автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности заготовки кормов из подвяленных трав путем формирования адаптивных технологий и комплексов технических средств

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ состояния кормопроизводства в условиях Вологодской области ( на примере Вологодского района).

1.2. Состояние и тенденции развития технологий заготовки кормов из провяленных трав.

1.3 Анализ методов проектирования технологий и комплексов технических средств для заготовки кормов из трав.

1.4. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ФОРМАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ЗАГОТОВКИ КОРМОВ ИЗ ТРАВ.

2.1 .Многоуровневая математическая модель заготовки кормов. Структура модели.

2.1.1. Математические модели отдельных процессов при заготовке кормов (модели 4-го уровня).

2.1.2. Модели технологий заготовки кормов из трав модели третьего уровня).

2.1.3. Анализ процесса провяливания травы.

2.1.4. Модели взаимодействия уборочных и транспортных машин в технологиях заготовки кормов.

2.1.5. Обоснование показателей технологических операций заготовки кормов из подвяленных трав.

2.2. Сравнительная оценка эффективности машин кормопроизводства.

2.3. Обоснование критериев оценки технологий.

2.4 Обоснование взаимосвязи процессов при заготовке кормов из трав.

2.5. Оценка влияния вида кормов из трав на продуктивность животных.Л.

2.6. Проблемы выбора структуры кормов из трав.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ КОРМОПРОИЗВОДСТВА В ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ И ОБОСНОВАНИЕ ТИПОВЫХ ХОЗЯЙСТВ.

3.1. Статистический анализ погодных условий в период заготовки кормов.

3.2. Анализ структуры посевных площадей трав в Вологодской Области.

ГЛАВА 4. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЗАГОТОВКИ ПОДВЯЛЕННЫХ КОРМОВ.

4.1. Оценка эффективности кормоуборочных машин.

4.2. Оценка эффективности использования транспортных средств при заготовке кормов из подвяленных трав.

4.3. Определение структуры кормов из трав.

4.4 Проектирование оптимальных технологий заготовки кормов из подвяленных трав.

ГЛАВА5. КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ

СРЕДСТВ ПРИ ЗАГОТОВКЕ КОРМОВ.

5.1. Основы комбинированного метода.

5.2. Экспертная оценка технологий и технических средств заготовки кормов.,.,.

5.3. Результаты обработки опросных листов.

Кормопроизводство и животноводство являются важнейшими отраслями агропромышленного комплекса Северо- Запада России, темпы и научно-технический уровень которых во многом определяют эффективность функционирования сельского хозяйства и конкурентоспособность его продукции.

Кормопроизводство наиболее энергоемкая и затратная отрасль растениеводства; Кормовой клин России составляет почти 80% всех сельскохозяйственных угодий. В Северо-Западной зоне под кормовыми культурами занято около 70% площадей. Значимость кормопроизводства сводится не только к обеспечению животноводства кормами, но и к решению проблем по биологизации земледелия, сот хранению плодородия почвы, охране окружающей среды.

Однако, производство кормов за последние годы резко сократилось. Если заготовка грубых и сочных кормов в России в среднем за 1986-1990 гг. составляла 79,0 млн. т к.е., то за 1991-1995 гг. - 53,3 млн. т к.е. При этом качество кормов остается низким. В результате увеличился расход кормов на единицу животноводческой продукции: по молоку с 1,4-1,5 до 1,7 к.е. на 1 л.; по приросту живой массы КРС с 13-15 до 18,9; свиней с 8,9 до 12,5 к.Е. [7].

В условиях ограниченных финансовых ресурсов стабилизирующим фактором кормопроизводства и биологизации земледелия является полевое травосеяние. Суммарные затраты на возделывание и уборку бобовых трав и их травосмесей составляют 14-15 Гдж/га, что в 1,5 раза ниже чем по зерновым и в 2,5-3,0 раза ниже по сравнению с кормовыми корнеплодами и кукурузой. Окупаемость затрат энергии или коэффициент энергетической эффективности по травам находится на уровне 4:5; по зерновым культурам - 2,5:3,0; корнеплодам - 1,5:2,0 [7].

Наиболее затратной, определяющей качество корма и уровень сохранения питательных веществ в полученных кормах, является уборка урожая трав.

Совершенствование процессов заготовки кормов из трав является наиболее актуальной проблемой кормопроизводства.

На практике используются три основных способа консервации питательных веществ в кормах.

Это - сушка до влажности 18% и ниже (сено); консервация в кислой среде, образующей в результате деятельности микроорганизмов в герметических, исключающих доступ кислорода условиях или внесения химконсервантов (силос); приготовление сенажа из провяленного до влажности 55% и ниже растительного сырья с последующей герметизацией кормов. При этом способе заготовки жизнедеятельность микроорганизмов прекращается из-за отсутствия кислоро

Разработано большое количество технологий и технологических приемов заготовки основных видов кормов из трав. Отечественной и зарубежной промышленностью выпускается множество техники, обеспечивающей практически полную механизацию всех технологических операций.

Однако научное обоснование их использования, как правило, выполнено недостаточно полно, что сказывается на эффективности технологий при их использовании в конкретных условиях.

Таким образом, формирование технологий и комплексов технических средств, адаптивных к природно-климатическим и экономическим условиям является одной из основных проблем кормопроизводства, решение которой позволит снизить себестоимость энергетической единицы корма, повысить его качество и повысить эффективность животноводства.

Процесс заготовки кормов представляет собой сложную систему взаимодействия человека, как оператора машин, природы, техи т-ч и нологий и техники. В свою очередь природные воздействия характеризуются биологической средой - растениямк и микроорганизмами, погодными условиями и почвой. Большинство факторов, влияющих на процесс заготовки кормов, имеют вероятностный характер. Управление процессом заготовки кормов требует оперативной обработки большого объема информации, расчета и сопоставления различных технологических вариантов, эффективность которых зависит от условий их реализации.

Поэтому разработка методов проектирования адаптивных технологий заготовки кормов из трав, а также обоснование критериев оценок их функционирования обеспечит повышение эффективности технологий и технических средств за счет их адаптированности к конкретным условиям хозяйства или региона.

Отмеченное позволяет ставить проблему проектирования адаптивных технологий и машин, а так же принятия управленческих решений, обеспечивающих максимальный сбор биологического урожая трав и его консервацию с наименьшими издержками средств, энергии и труда для конкретных природно-климатических и экономических условий с учетом вероятностной оценки погодных условий, как одну из важнейших народнохозяйственных задач. Решение этой задачи с использованием современных методов и технических средств позволит проектировать технологии, адаптированные к конкретным условиям, а также обеспечить специалиста оперативной информацией для применения управленческих решений при изменении условий в ходе реализации технологий.

Решению теоретических и методических проблем принятия решений в кормопроизводстве, а так же проектирования адаптивных технологий заготовки кормов из подвяленных трав, повышающих их эффективность, и посвящено данное исследование.

В диссертации решены вопросы принятия управленческих решений, проектирования технологий и выбора оптимальных технических Средств при ограниченной априорной информации и изменяющихся условиях работы, адаптированных к природно-климатическим и экономическим условиям их функционирования, имеющих наибольшую ресурсо- и энерго-экономичность. Оценка качества функционирования технологий и технических средств основана на принципах многокритериальной оптимизации, при этом критерий оптимизации является векторной величиной, образуемой осями критериев: минимальные затраты энергии, труда, наименьшие потери корма и удельная металлоемкость, максимальная производительность.

Работа велась в соответствии с региональной научно-технической программой 5Р (1991-1995 гг.) и 8Р:

Разработать научные основы развития системы технологического обеспечения сельскохозяйственного производства, создания машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики", являющейся составной частью Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 1996-2000 гг., выполняемой по заказу Минсельхозпрода! РФ.

Тема диссертации утверждена Ученым советом СЗ НИИМЭСХ и соответствует тематическим планам института.

Результаты выполненной научно-исследовательской работы доведены до стадии пригодной для широкого практического применения. На основе предложенных моделей и методов разработаны компьютерные программы и автоматизированные системы, позволяющее решать как прогнозные (плановые) задачи, так и задачи oneратйвного управления, при изменении условий уборки. Предложенные методы и модели позволяют на стадии проектирования технологий проанализировать возможности адаптации технологий и определить основные управляющие факторы, возможные границы изменения показателей при их практической реализации в условиях хозяйства или региона, а также оценить влияние изменения параметров машины на показатели работы всей технологии.

ОСНОВНЫЕ выводы и ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. В качестве математической модели заготовки кормов из подвяленных трав предлагается использовать стуктурно-парамет-рическую модель, имеющую трехуровневую структуру. На первом уровне — модели технологических вариантов, на втором - технологических операций, на третьем - модели процессов в кормах на уровне физико-механических и биологических изменений.

2. В результате теоретических исследований получены математические зависимости для основных составляющих многоуровневой модели заготовки кормов из подвяленных трав. Обоснованы основные показатели технологических операций. В качестве критериев сравнительной оценки технологических процессов целесообразно использовать обобщенные критерии удельных энергозатрат и стоимости единицы корма.

3- Выполнен анализ влияния кормов из трав на продуктивность животных по надоям и привесам на откорме. Анализ полученных зависимостей показал, что корма из подвяленных трав конкурируют с сеном и могут его заменять без потери продуктивности животных. На основании проведенных исследований разработана экономико-математическая модель расчета оптимальной структуры кормов в зависимости от прогнозируемой их рыночной стоимости.

4. На основании статистического анализа погодных условий Вологодской области в период заготовки кормов доказано, что по погодным условиям вероятность заготовки качественного сена без увлажнения осадками составляет 0.38. При заготовке кормов из подвяленных трав вероятность получения качественных кормов составляет 0.72.

5. Проведенный анализ сравнительной эффективности кормо-уборочных машин на заготовке кормов из подвяленных трав показал,

ЧТО в условиях Вологодской области показал, что наиболее эффективными машинами являются:

- на скашивании трав КПС-5Г, Е-302, КПРН-3;

- на подборе валков с измельчением ЯСК-170, Е-281, КСК-100, КПКУ-75;

- на транспортировке травы — на радиусе перевозки до 5 км и урожайности травы до 15 т/га ГАЗ-53Л ПСЕ-12,5; при радиусе перевозки свыше 5 км, и урожае травы более 15 т/га целесообразно использовать большегрузные автомобили КАМАЗ, МАЗ и тракторные прицепы ПИМ-400.

6. Выполненные расчеты по анализу структуры кормов из трав показывают, что в зависимости от прогнозируемой их рыночной стоимости рациональное количество сена может изменяться в широких пределах без ухудшения питательных свойств всего объема кормов.

7. Компьютерное проектирование вариантов технологий заготовки кормов из подвяленных трав для различных объемов уборки показал, что данная задача является мкоговариантной и имеет оптимальное решение, при котором на 5-15% сокращаются энергозатраты на тонну заготовленного корма.

8. Комбинированный анализ методом экспертных оценок технологий заготовки кормов в хозяйствах Вологодской области подтвердил основные направления в использовании технологий заготовки кормов из подвяленных трав, а также выбранные расчетным путем оптимальные технические средства.

9. Расчетная экономическая эффективность от использования предлагаемых мероприятий составляет 357,9 рублей на тонну заготовленного корма из подвяленных трав и достигается за счет снижения потерь, оптимальной структуры кормов и технологий уборки.

1. Айзерман М.А., Алескеров Ф.Т. Выбор вариантов: основы теории. М.: Наука, гл.ред.физ.мат.лит., 1990. - 240 с.

2. Биологическая оценка сельскохозяйственных технологий и пути экономии энергии: Методические рекомендации. М.: ВАСХНИЛ, 1983.

3. Бледных В., Михайлов Ю. Оптимальный период заготовки сена //Экономика сельского хозяйства. 1973. - N 12.

4. Валге A.M., Фрыгин Л.В. Анализ эффективности использования транспортных средств при заготовке кормов из подвяленных трав. Сборник научных трудов фак та механизации ВГМХА им. Верещагина, вып.1, Вологда -Молочное 2001.

5. Веселов A.B. и др. Питательная ценность и пути высокоэффективного использования хозяйствами Ленинградской области кормов заготовки 1990 года. Л., ЛО ВА. НТО, 1991. - 30 с.

6. Володин Г.И. Сравнительный анализ заготовки грубых кормов //Сборник научных трудов ЦНИИМЭСХ "Механизация процессов заготовки и переработки кормов". Минск, 1986. - с.38.42.

7. Долгов И.А:, Большаков СИ., Тимофеев A.B. Статистическое моделирование технологических процессов кормопроизводства //Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1975.N 5.

8. Еникеев В.Г. Критерии и методы оценки технической оснащенности растениеводства и качества работы агрегатов с учетом вероятностной природы условий их функционирования. Дисс. на соискание уч. степени докт. техн. наук. Л.: ЛСХИ, 1983. - 421 с.

9. Еникеев В.Г. Формализация процедур оценки качества технической оснащенности сельскохозяйственного производства. Труды ЛСХИ. Л., 1980. - Т.397. - С.34.36.

10. Заготовка и приготовление кормов в Нечерноземье: Справочник (В.С.Сечкин, Л.А.Сулима, В.П.Бенов и др.) Л.: Агропромиздат, 1988. - 480 с.

11. Зафрен С.В.Технология приготовления кормов. -М.: Колос, 1977.

12. Ивашев-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М. Наука, 1979. -256 с.

13. Иофинов С.А., Шкрабак B.C. Агроинженерия и проблемы земледелия. Л., С-ПбГАУ, 1996. - 89 с.

14. Каджюлис Л.Ю. Выращивание многолетних трав на корм. Л,: Колос, 1977.

15. Каштанов А.Н. и др. Основы ландшафтного экологического земледелия. М.: Колос, 1994. - 127 с.

16. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства России на 1995 год и на период до 2000 года. М., РАСХНИЛ, 1992.

17. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Нечерноземной зоны

18. России на 1995 год и период до 2000 года. С-Пб, ОНЗ РАСХН, 1993.- 200 с.

19. Зинченко Л.И., Крылов В.М., Толстой А.И. Полноценное кормление коров. Л.: Агропромиздат, Ленинградское отделение, 1987. - 159 с.

20. Лебедев А.Н. Климат СССР. Вып.1.- Л.: Гидрометеоиздат, 1958.

21. Лебедев А.Н. Моделирование в Научно-технических исследованиях. М,: Радио и связь, 1989. - 224 с.

22. Летунов И.И. Организационно-экономические проблемы повышения устойчивости кормовой базы животноводства Российского Нечерноземья. М,: Колос, 1993. - 51 с.

23. Летунов И.И. Экономические и организационно-технические аспекты повышения устойчивости и эффективности кормопроизводства в Нечерноземной зоне Российской Федерации. С-Пб, СПГАУ, ОНЗ РАСХН, МП "ПиПП", 1994.

24. Липкович Э.И. Аполитические основы системы машин. Ростов: Кн.изд-во, 1983. - 112 с.

25. Липкович Э.И. Элементно-агрегатная база: концепции и методические основы разработки //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 1996. N 4. - с. 4.7.

26. Маевский Э., Бондарев В. Недоброкачественные корма разорительны.: Газета "Земля и люди", 1996. - N 24. - с.З.

27. Математика и кибернетика в экономике. Словарь-справочник. Изд.2. М.: Экономика, 1975. - 700 с.

28. Методика полевых опытов по провяливанию и сушке трав на сено и сенаж. М., РАСХН, ВАК, 1994. - 12 с.

29. Методические и нормативно-технологические основы формирования кормовой базы животноводства. Методические пособия. -М., 1994.-214 с.

30. Михайлов O.E. Определение оптимального уровня насыщенно1. U U С» U Асти уборочной техникой сельскохозяйственных предприятий. Авто-реф- на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Челябинск, 1976.

31. Никифоров А.Н. и др. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. М., РАСХН, 1995 г.

32. Нормативная продолжительность механизированных полевых сельскохозяйственных работ. М., ВИМ, 1988. - 12 с.

33. Нортон П., Андерсон В. Разработка приложений в Access97 в подлиннике. Перев. с англ. BHV, СПб, 1998. 656 с.

34. Нэш М.Дж. Консервирование и хранение сельскохозяйственных продуктов: Справочная книга. Пер. с англ. М.: Колос, 1981. -3 11с.

35. Общая методология разработки системы машин для АПК на 1991.2000 г. М., ВИМ, 1989. - 23 с.

36. Петрушевичус В.И. Определение влагопоглощения воздуха при сушке сена активным вентилированием //Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1966. - N 3.

37. Пилючина В.В., Белянов А.В. Применение солнечной энергии для досушивания сена //Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1982. - N 11.

38. Попов В.Д. Методы проектирования и критерии оценки адаптивных технологий заготовки кормов из трав, повышающие эффективность технологий. Дисс. на соискание уч.степени докт.техн. наук.- Л.: СЗНИИМЭСХ, 1998.- 212 с.

39. Попов В.Д. Проектирование многовариантных технологий и комплексов технических средств для заготовки кормов //Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК. Материалы научно-практической конференции. м., ГОСНИТИ, 1995. - с. 189-192.

40. Попов' В.Д. Экспертная оценка технологий и комплексов машин для заготовки кормов. Вопросы технологии, механизации и автоматизации производства кормов и продуктов животноводства. Научные труды НИПТИМЭСХ НЗ. Л., 1978. - Вып.26.

41. Попов В.Д., Валге A.M. Основы моделирования технологических процессов производства и использования кормов из трав. /Моделирование процессов и систем в отраслях АПК. Международная конференция. Тезисы докладов. С-ПбА, АФИ, 1993.

42. Попов В.Д., Валге A.M. Оценка эффективности работы кормозаготовительной техники //Техника в сельском хозяйстве. 1977. - N 2. -С.26.28.

43. Попов В.Д., Сечкин B.C. Обоснование продолжительности уборки трав //Техника в сельском хозяйстве. 1979. - N 7.

44. Попов В.Д., Сечкин B.C., Малышева В.В. Рациональный комплекс машин для заготовки кормов //Техника в сельском хозяйстве. 1976.-N7.-С.21.23.

45. Прашура И.П., Новоселов Д.К., Харьков Г.Д. Пути увеличения растительного кормового белка. М.: Знание, 1988.

46. Растригин Л.А. Система экстремального управления. М.: Наука, 1974. *-632 с.

47. Региональная целевая комплексная программа интенсивного кормопроизводства «Корма» Лен. Обл. на 2000-2005 гг. СЗНИИ-МЭСХ, СПб. 2000.-134 с.

48. Репетов А.Н. Выбор машин для растениеводства приближенно-групповым методом. Автореф. дисс. на соискание уч. степени докт.техн.наук. Л., Пушкин, 1986. - 33 с.

49. Ризкин И.Х. Машинный анализ и проектирование технических систем-. М.: Наука, 1985. - 160 с.

50. Романов О.К.Оптимальные решения.- М.: Статистика, 1976.-96 с.

51. Руа Б. Классификация и Bbi6op при наличии нескольких критериев //Вопросы анализа и процедуры применения решений. Сб. переводов. М.: Мир, 1976. - с.80.108.

52. Румшиский Л. 3. Математическая обработка результатов экспериментов. М.: Наука, 1972,-192 с.

53. Рянзанцев В.П. Современные направления механизации заготовки и хранения грубых и сочных кормов //Механизация и электрифиЛ кация сельского хозяйства. 1987. - N 6. - с.33.35.

54. Сборник нормативных и справочных материалов для разработки системы машин на 1970-1980 гг. М., ВИМ, 1967. - Вып.2.

55. Современные тенденции мирового сельскохозяйственного машиностроения. М., АО Трактороэкспорт, 1995. - 114 с.

56. Сельское хозяйство России и зарубежных стран (Статистический сборник). М., мех ПРФ, НИИТЭИагропром, 1996.

57. Сельскохозяйственные машины и орудия (зарубежный опыт). -М.: ЦНИИТЭИ Автосельхозмаш, 1990. 27 с.

58. Сечкин B.C. Прогрессивные технологии и комплексы машин для заготовки и хранения кормов из трав в условиях Нечерноземной зоны РСФСР. Дисс. на соискание уч. степени докт. техн. наук. Л., 1979.-460 с.

59. Синкевич П.Н. и др. Тенденции развития зарубежной кормоубо-рочной техники. М., ВАСХНИЛ ВНИИТЭИагропром, 1989. - 52 с.

60. Тащилин В.А. Опираясь на технический потенциал //Вестник агропромышленного комплекса. 1987, - N 9. - с.4,5.

61. Техника для животноводства и кормопроизводства. Каталог. -М„ ВНИИКОМЖ, 1989.

62. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. Том 2. М., ВО Агро-промиздат, 1990. - с.32.73.

63. Тютюнников А.И. Прогрессивные направления развития кормопроизводства. М.: Знание, 1988. - 64 с.

64. Урубков В.И. Механизация заготовки сенажа. М.: Россельхозиз-дат, 1981, 62 с.

65. Хуссар В.П., Муру Я.Я. Прогрессивные технологии уборки трав //Проблемы интенсификации растениеводства. Таллин, 1975.

66. Энергетическая оценка производства сена. Обзор. Наука и техника за рубежом //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. N 7. с.58-61.

67. Эрих Янч. Прогнозирование научно-технического прогресса. Перевод с англ. М.: Прогресс, 1974. - 586 с.

68. Эффективное использование кормоуборочных комбайнов: Обзор информации Госагропром СССР, АгроНИИТЭИИТО /Сост. Н.Ф.Соловьева. М., 1988. - 28 с.

69. Янковский И.Е. Проблемы совершенствования зональной системы технологий и машин //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1997. - N 1. - С.26.28.

70. Baganz К. Nuschuiz А. Analyse uber Entwicklungsstand von Teilverfahren auf der Basis von Modeellrechnungen am Beispiel der Welkgutgewinnung. Agratechnik, 1975, Jg 25, H . H .

71. Gartner K. Aussichtreiche Gestaltungsvarianten fur kunftige Ver-fahren den Grunfuttersilierung. Agratechnik, 1976, Jg. 26, H.12.

72. Rucker G, Knabe O. Massnahmen zur Senkung der Verluste beim Welken von Grufutterplanzen. Feldwirtschaft. 1976, Jg 27, H. 3.