исследований, полевых опытов и производственных испытаний с последующей обработкой их результатов.

Программой проведения лабораторно-полевых исследований предусмотрено проведение экспериме1гтальных работ в полевых условиях по определению физических и технологических свойств кочек различных видов.

На кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА» были разработаны и изготовлены соответствующие установки для определения усилий: при вертикальном резании кочки ножом без скольжения; при вертикальном резании кочки ножом без скольжения и ступенчатой нагрузке; при горизонтальном сдвиге слоев кочки; при горизонтальном резании кочки ножом без скольжения.

С целью получения значений технологических свойств кочек при динамических нагрузках разработано и изготовлено универсальное устройство (рис. 8) «Устройство для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях» (патгнт на полезную модель № 110836 РФ), позволяющее испытывать кочки различных видов и параметров (высота, диаметр, форма), установить влияние скорссти деформации на сопротивление разрушению кочек, прикладывая усилие в различные участки испытываемого материала.

Полевыми исследованиями осуществлялась проверка работоспособности опытного образца устройства для удаления кочек и лугонастбищной машины, разработанных на основании теоретических исследовании. В результате выполнен анализ влияния конструктивных параметров рабочею органа и режимов работы машины на качественные показатели выполнения операций улучшения пастбищ и показатели энергоемкости на различных типах кочек.

Дтя энергетической оценки устройства для удаления кочек и луго-пастбищной машины в соответствии с действующим стандартом использована измерительная информационная система ИП 264 и электронный тахоспидо-мстр. установленный на тракторе.

Планирование и проведение полевых исследований осуществляется с помощью математического метода планирования экспериментов. Полевые эксперименты проводились в соответствии с программой проведения полнофакторного эксперимента (ПФЭ1 типа 3}.

Производственные испытания проводились для подтверждения результатов, полученных в ходе полевых исследований. Материалы испытаний являются исходными данными для экономической оценки эффективности машинной технологии улучшения кормовых угодий с использованием лугопастбшцной машины.

Обработка результатов исследований осуществляется с использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel 10, MathCADl I : составлением алгоритма расчетов.

В четвертой главе приведены и проанализированы результаты лабора-торно-полевых исследований физических и технологических свойств кочек различных видов, полевого опыта и производственных испытаний опытных образцов устройства для удаления кочек н лугопастбнщной машины.

Анализ показал. >ito на пастбищах основными типами яаляются растительные и землистые кочки. По геометрической форме основан»« кочки имеют овальные формы, встречаются сдвоенные кочки. Средний условный диаметр растительных кочек составляет 335 ± 45 мм, средняя высота данного типа кочек на пастбище составляет 370 ± 35 мм. Землистые кочки характеризуются средним условным диаметром 270 ± 30 мм. Средняя высота землистых кочек составляет 300 ± 27 мм. Густота расположения кочек различных видов в среднем составила 1,7 ± 0,15 шт./м2.

1 - рабочий орган, 2 - вал-маягник, 3 - стрелка; 4 - планшет. 5 - рама; 6 - дополнительные стойки; 7 -пластины. 8 - штыри: Рисунок 8 - Обший вид универсального устройства

Физические свойства растительных н землистых кочек имеют различные значения, но графические зависимости изменения плотности и влажности по слоям кочек указывают на их одинаковый характер.

Исследование технологических свойств кочек осуществлялось при статических и динамических нагрузках. Для исследования деформ»ции кочки при сжатии использована установка, позволяющая определить экспериментально в полевых условиях абсолютную деформацию сжатия кочки при различной нагрузке, а также значения остаточной деформации при снятии нагрузки.

При сжатии кочки в первоначальный период наблюдается пропорциональная линейная зависимость между нагрузкой и деформацией и на диаграмме (рис. 9а) эта часть представляет прямую линию. Кочка до нагрузки предела упругости Ру подвергается лишь упругим деформациям, так как размер кочки по высоте восстанавливается полностью. Значение предела упругости Р, для растительных кочек составляет Р, - 80 Н, а для землистых кочек Ру = 20 Н. Определены показатели механических свойств растительных и землистых кочек, в том числе модуль упругости первого рода К|Р = 23,1 кПа. Е|,к 6 кПа.

♦ 11«

-»- не

Лбсшкоиа эсффшап. им

^Я

Рисунок 9 - График деформации растительных кочек при сжатии С увеличением сжимающего усилия деформация начинает расти быстрее нагрузки и диаграмма имеет криволинейную форму с выпуклсстъю вверх. Далее наблюдается, что при некотором значении сжимающего усилия увеличение деформации замедляется и на диаграмме можно выделить площадку, когда без увеличения нагрузки растет деформация. После перехода за предел пропорциональности появляются заметные деформации, выражающиеся в увеличении диаметра кочки. С увеличением нагрузки более Р, происходит частичное (на 20...40 %) восстановление размера кочки по высоте. На рис. 9а восстановление размера кочки по высоте указано наклонными пунктирными линиями. По мере увеличения площади поперечного сечения кочки для дальнейшей деформации приходится увеличивать на(рузку, кочка сжимается до определенного предела, но явного разрушения не наблюдается. Такой вид диаграммы гри сжатии является типичным для пластичных материалов.

Анализ зависимости абсолютной деформации от нагрузки с учетом значений остаточных деформаций при снятии нагрузки (рис. 9а), а также параметров, характеризующих реологические свойства кочки (рис. 96), подтверждает

правильность разработанной математической модели кочки, которая учитывает ее упруго-вязкопластнческне свойст ва.

Результаты экспериментальных исследований технологических свойств кочек показали, тго наибольшая энергоемкость процесса резания растительных и землистых кочек наблюдается на нижних слоях.

На основании теоретических исследований, обоснования конструктивных параметров рабочих органов устройства для удаления кочек разработана конструкторская документация л изготовлен опытный образец устройства для удаления кочек (рис. 10).

При полевых испытаниях устройства для удаления кочек исследовалось влияние конструктивных параметров и режимов работы рабочих органов на качество выполняемого процесса.

Исследовались следующие параметры устройства:

расстояние между дисками, частота вращения дисков н скорость движения агрегата. Откликами при пров:денни испытаний приняты резмер частиц и греб-нистость, энергоемкость. По результатам полнофакторного эксперимента составлены уравнения регрессии. Полученные регрессионные модели адекватны н воспроизводимы.

На основании полевого опыта установлены значения оптимальных конструктивных и кинематических параметров устройства для удаления кочек: расстояние между сферическими дисками 50 мм, скорость движения агрегата 2,1...2,5 м'с, частота вращения рабочих органов 230...320 мин'1. Установлено, что на качественные показатели процесса с учетом условий функционирования наибольшее влияние оказывают поступательная скорость агрегата и окружная скорость вращения рабочих органов.

Производственные испытания лугопастбищной машины (рис. 11) показали, что при работе обеспечивается качество обработки закочкаренного пастбища в соответствии с агротехническими требованиями: измельчение кочек до фракций размерами менее 5 см, удаление кочек ниже их основания на глубину до 5 см с тщательным измельчением и равномерным разбрасыванием по поверхности. предотвращение сбивания рабочих органов, высев семян и удобрений на заданную глубину.

а - общий вид; б - в ргСоте, I - диски; 2 - сепаратор; 3 - «ток; Рисунок 10 - Устройство для удаления кочек

2 1

1 - диски; 2 - сепаратор. 3 - сошники; 4 - каток; 5 -

бункер посевной секции; б - опорно-приводное колесо;

7 - автосцепка;

Рисунок 11 - Обшнй вид лугопастбищной машины

Работа лугопастбищной машины удовлетворяет агротехническим требованиям улучшения кормовых угодий и обеспечивает снижение энергоемкости процесса на 15...20% по сравнению с используемыми в настоящее время. Производственные испытания лугопастбищной машины подтверждены актом внедрения в ФГУП учхоз «Сахарове» от 16.05.2013 г.

В пятой главе выполнена экономическая оценка в соответствии с ГОСТ Р 53056-2008. Использование лугопастбищной машины для улучшения закоч-каренных лугов и пастбиш позволяет получить годовую экономию совокупных затрат денежных средств в сумме 839,41 руб./га на единицу наработки. Годовой экономический эффект составляет 90402 руб. Экономия затрат труда на единицу наработки составит 0,87 чел-ч/га, топлива - 1,2 кг/га. При значении верхнего предела цены лугопастбищной машины 386,4 тыс. руб. срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составит 1,4 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана реоло~ическая модель состояния кочки, которая учитывает ее упруго-вязкопластические свойства, для анализа процесса взаимодействия рабочего органа с кочкой. Математическое моделирование процесса деформирования кочек с применением предложенной модели позволяет рассчитать величину деформации кочки при различных видах ее нагрузки и определить остаточные пластические деформации.

2. Теоретически обоснованы тип и конструктивные параметры рабочего органа для удаления кочек в форме сферического диска, режущая кромка лезвия которого выполняется по логарифмической спирали. Обоснованы диаметр наружной поверхности, ферма фигурных вырезов и угол наклона лезвия диска из условия обеспечения режима резания со скольжением.

3. Разработано устройство для удаления кочек. Обоснованы конструктивно-технологические и кинематические параметры ротационного дискового режущего аппарата. Рекомендованы режимы работы устройства для обеспечения качественного резания и разрушения кочки. Устройство для удаления кочек защищено патентом (патент на изобретение № 2400955 РФ).

4. Разработан способ улучшения закочкаренных лугов и пастбищ, который позволяет вместо приемов коренного улучшения в ряде случаев использовать операции поверхностного улучшения природных кормовых угодий. Технологические параметры способа отвечают агротехническим требованием и подтверждены при производственных испытаниях.

5. Результаты лабораторно-полевых исследований восполнили сведения о физических и технологических свойствах различного типа кочек. Для исследований технологических свойств кочек при динамических нагрузках использовано разработанное универсальное устройство (патент на полезную модель № 110836 РФ), позволяющее испытывать в полевых условиях кочки различных видов и параметров, установить влияние скорости деформации на сопротивление разрушению кочек.

6. Подтверждена правильность разработанной математической модели кочки, которая учитывает ее упруго-вязкопластические свойства, на основе анализа зависимости деформации кочки от нагрузки при сжатии с учетом значений остаточных деформаций при снятии нагрузки, а также параметров, характеризующих реологические свойства кочки.

7. Рекомендуются по материалам полевых опытов конструктивные параметры устройства для удаления кочек: диаметр диска 700 мм, расстоянием между дисками 50 мм, высота сферической части диска 60 мм, зона перекрытия траекторий движения дисков 10 мм. Оптимальный кинематический режим работы 1,4 при поступательной скорости 2,0 м/с. Исследования опытного образца показали, что при оптимальных конструкторских и кинематических параметрах обеспечивается качественный срез и измельчение кочки и ее основания, а также снижение энергоемкости процесса на 10. ..15 %.

8. Предлагается на основании исследований использовать для поверхностного улучшения кормовых угодий лугопастбищную машину, состоящую из устройства для удаления кочек и посевной секции для полосного подсева трав. Производственные испытания разработанного экспериментального образца лу-гопастбищной машины показали, что при работе обеспечивается качество обработки закочкаренного пастбища в соответствии с агротехническими требованиями и снижение энергозатарат на 15...20 % по сравнению с используемыми в настоящее время.

9. Применение лугопастбищной машины для улучшения лугов и пастбищ позволит обеспечить ресурсосберегающими техническими средствами машинные технологии улучшения закочкаренных кормовых угодий, получать годовой экономический эффект в сумме 90402 руб., снизить затраты труда на 0,87 чел.-ч/га, уменьшить расход топлива на 1,2 кг/га, получать экономию совокупных затрат денежных средств 839,41 руб./га.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Публикации в изданиях, определенных ВАК

1. Кудрявцев, А. В. Кочкорез (измельчитель кочек) [Текст] / А. В. Кудрявцев // Сельский механизатор. -2013.- №9. - С. 21.

2. Кудрявцев A.B. Устройство для определения механической прочности сельскохозяйственных материалов в полевых условиях [Текст] / А. В. Кудрявцев // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. -№ 5. - С. 31-32.

3. Кудрявцев, А. В. Машина для улучшения природных кормовых угодий / А. В. Кудрявцев // Современные проблемы науки и образования: научный интернет-журнал [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http/Avww.science-education.ru. — 2013. № 6.

Патенты

4. Патент на изобретение 2400955 РФ, МПК А 01В 45/00. Устройство для удаления кочек [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев ; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия». -№2009130927/21 ; заявл. 13.08.2009; опубл. 10.10.2010.

5. Патент на полезную модель 110836 РФ, МПК G 01N 3/00. Устройство для исследования механической прочности сельскохозяйственных материалов, в частности кочек, в полевых условиях [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев, В. В. Голубев, А. Н. Юшин, Д. М. Рула ; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия». -№ 2011123849/28 ; заявл. 10.06.2011 ; опубл. 27.11.2011.

Публикации в других изданиях и материалах конференций

6. Кудрявцев, А. В. Выбор рабочих органов машин для уничтожения кочек [Текст] / А. В. Кудрявцев // Современные технологии агропромышленного производства: материалы Международной научно-практической конференции. 4.2. - Тверь: ТГСХА, 2009. - С. 15-16.

7. Кудрявцев, А. В. Кочка на лугах и пастбищах как объект исследования ее физических и технологических свойств [Текст]/ В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев // Современные технологии агропромышленного производства: материалы Международной научно-практической конференции. 4.2. - Тверь: ТГСХА, 2009.-С. 13-14.

8. Кудрявцев, А. В. Параметры рабочего органа для разрушения кочек [Текст] / А. В. Кудрявцев // Инновационные технологии как основа развития аграрного образования и АПК региона: материалы Международной научно -практической конференции. - Тверь: Агросфера, 2010. - С. 43 - 44.

9. Кудрявцев, А. В. Обоснование основных параметров кочкореза [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев // Инновационные технологии как основа развития аграрного образования и АПК региона: материалы Международной научно-практической конференции. - Тверь: ТГСХА, 2010. - С. 44-46.

10. Кудрявцев, А. В. Методика экспериментальных исследований физико-механических свойств кочек [Текст] / А. В. Кудрявцев // Инновационные процессы - основа модели стратегического развития АПК в 21 веке: материалы Международной научно-практической конференции. - Тверь: Тверская ГСХА, 2011.-С. 15-17.

11. Кудрявцев, А. В. Установка для определения физических и технологических свойств кочек [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев // Инновационные процессы - основа модели стратегического развития АПК в 21 веке: материалы Международной научно-практической конференции. - Тверь" Тверская ГСХА, 2011. - С. 13-15.

12. Кудрявцев, А. В. Инновации в производстве кормов на лугах и пастбищах [Текст] / А. В. Кудрявцев // Организация инновационной деятельности в региональном агропромышленном комплексе: материалы научно-практической конференции. - Тверь: СФК-офис, 2011. - С. 277-281.

13. Кудрявцев, А. В. Машинная технология улучшения природных кормовых угодий [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев // Перспективные технические решения в сфере эксплуатации автотранспортных и сельскохозяйственных машин: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Тверь: Тверская ГСХА, 2013. - С. 18-21.

14. Кудрявцев, А. В. Машинная технология улучшения закочкаренных лугов и пастбищ [Текст] / А. В. Кудрявцев, В. В. Сафонов // Система технологий и машин для инновационного развития АПК России: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 145-летию со дня рождения основоположника земледельческой механики академика В.П. Горячкина Ч. 1.-М.: ВИМ, 2013.-С. 307-309.

15. Кудрявцев, А. В. Устройство для измельчения кочек [Текст] / В. В. Сафонов, А. В. Кудрявцев // Система технологий и машин для инновационного развития АПК России: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 145-летию со дня рождения основоположника земледельческой механики академика В.П. Горячкина. Ч. 1. - М ■ ВИМ 2013 - С 304-307.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 220.010.04 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 13, учёному секретарю. Телефон (473) 253-75-35, e-mail: et@agroeng.vsau.ru.

Кудрявцев Андрей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ УЛУЧШЕНИЯ ЛУГОВ И ПАСТБИЩ ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛУГОПАСТБИЩНОЙ МАШИНЫ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 20.11.2013 г. Формат 60х80'/16. Бумага кн.-журн.

Усл. п.л. 1,0. Гарнитура Тайме. Тираж 110 экз. Заказ № 8818. Типография ФГБОУ ВПО ВГАУ 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная

академия»

На рр/вах рукописи

04201454717

Кудрявцев Андрей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ УЛУЧШЕНИЯ ЛУГОВ И ПАСТБИЩ ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛУГОПАСТБИЩНОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент В.В. Сафонов

Тверь-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..............6

1.1 Анализ технологий и технических средств для улучшения природных кормовых угодий...............................................................................6

1.2 Состояние и тенденции развития механизации работ

для луговодства и восстановления пастбищ......................................................14

1.3 Анализ теоретических исследований по разработке технических средств обработки задерненных и закочкаренных кормовых угодий............25

1.4 Выводы, цель и задачи исследования..........................................................32

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................................................33

2.1 Моделирование системы «внешняя среда - кочка - машина»..................33

2.2 Построение математической модели процесса деформирования

кочек......................................................................................................................37

2.3 Теоретическое обоснование конструктивных параметров и

режимов работы устройства для удаления кочек..............................................48

2.3.1 Обоснование типа и конструктивных параметров рабочего органа

для удаления кочек........................................................................48

2.3.2 Энергетические параметрырабочего органа устройства

для удаления кочек........................................................................54

2.3.3 Обоснование конструктивных параметров и режимов работы устройства для удаления кочек...........................................................................56

2.4 Обоснование способа улучшения закочкаренных лугов и

пастбищ и конструктивных параметров лугопастбищной машины............59

2.4.1 Обоснование способа улучшения закочкаренных

лугов и пастбищ............................................................................59

2.4.2 Обоснование технологической и конструктивной схем и параметров лугопастбищной машины....................................................................................61

2.5 Выводы............................................................................................................67

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................................................................................69

3.1. Программа исследований и план эксперимента.........................................69

3.2. Методика экспериментальных исследований............................................71

3.2.1 Методика проведения лабораторно-полевых исследований..................71

3.2.2 Методика проведения полевого опыта......................................................84

3.2.3 Методика проведения производственных испытаний.............................87

3.3. Методика обработки экспериментальных исследований..........................88

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................91

4.1. Результаты и анализ лабораторно-полевых исследований ......................91

4.1.1 Исследование физических свойств кочек.................................................92

4.1.2 Исследование технологических свойств кочек........................................94

4.2 Результаты и анализ полевых исследований рабочего органа устройства для удаления кочек.........................................................99

4.3 Результаты производственных испытаний лугопастбищной

машины.................................................................................................................103

4.4 Выводы...........................................................................................................105

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛУГОПАСТБИЩНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЛУГОВ И

ПАСТБИЩ..........................................................................................................107

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................................................................113

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................115

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................130

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение продовольственной независимости России, снабжение населения качественными продуктами питания, повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутреннем и внешнем рынках во многом определяется восстановлением и устойчивым развитием животноводства. Для развития отрасли животноводства в рамках реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы увеличение объемов производства высококачественных кормов является одной из первоочередных задач.

В современных сложных условиях в сельскохозяйственном производстве, при острой нехватке средств и материальных ресурсов, основным резервом создания прочной кормовой базы является рациональное использование и увеличение продуктивного потенциала природных кормовых угодий, которые служат важной составной частью кормопроизводства. Однако значительные площади природных кормовых угодий, которые являются источником бесплатно возобновляемых кормовых ресурсов, деградируют в результате бессистемного использования и отсутствия надлежащего ухода. Потому сбор кормов с таких угодий снижается, продуктивность пастбищ в последнее время значительно снизилась, травостой изрежен и выбит, поверхность пастбищ покрыта кочками.

Совершенствование комплекса механизированных работ по улучшению лугов и пастбищ с соблюдением агротехнических и экологических требований является одним из направлений решения задач по производству наиболее дешевых и качественных лугопастбищных кормов. Улучшение природных кормовых угодий на современном этапе можно осуществить только на основе доступных для широкого использования ресурсосберегающих технологий, исключая применение энергоемких мелиоративных и сложных культуртехнических мероприятий. Используемые в настоящее время технологии и технические средства улучшения природных кормовых угодий

не обеспечивают выполнение агротехнических и экологических требований. Важной задачей является снижение энергоемкости процесса обработки за-кочкаренных лугов и пастбищ. Технологический процесс обработки закочка-ренных кормовых угодий относится к сложным системам, исследование которых возможно на основе системного подхода путем математического моделирования. Это требует исследования технологических свойств обрабатываемого материала, установление закономерностей деформации и разрушения кочек при взаимодействии с рабочим органом, на основании которых обосновываются технологические параметры и энергетические показатели рабочих органов. Поэтому решение вопросов улучшения природных кормовых угодий, связанных с повышением эффективности работ по уходу за лугами и пастбищами, создание принципиально новых, ресурсосберегающих технических средств, обеспечение требуемого качества работ и снижение энергозатрат на основе научных исследований, указывает на актуальность темы работы.

Работа выполнялась в ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА» согласно научно-исследовательской теме №16: «Разработка организационных, конструкторских, технологических и ремонтных мероприятий, обеспечивающих повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники в рыночных условиях» (№ государственной регистрации 01.2.00704620) на кафедре «Сельскохозяйственные машины» по плану НИОКР в рамках задания 09.01.02: «Разработка и внедрение технических устройств для повышения эффективности процессов обработки почвы и посева мелкосеменных культур».

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Анализ технологий и технических средств для улучшения природных кормовых угодий

Природные кормовые угодья России /56/ занимают 92,1 млн. га, что составляет 5,3 % от всей площади земельного фонда России (1709,8 млн. га). В структуре природных кормовых угодий выделяют сенокосы (сельскохозяйственные угодья, систематически используемые для заготовки сена), площадь которых составляет 24,0 млн. га, и пастбища (сельскохозяйственные угодья, систематически используемые для выпаса животных), их площадь — 68,1 млн. га. Для Центрального района Нечерноземной зоны РФ одним из основных источников производства высококачественных кормов для животноводства являются сенокосы и пастбища /47/, площадь которых составляет 5,6 млн. га.

Восстановление и дальнейшее повышение эффективности лугопаст-бищного хозяйства является одним из приоритетных направлений деятельности ряда научно-исследовательских, учебных учреждений и предприятий. Обзор и анализ материалов научно-производственной информации показал, что в решении этих проблем значителен вклад ВНИИ кормов им. В.Р. Виль-ямса, ВНИИ механизации сельского хозяйства (ВИМ), ВНИИЖ, ВНИИ агролесомелиорации, МСХА им. К. А. Тимирязева, Северо-Западного НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства, Сибирского НИИ кормов, ЗНИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого и других.

По материалам ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса /69/ луговодство имеет обширный арсенал разнообразных технологий восстановления и повышения производства кормов на сенокосах и пастбищах. Различают девять систем ведения сенокосно-пастбищного хозяйства: примитивная, техногенная, минеральная, техногенно-минеральная, органическая, техногенно-органическая, комбинированная, интегральная и биологическая.

В настоящее время научно обоснованы приемы управления составом естественных и сеяных травостоев, выбор поверхностных способов улучше-

ния угодий с учетом реакции основных видов растений на агротехнические приемы, разработаны рекомендации /2, 5, 34, 51, 52, 53, 70, 83, 85, 105, 114, 118, 121, 123/ для улучшения выродившихся естественных и старосеяных травостоев, технологии их коренного улучшения для различных типов лугов, разработаны способы и приемы подсева трав в дернину природных и старосеяных травостоев, обеспечивающие значительное повышение продуктивности и качества корма.

Вопросы повышения продуктивности природных кормовых угодий рассмотрены в работах И.В. Горбачева /26, 54/, А.Г. Кобзина /46, 47/, A.A. Кутузовой /68, 69, 70/, О.С. Марченко/77,79/ , A.B. Соколова /113/, В.А. Тюлина /122, 123/, Е.П. Яцука /135/ и ряда других ученых.

Вместе с тем недостаточны исследования по конструированию высокопродуктивных агроэкосистем и агрофитоценозов, в том числе на мелиорированных сельскохозяйственных угодьях и при восстановлении продуктивности деградированных пастбищ; отсутствуют системы управления агро-ландшафтами и их конструирования с учетом региональных, зональных природных и экономических факторов; требует усовершенствования система семеноводства кормовых трав; недостаточно ведется работ по созданию для различных зон страны климатически и экологически дифференцированных сортов и гибридов кормовых культур.

Повышение продуктивности природных кормовых угодий требует проведения комплекса работ систем коренного и поверхностного улучшения лугов и пастбищ.

Коренное улучшение природных кормовых угодий предусматривает комплекс культуртехнических и мелиоративных мероприятий по преобразованию угодий в сеяные луга сенокосного и пастбищного назначения, в частности проведение работ по осушению переувлажненных земель, удалению древесно-кустарниковой растительности, уборке камней, обработке почвы, внесению удобрений и посеве трав с целью создания высокопродуктивных травостоев.

Поверхностное улучшение кормовых угодий осуществляется с целью улучшения условий произрастания луговых трав, при этом дернина сохраняется полностью или частично. Проводят комплекс мероприятий, включающий отвод поверхностно застаивающейся воды, уничтожение кустарниковой и древесной растительности, а также кочек и сорняков, уборку мусора, подсев семян кормовых трав, подкормку травостоя, аэрацию.

Коренное или поверхностное улучшение проводят в зависимости от состояния природных кормовых угодий. Обязательным условием выбора приемов улучшения природных угодий является бережное отношение к почве и другим природным богатствам, предусматривающее исключение нарушения полезного соотношения между растительностью и окружающей средой.

При обзоре опубликованных материалов особое внимание было уделено вопросам восстановления и улучшения пастбищ. Так при пастбищном содержании поголовья дойных /47/ коров удельные затраты на пастбищный корм в 2 раза меньше, чем при стойловом типе кормления, расход горючего снижается почти в 7 раз, затраты труда механизаторов — в 2 раза.

В настоящее время с целью гарантированного получения эффекта, учитывая значительное многообразие природно-климатических условий даже в пределах одного региона (почва, рельеф, климат, гидрологические условия и др.), технологии восстановления и улучшения пастбищ должны быть адаптированы к природным условиям зоны, типу и организационно-экономическим условиям хозяйства. Только за счет доступных технологий можно обеспечить рост продуктивности кормовых угодий.

Обзор и анализ опубликованных материалов показывает, что приемы и операции системы поверхностного улучшения природных кормовых угодий по назначению можно объединить в следующие группы: 1) культуртех-нические работы; 2) уничтожение кочек; 3) улучшение водного режима; 4) улучшение воздушного режима; 5) внесение удобрений; 6) подсев трав и омоложение травостоя.

Структурная схема системы поверхностного улучшения пастбищ показана на рисунке 1.1.

культуртехнические _

работы

уничтожение кочек

улучшение водного режима

улучшение воздушного режима

внесение удобрений

подсев трав

Рисунок 1.1- Структурная схема системы поверхностного улучшения лугов и пастбищ

Кормовые угодья предварительно обследуют в почвенном, ботаническом и гидротехническом отношениях и затем осуществляют выбор способа улучшения с наименьшими затратам труда и средств на его проведение.

В системе поверхностного улучшения лугов и пастбищ при выполнении культуртехнических работ /128/ предусматривается очистка угодий от кустарника и мусора, борьба с сорными растениями и старикой (прошлогодние стебли). На сенокосах и пастбищах для борьбы с сорными растениями применяют профилактические (скашивание сорняков до осеменения) и истребительные способы, используя химические и механические методы. Способ выбирают в зависимости от степени засоренности пастбища. При малом количестве сорных растений можно ограничиться очищающим кошением ротационными косилками, которые имеют низкий срез и надежно удаляют остатки стеблей, затрудняющие высев семян в дернину. При большом количестве трудноудаляемых сорняков их уничтожают гербицидами с помощью

опрыскивателей с распределительным устройством, которые используются в растениеводстве.

Для улучшения водного режима осуществляют отвод избыточных вод, применяя дренаж или щели. Кротовый дренаж или щели хорошо регулируют водный режим и повышают аэрацию почвы /105/. В дождливые периоды вода из увлажненных верхних слоев отводится в нижние слои. В засушливые периоды влажность верхних слоев повышается за счет циркуляции воздуха и конденсации водяных паров в дренах или щелях.

С целью улучшения режима питания растений осуществляют подкормку трав, путем внесения органических и минеральных удобрений.

Следует отметить, что часть операций технологического процесса поверхностного улучшения лугов и пастбищ может проводиться одновременно, применяя комбинированные лугопастбищные машины.

В технологиях повышения продуктивности сенокосов и пастбищ наиболее энергоемкими и затратными являются операции уничтожения кочек и создания травостоя. Поэтому в значительном количестве опубликованных работ вопросам посева и подсева кормовых трав в дернину при минимальной ее обработке уделено основное внимание. Такой эффективный способ ускоренного залужения методом прямого посева получил распространение в отечественной практике и во многих странах (Франции, Ирландии, США, Новой Зеландии и других).

Технологический процесс улучшения пастбищ подсевом семян трав в дернину включает следующие операции: образование в дернине полос или щелей, внесение удобрений, посев трав и прикатывание.

Анализ научно-технической информации показывает, что отечественные и зарубежные технологии прямого посева семян трав имеют принципиальное сходство и отличаются проведением операций внесения удобрений и гербицидов. Вопросы технологий и технических средств подсева семян трав в дернину рассмотрены в работах A.A. Артемьева /5/, В.М. Дринча /32/, В.П. Косьяненко /57/, О.С. Марченко /78/, A.B. Соколова /113/, В.А. Сысуева

II

1

/118/, М.М. Хисматуллина /128/ и других.

В СибИМЭ /57/ разработана технология ускоренного улучшения лу-гопастбищных угодий. Отличительной особенность�