Эффективное производство органической продукции возможно только при контролируемом протекании технологических процессов. Для своевременной корректировки процессов возникает задача получения путем измерений и обработки информации о состоянии контролируемого объекта, его параметров и внешних условий. Задача организации стабильного и эффективного функционирования системы получения и обработки данных является многокомпонентной. Ее решение невозможно без применения специально разработанных алгоритмов, позволяющих автоматизировать процессы сбора, накопления, хранения, обработки, актуализации, передачи, и вывода информации, как о текущем, так и о прогнозном состоянии объекта. Информационная система должна обеспечивать качественную и количественную оценку состояния объекта, а также выполнять прогностические расчеты, позволяющие предугадать изменение показателей почвенного состояния, растений и т.д. В статье представлено описание разработанного алгоритма функционирования информационной системы получения и обработки данных. Его реализация позволит оптимизировать выполнение технологических процессов в растениеводстве.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
2018. — Выпуск 97
Содержание:
Пчеловодство – одна из важных сфер человеческой деятельности, уровень информатизации и автоматизации которой, несмотря на достигнутый прогресс в цифровизации сельского хозяйства, крайне низок. В XXI веке ведение пасеки практически ничем не отличается от аналогичных процессов середины XX века. Появились новые материалы для производства корпусов ульев, медицинские препараты (часто «в комплекте» с новыми заболеваниями, например, варроатозом) но в целом труд пчеловода изменился мало и состоит из того же набора базовых операций, наиболее трудоемкой из которых остается ежедневный осмотр ульев, проводимый вручную. Для северных регионов РФ характерно удаленное расположение пасеки от места жительства пчеловода, что еще больше усложняет ведение пасеки. Статья посвящена архитектуре и ключевым особенностям системы удаленного мониторинга состояния пчелиных семей на пасеке. Описаны алгоритмы обработки данных и архитектура сенсорной подсистемы установки. Предлагаемая система собирает данные о массе, температуре и влажности внутри каждого улья и отправляет их на дальнейшую обработку и хранение на удаленный сервер по беспроводной сети. Модуль записи акустических шумов пчел позволяет проводить интеллектуальный анализ получаемых данных с помощью нейронной сети и заблаговременно предупреждает пчеловода о возможных начавшихся проблемах – таких как роение, болезни, инвазия или механические повреждения самого улья.
Ключевые слова
В настоящее время при быстро растущих темпах производства сельскохозяйственной продукции необходимо проводить анализ воздействия природных и антропогенных факторов на параметры почвенного состояния с целью повышения качественных, количественных и экологических показателей применения технологических операций. Параметрами почвенного состояния, по которым может оцениваться экологическая безопасность агроландшафтов, являются твердость, влажность, электропроводность почвы и др. Мониторинг таких показателей достигается путем использования цифровых измерительных систем, которые позволяют выполнять оценку выбранных параметров в многомерном пространстве и времени (например, по площади и по глубине), получать данные с заданной дискретностью и являются средством создания соответствующих слоев на цифровых картах полей. Выполнен аналитический обзор цифровых измерительных систем для определения параметров почвенного состояния, используемых для научных исследований и в производственных условиях. Приведены функциональные возможности, принципы работы и конструктивные особенности измерительных систем. Измерительные системы используются в научных исследованиях при создании и совершенствовании технологий возделывания сельскохозяйственных культур, а также при выборе рациональных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов. На основе измерения параметров почвенного состояния принимаются рациональные управленческие решения использования технологических операций при производстве сельскохозяйственной продукции.
Ключевые слова
Рассмотрены задачи, встающие перед сельскохозяйственными предприятиями планирующими воспользоваться преимуществами шестого технологического уклада. Проанализированы необходимые условия и определен возможный путь развития интеллектуального производства органической растениеводческой продукции с использованием достижений информационно- коммуникационных технологий. Предусматривается создание информационной системы управления агроэкосистемой (искусственный Агро интеллект), собирающей оперативную информацию о состоянии окружающей среды и почвенно-растительного покрова, и руководящей комплексом роботизированных технических средств, выполняющих технологические операции возделывания сельскохозяйственных культур. Одновременно с этим будет сформирована база знаний о процессах, идущих в агроэкосистеме и способах их регулирования, а также о нормативных требованиях к производству органической продукции. В статье рассмотрены подходы к сбору оперативной информации из различных сред агроэкосистемы. С целью реализации этой концепции в ИАЭП проводятся работы по созданию информационной системы: разработана база данных экспериментальной информации, осуществляется подбор датчиков для автоматического мониторинга окружающей среды и почвенно-растительного покрова. На опытном поле ИАЭП с 2016 года развертывается органический севооборот, на котором ведутся исследования по сбору экспериментальной информации и установлению зависимостей между характеристиками почвенной среды и агротехнологическими воздействиями. Там же испытываются специализированные технические средства для органического земледелия и формируются органические технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Для целей получения оперативной информации о метеорологической ситуации на опытном поле была установлена автоматическая метостанция DAVIS VANTAGE PRO2 и разработана программа, обеспечивающая автоматическое получение метеоданных в режиме онлайн.
Ключевые слова
Повышение эффективности технологических приёмов обработки почвы в значительной мере связано с созданием новых рабочих органов и их совершенствованием. Использование современных измерительных цифровых систем позволяет существенно сократить затраты и время на разработку новых перспективных рабочих органов почвообрабатывающих машин. В Институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ был создан и изготовлен измерительный информационный комплекс (ИИК-ИАЭП), состоящий из навесной установки с тензометрическими тележками и измерительно-информационной системы ИП 264 РосНИИТиМ, позволяющей проводить сравнительную энергооценку почвообрабатывающих рабочих органов, в одинаковых почвенных условиях и режимах выполнения технологического процесса. При проведении исследований применялись методы теории вероятностей, математической статистики и статистической динамики. В процессе исследований установлено, что динамичные рабочие органы обеспечивают снижение величины тягового сопротивления на 3 – 12 % в зависимости от режима обработки почвы. Оценена достоверность полученного результата. Возможность оперативного анализа получаемых результатов позволяет внести, в случае необходимости, коррективы в план проведения опытов (увеличить объем и количество выборок, изменить режимы обработки, при возможности тип почв и предшествующую обработку и др.). Анализ хода и результатов экспериментальных исследований динамичных рабочих органов с использованием разработанного измерительного информационного комплекса позволяет сделать вывод о его эффективности, заключающейся в сокращении сроков проведения исследований в 2-3 раза и повышении точности и достоверности полученных результатов до вероятности 0,95.
Ключевые слова
Рассматриваются особенности оценок экономической эффективности солнечных энергоустановок разных назначений. Главными различиями в подходах можно назвать отношение к катастрофическим рискам, дополнительной полезности, специальным требованиям, и накопителям энергии. Авторы считают, что текущие факторы развития солнечной энергетики в значительной мере исчерпаны, и дальнейшее развитие будет обуславливаться прогрессом в области энергонакопления.
Ключевые слова
В статье дан краткий анализ исследований по энергооценке технологий и технических средств в растениеводстве; изложены результаты экспериментальных исследований по сравнительной оценке топливной экономичности почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП - КалмГУ с динамичными и нединамичными рабочими органами. Исследования проводились на полях экспериментальной базы ИАЭП – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ «Красная Славянка» на различных скоростных и нагрузочных режимах работы почвообрабатывающего агрегата согласно ранее разработанной и утвержденной программы и методики. В качестве показателя топливной экономичности почвообрабатывающего агрегата рассмотрен удельный расход топлива на единицу тяговой мощности и выполненной работы. Приведены графические и эмпирические зависимости тягового сопротивления, тяговой мощности, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности и погектарного расхода топлива от скорости движения почвообрабатывающего агрегата с динамичными и нединамичными рабочими органами. Установлено, что при фиксированном значении глубины обработки почвы использование динамичных рабочих органов, по сравнению с типовыми (нединамичными), обеспечивает снижение тягового сопротивления и тяговой мощности на 3-12 %, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности – на 4-6 %, погектарного расхода топлива – на 3-6 %. В целом экспериментальные исследования показали, что использование динамичных рабочих органов обеспечивает снижение тягового сопротивления и характеристик его рассеяния по сравнению с типовыми (нединамичными) рабочими органами.
Ключевые слова
В статье представлены исследования, проведенные с целью разработки расчетных формул для определения показателей оценки эффективности и энергоемкости технологического процесса и технических средств очистки картофеля новым аэродинамическим способом. Объектом исследований были технологические процессы и технические средства очистки клубнеплодов различными способами. Предметом исследований были закономерности изменения энергетических параметров и технико-экономических показателей оценки эффективности технологического процесса и технических средств очистки картофеля аэродинамическим способом. Установлена тесная связь энергоемкости технологического процесса очистки от производительности установки, плотности материала и температуры клубней и почвенных частиц, вместимости и частоты вращения барабана, температуры направленного потока воздуха и коэффициента поглощения теплоты. Научную новизну составляют расчетные формулы для определения и прогнозирования технико-экономических показателей технологического процесса очистки картофеля аэродинамическим способом. Подробно изложена методика определения удельных энергозатрат на приводы рабочих узлов, на подогрев и подачу направленного потока воздуха, систему вытяжки воздуха и его фильтрацию. Установлено, что используя предложенные расчетные формулы, можно будет дать прогнозную оценку конкурентоспособности различных технических средств, предназначенных для очистки картофеля Так как все многообразие техники для предреализационной обработки картофеля, которая представлена на современном рынке, в основном, состоит из зарубежных машин, то и сравнение необходимо будет производить с ними.
Ключевые слова
Количество сельскохозяйственных роботов ежегодно увеличивается на фоне интенсификации производства сельскохозяйственной продукции. Развитие сельскохозяйственной робототехники обеспечивает снижение трудозатрат, а, следовательно, и риски производства, связанные с человеческим фактором. На сегодняшний день наиболее актуальны роботы способные выполнять трудоемкие операции при производстве сельскохозяйственной продукции, но, по дальнейшим прогнозам, планируется проектирование и строительство сельскохозяйственных предприятий, полностью роботизированных без присутствия человека. В связи с этим ежегодно растет производство роботов и роботизированных устройств для аграрного сектора России. Данный показатель в 2017 году составил 73 тысячи единиц с прогнозируемым на 2024 год ростом в восемь раз и численным показателем 595 тысяч единиц, соответственно. Наибольшее количество роботов задействовано при производстве молока крупного рогатого скота – 55%, на втором месте находятся роботы для других животноводческих ферм – 22%, далее следуют роботы по уходу за посевами – 11%, доля роботов для почвообработки составляет 7% и 5 % приходится на роботов, задействованных при уборке урожая. На основе анализа существующих сельскохозяйственных роботов проведена их классификация, учитывающая отрасль работы робота, характер его перемещения, тип управления и специализацию агробота. Проведенные исследования позволили определить перспективные направления в сфере сельскохозяйственной робототехники, а именно: выкармливание поросят сосунов, создание интеллектуальных систем изменения и управления производственной площадью станков свиноводческих предприятий, разработки роботизированных систем корректировки рациона животных и птиц в зависимости от их физиологического состояния, а также создание роботизированных технологических модулей для мелкотоварных сельхозпроизводителей, позволяющих производить конкурентоспособную и экологически безопасную продукцию.
Ключевые слова
Для всех сельскохозяйственных животных существуют свои температурно-влажностные режимы содержания, при которых они чувствуют себя комфортно и имеют наивысшую продуктивность. Это сложные процессы, которые находятся в постоянной динамике и зависят от меняющихся внешних условий, технологии содержания и обслуживания животных. Расчеты систем воздухообмена производственных сельскохозяйственных зданий в настоящее время проводятся по общепринятым нормативам. Однако они практически не учитывают биологическую активность сырья и отходов, специфические биолого-ветеринарные, теплофизические, технологические и энергетические требования, предъявляемые к системам микроклимата животноводческих помещений. Это обеспечивается использованием систем автоматизированного интеллектуального управления микроклиматом, которые позволяют при высокой надежности оптимизировать работу оборудования при снижении энергоресурсов и эксплуатационных расходов. Представлены принципиальные схемы двух интеллектуальных систем управления. Первая – это система управления микроклиматом отдельного животноводческого помещения или небольшой фермы, на базе электронного регистратора «Параграф PL2»; имеет от 2 до 48 входных каналов с временем опроса от 0,1 с до 10 мин, 8 аналоговых и 24 дискретных выхода, память на 250 млн. измерений, операционную систему на основе Linux, цветной дисплей, интерфейсы RS-485, RS-232, USB. Вторая – это интеллектуальная система управления микроклиматом животноводческого комплекса на базе программируемых контроллеров обладает более широкими возможностями управления микроклиматом помещений, расположенных на значительном расстоянии друг от друга и от центрального компьютера. Неблагоприятные микроклиматические условия на молочной ферме снижают эффективность использования генетического потенциала животных и продуктивность коров на 14 – 30%.
Ключевые слова
Особое значение кормление имеет в начальном периоде супоросности свиноматки. Нормированное кормление свиноматкам необходимо в течение всего периода супоросности, но в первые 28 дней оно особенно важно. Рацион в этот период оказывает влияние на крупноплодность свиноматок и сохранность поросят. Для автоматизации процесса индивидуального кормления супоросных свиноматок целесообразно применение кормовых станций. Их преимуществом является исключение человеческого фактора, достижение оптимальных кондиций свиноматок, значительная экономия кормов, повышение количества опоросов, автоматическое отделение свиноматок при необходимости (на вакцинацию, опорос и т.д.). Применение современных средств и элементов автоматики, сенсорики и микропроцессорной техники в кормовых станциях обеспечивает точность индивидуального дозирования и своевременность кормления свиноматок, эффективный контроль за соблюдением задаваемых рационов, а также возможность мониторинга супоросности и ряд других важных технологических функций репродукторного свиноводства. Инновационный опыт в сфере животноводства свидетельствует, что подобные системы позволяют использовать процесс кормления свиней как инструмент контроля кондиции и превращать выявленный средствами автоматизации информационный ресурс в действенный рычаг повышения эффективности воспроизводства в свиноводстве. Реализация этого ресурса рациональна, прежде всего, на племенных и репродукторных фермах, где наиболее полно используется генетический потенциал воспроизводительных качеств чистопородных свиней.
Ключевые слова
Приводится анализ существующей в АО «Агрофирма «Вельская» технологии возделывания райграса однолетнего. Отмечено, что культура хорошо отрастает и даёт до трёх укосов за вегетационный сезон в условиях Вельского района Архангельской области. Тем не менее, средняя урожайность райграса в хозяйстве за 2014 – 2016 годы составила 13,9 т/га, при потенциально возможной урожайности 34,2 т/га. Приведены основные технологические операции, проводимые при подготовке почвы к посеву райграса однолетнего. Рассмотрены операции по посеву, внесению удобрений, уходу, уборке и послеуборочной доработке зелёной массы. Повышение урожая райграса однолетнего возможно путём внедрения элементов интенсивной технологии возделывания культуры. Для повышения экономической эффективности технологии возделывания райграса однолетнего предлагается ввести в хозяйстве научно – обоснованный севооборот; возделывать сорта, районированные в области обслуживания; вносить расчётные дозы удобрений после первого и второго укосов с учётом почвенного плодородия; соблюдать технологию, сроки уборки и операции послеуборочной доработки зелёной массы. В рекомендуемом севообороте предшественником райграса однолетнего является озимая рожь. Для повышения урожайности предлагается провести сортосмену, заменить сорт Изорский на скороспелый, с высокой устойчивостью к заболеваниям и вредителям сорт Рапид. Рекомендуется проведение второй азотной подкормки после второго укоса зелёной массы в дозе 45- 60 кг/га действующего вещества азота.
Ключевые слова
При заготовке кормов из трав связь между видами кормов, технологическими операциями, процессами и техническими средствами имеет множественно-логический характер. Каждому виду корма соответствует некоторое множество технологий, множеству технологий соответствует множество выполняемых операций, последовательность выполнения которых соответствует физическим процессам изменения состояния травы. Каждая из операций характеризуется состоянием физических процессов в траве и может быть выполнена некоторым множеством технических средств. Для формализации технологий с целью последующей компьютерной реализации предлагается использовать математический аппарат логической алгебры. Рассмотрена общая логическая схема производства кормов из трав с операцией провяливания, на основании которой разработаны логические модели, как отдельных операций, так и всей технологии. Для компьютерной реализации разработанных моделей предлагается использовать реляционные системы управления базами данных.
Ключевые слова
В статье представлена методика моделирования технологического процесса заготовки кормов из трав. Новизна работы заключается в том, что моделирование технологического процесса заготовки кормов осуществляется на базе разработанной многоуровневой модели заготовки кормов из трав, имеющей многоступенчатую иерархическую структуру. Моделирование технологии целесообразно осуществлять на уровне отдельных операций и из них уже непосредственно формировать саму технологию заготовки определённого вида корма, и в целом процесс заготовки кормов из трав. Разработка методики производилась на основании учёта потенциала кормовых угодий, погодно-климатических и экономико-хозяйственных условий, технико-технологических параметров кормозаготовительных машин и сравнительной оценки по выходным параметрам экономического и энергетического характера. Основным показателем, относительно которого производится анализ технологического процесса, является качественный показатель корма – содержание обменной энергии. Моделирование технологий заготовки кормов из трав включает в себя ряд этапов: учёт природно-климатических и экономико-хозяйственных условий заготовки кормов из трав; оценка потенциала кормовых угодий; выявление для реализации существующих вариантов технологий заготовки кормов с оценкой их технико-экономических показателей применительно для рассматриваемых условий; сравнительный анализ технологических альтернатив; принятие решения при реализации смоделированных технологий. Моделирование технологий производства кормов содержит достаточно большое количество расчётов, ввиду огромного количества факторов, обуславливающих протекание технологического процесса заготовки кормов из трав. Поэтому моделирование целесообразно осуществлять на базе информационных технологий, чему будет способствовать разработка автоматизированного рабочего места (АРМ) управления кормозаготовительным процессом на базе роботизированных систем.
Ключевые слова
В статье обсуждаются результаты изучения коллекции многолетних кормовых трав. Рассмотрена продуктивность зеленой массы и распределение ее по укосам у сортов и образцов злаковых и бобовых культур. Имеется насущная потребность в подборе известных и создании новых сортов кормовых трав с высокими показателями продуктивности. Для решения этой задачи было проведено изучение 56 образцов многолетних бобовых и злаковых трав. В изучение были привлечены хранящиеся в коллекции ВИР сорта и дикорастущие образцы, имеющие местом происхождения в основном Северо-Западный регион РФ. Опыт по изучению коллекции многолетних кормовых культур был заложен в 2016 году. В течение сезона было проведено 2-3 укоса на зеленую массу 56 образцов. Статистическая обработка проводилась с использованием пакетов Statistica 7.0 и Systat 11.2. По срокам наступления укосной спелости выделено четыре группы клеверов: ультраскороспелые трехукосные (Ранний 2), раннеспелые двуукосные (скороспелые) сорта, среднеспелые одноукосные Орфей и Седум и позднеспелые Топаз, Витязь и Гефест. Выделившиеся дикорастущие образцы овсяницы тростниковой из Финляндии Hija 2302 и Hija 2303, дикорастущие образцы к-49911 и к-45475 можно рекомендовать для дальнейшего изучения и вовлечения в селекционный процесс. Сорт ежи Триада выделился по урожайности зеленой массы. Дикорастущий образец ежи из Карелии оказался на уровне селекционных сортов, но срок укосной спелости наступает у него позже. Этот образец необходимо изучать для дальнейшего вовлечения в процесс селекции: производству необходимы позднеспелые сорта ежи. Также можно рекомендовать для дальнейшего изучения выделившиеся дикорастущие образцы овсяницы луговой из Чехии и Швеции и дикорастущий образец тимофеевки луговой из Карелии.
Ключевые слова
В статье представлены результаты исследований процесса сушки семян многолетних трав в карусельной сушилке. Цель исследований – получение экспериментальных данных и выявление технологических особенностей послеуборочной сушки мелкосеменных культур. В условиях Ленинградской области поступающий после уборки семенной ворох в большинстве случаев влажный. Наиболее важным и затратным по расходу топлива, затратам труда в производстве семян трав является процесс его сушки. Региональной особенностью процесса сушки семян является относительно невысокая (до 55оС) температура агента сушки в связи с высокой влажностью вороха семян. Для получения зависимости продолжительности сушки от средней температуры теплоносителя исследования проводились на семенах тимофеевки луговой слоем толщиной до 0,45 м. Экспериментальные исследования процесса сушки показали, что температура теплоносителя по мере прохождения его через слой семян снижается, при этом снижается и температура высушиваемых семян. Скорость испарения влаги из семян каждой зоны сушки различная, причем, чем дальше расположена зона по направлению движения теплоносителя, тем медленнее сохнут семена. В отдельных случаях при теплой погоде может не использоваться подогрев теплоносителя. Приведен пример, когда в АО «Волховское» процесс сушки семян овсяницы луговой проводился без использования топлива. Семена с начальной влажностью 21,3% были высушены до кондиционной влажности 13,9% за 7 часов. При сушке семян трав в слое необходимо, чтобы толщина его была оптимальной, соответствующей параметрам теплоносителя и влажности семян. Предельно допустимым слоем семян необходимо считать такой слой, при выходе из которого теплоноситель полностью насытится влагой. При сушке в более тонком слое наряду с сокращением продолжительности сушки, снижается степень использования теплоносителя.
Ключевые слова
В статье представлены результаты исследований урожайности семян многолетних трав в системе органического земледелия. Цель исследований – получение экспериментальных данных и выявление технологических особенностей производства семян трав на примере тимофеевки луговой в зависимости от схемы посева и обработки почвы. Исследования проводились на опытном поле органического севооборота. Посев был произведен по трем схемам: рядовой, широкорядный однострочный и широкорядный двустрочный при нормах высева 5 кг/га и 10 кг/га. Также на исследуемых участках с широкорядными посевами были применены разные виды обработки междурядий: механическая обработка почвы с подрезанием корней сорных растений и удаление сорных растений без обработки почвы (кошение). На участках с рядовой схемой посева обработка почвы не проводилась. Факторы, определяемые при исследованиях: количество генеративных стеблей, их высота и урожайность семян. Результатом исследований стали математические и графические зависимости урожайности семян от схемы посева, нормы высева семян и обработки почвы. Максимальная урожайность семян трав была достигнута при широкорядной двустрочной схеме посева с нормой высева 5 кг/га и с обработкой почвы с подрезанием корней сорных растений в междурядьях. Она составила 6,7 ц/га. Самое большое количество генеративных стеблей (380) было получено также при широкорядной двустрочной схеме посева, что больше на 10-20%, чем у широкорядной однострочной и рядовой схемах посева.
Ключевые слова
В статье дан анализ состояния в настоящий момент и развития производства ранней овощной продукции. Определены особенности производства ранних овощей. Снижение себестоимости продукции возможно за счет механизации уборочного процесса. Дано описание разработанного в ИАЭП уборочного комплекса, выполняющего сбор, доработку, фасовку и транспортировку овощей в пределах поля. Испытания комплекса проводились с целью определения его параметров на соответствие ТУ. В задачи испытаний входило проведение технической экспертизы, выполнение агротехнической оценки и оценки на надежность. На основании полученных результатов были определены экономические показатели. При испытаниях применялись методы математической статистики и хронометражные наблюдения. Испытаниями установлено, что при урожайности разового сбора 32 т/га рабочая скорость составляла 0,8 км/ч. Комплекс обслуживали шесть человек: один тракторист, два рабочих на затаривании продукции и три рабочих на сборе продукции. Производительность составила в час сменного времени 3,08 т/ч. Затраты труда составили 1,55 чел. ч/т. На основании проведенных испытаний и наблюдений за работой комплекса в хозяйственных условиях, был сделан вывод, что его применение на выборочной уборке различных овощных культур снижает затраты труда не менее чем в 2 раза.
Ключевые слова
Первичная обработка и восстановление плодородия залежных земель является общегосударственной проблемой. В этой связи в разное время на государственном уровне были приняты решения о мерах по введению в оборот данных земель. Цель исследований – повышение энергосбережения показателей эффективности технических средств и технологий восстановления залежных земель в условиях повышенного увлажнения. Предметом исследований являлись показатели энергоэффективности технологических процессов восстановления залежных земель и применяемых машин. Научная новизна работы заключается в результатах сравнительной оценки различных технологий восстановления залежных земель по производительности, затратам труда, энергии и качеству технологических процессов. При проведении исследований применялись теоретические и экспериментальные методы оценки, анализ и обобщение опытных данных. В статье приведены результаты экспериментальных исследований технологий восстановления залежных земель в условиях повышенного увлажнения Ленинградской области, проведенных на экспериментальной базе «Красная Славянка» Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ в весенне-летний период 2018 года. Приведены результаты расчета производительности агрегатов, погектарного расхода топлива, затрат труда и энергии на технологические операции по восстановлению залежных земель, по традиционной технологии, применяемой в хозяйстве, по рекомендуемой, с учетом имеющихся технических средств, и, по перспективной (энергосберегающей) технологиям, с учетом разрабатываемой техники. Анализ результатов расчетов свидетельствует, что перспективная (энергосберегающая) технология с применением почвообрабатывающего агрегата УКПА-2,4 с рабочими органами для глубокого рыхления почвы и кольцевыми рабочими органами для поверхностной обработки почвы более эффективна по сравнению с традиционной и рекомендуемой технологией. Технология обеспечивает эффективную первичную обработку залежных земель с наименьшими затратами труда, энергии и высоким качеством их восстановления.
Ключевые слова
Повышение эффективности технологических приёмов обработки почвы зависит не только от рациональных скоростных и нагрузочных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов, но и от конструктивных и динамических показателей почвообрабатывающих рабочих органов. В ИАЭП – филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ были разработаны и созданы экспериментальные образцы динамичных, способных легко адаптироваться к почвенным условиям, почвообрабатывающих рабочих органов. Целью исследований была получение экспериментальных данных, определение вероятностных оценок тягового сопротивления динамичных и типовых (нединамичных) почвообрабатывающих рабочих органов, закономерности их изменения в зависимости от глубины обработки почвы и скорости движения. Экспериментальные данные получены для единичных рабочих органов. Объектами исследований являлись закономерности изменения вероятностных оценок (среднего значения, дисперсии, среднего квадратического отклонения, коэффициент вариации) тягового сопротивления почвообрабатывающих рабочих органов. Предметом исследований являлся технологический приём безотвальной поверхностной обработки почвы. При проведении исследований применялись методы математического моделирования, основанные на изучении физических закономерностей, протекающих в процессе обработки почвы; экспериментальные исследования по энергооценке почвообрабатывающих рабочих органов, анализ и обобщение экспериментальных данных. Научную новизну работы составляют выявленные закономерности изменения вероятностных оценок динамичных и типовых (нединамичных) почвообрабатывающих рабочих органов. В статье приведены графические и эмпирические зависимости вероятностных оценок тягового сопротивления динамичных и стандартных (нединамичных) почвообрабатывающих рабочих органов при различных скоростных и нагрузочных режимах их работы. Экспериментально установлено, что динамичные рабочие органы по сравнению с типовыми (нединамичными) рабочими органами обеспечивают снижение тягового сопротивления и характеристик его рассеяния. Например, при фиксированной скорости движения км/ч, в пределах изменения глубины обработки почвы от 5 до 15 см, тяговое сопротивление динамичного рабочего органа варьирует в пределах кН, а типового (нединамичного) кН. При этом дисперсия тягового сопротивления динамичного рабочих органа варьирует в пределах кН2, а типового - кН2. Снижение тягового сопротивления и характеристик его рассеяния динамичного рабочего органа наблюдается и при фиксированном значении глубины обработки почвы и изменении скорости движения.
Ключевые слова
В настоящее время в России и за рубежом не выпускается экономически эффективное оборудование для послеуборочной и предреализационной обработки картофеля в условиях фермерских хозяйств с годовым объемом производства до 500 т., а конструкция выпускаемых технических средств имеет недостаточный уровень качества функционирования. В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований новых рабочих органов для очистки вороха и сортировки картофеля, на основании которых разработана конструкторская документация и изготовлены опытные образцы модернизированного картофелесортировального пункта для фермерских хозяйств. Полученные по результатам опытной проверки агротехнические показатели (полнота выделения примесей – 95 - 98%, точность сортирования – 90 - 95%, повреждение клубней – 1,5%) соответствуют действующим исходным требованиям на технологическую операцию.
Ключевые слова
В статье представлены результаты оценки и отбора крыжовника для формирования промышленного сортимента и пригодности к комбайновой уборке урожая. В настоящее время в России крыжовник не является промышленной культурой в связи с отсутствием законченных машинных технологий и отбора сортов, соответствующих условиям машинной уборки ягод. Ценность крыжовника определяется его высокой продуктивностью – до 55т/га и выше, и лечебно-диетическими свойствами ягод, позволяющими отнести крыжовник к растениям – антирадиантам. Крыжовник, относящийся к кустарниковым ягодникам, высоко технологичен, что позволяет полностью механизировать рабочие процессы возделывания культуры и уборку урожая. Доминирующей составляющей машинной регионально – адаптивной технологии является уборка ягод техническими средствами. Сведений о результатах комбайновой уборки ягод в зарубежной практике не много. В России во ВНИИС им. И.В. Мичурина уборка урожая крыжовника сорта Черномор была осуществлена с применением отечественного ягодоуборочного комбайна МПЯ – 1А. При практически равной полноте сбора ягод ручным и машинным способами в собранной комбайном массе ягод находилось на 3,5% больше поврежденных ягод, чем при ручном сборе. Снижение товарных качеств продукции было вызвано наколами шипами растений при стряхивании. Первый опыт показал особенности крыжовника при механической уборке урожая. Кусты сильнорослых сортов раньше достигали оптимальной высоты – 90-100 см и становились пригодными для машинной уборки ягод, чем сорта слаборослые с раскидистой кроной. Физико-механические свойства ягод крыжовника характеризовались высокими показателями прочности кожицы и удерживающей способностью на ветке. В настоящее время показатели ценных признаков крыжовника для условий машинной уборки урожая определены, исходя из возможности испытанных ягодоуборочных комбайнов на уборке ягод черной смородины («Smallford», «Ursus», «Joonas-1000» , МПЯ-1, МПЯ-1А). Для условий Северо-Западного региона экспериментальные исследования и оценка сортов крыжовника для промышленной машинной технологии проведены впервые. На производственной базе ИАЭП «Красная Славянка» изучены хозяйственно-биологические признаки 20 сортов крыжовника в коллекционном насаждении, заложенном в 2011- 2012гг. По комплексу ценных признаков и параметрам пригодность к машинной уборке урожая предварительно выделены сорта крыжовника – Балтийский, Салют, Краснославянский (Ленинградская ПООС - ИАЭП), Малахит, Машека (ВНИИС им. И.В. Мичурина), Олави, Аамисеппа (Финляндия), Маяк (ВНИИСПК), Леденец (НИИС Сибири им. М.А. Лисавенко), Куйбышевский Черноплодный (Куйбышевская опытная станция садоводства). Сорта характеризуются высокой урожайностью (4,3-10,5 кг/куст). Пригодность их к машинной уборке подтверждается достаточно высоким уровнем плотности урожая (3,3-8,1 кг/куб.м объема куста). Высота растений оптимальна (90-100 см), что позволяет использовать ягодоуборочную технику на 5-6 год после закладки плантации. Усилие раздавливания ягоды складывается в пределах от 1 до 1,5 кг, усилие отрыва ягоды от ветки – 274-458 г. Оба показателя физико-механических свойств ягод превышают нижний уровень параметров, при которых возможна успешная уборка урожая машинным способом. Завершающая оценка пригодности сортов к машинной уборке урожая устанавливается после непосредственного применения этой техники.
Ключевые слова
В статье изложены результаты экспериментов по применению для изучения качества семян малины в селекционном процессе метода микрофокусной рентгенографии. Эксперименты заложены в 2017-2018 гг. Изучались семена малины двух сортов - Полка и Поляна, в количестве 1200 шт. Они подвергались мягкому рентгеновскому облучению на специализированном аппарате ПРДУ-02. Мелкие морфологические особенности строения семян снимали под большим увеличением при помощи специализированной установки – рентгеновского микроскопа РМ-01. Исследованиями установлено, что микрофокусная рентгенография позволяет выявить внутренние дефекты семян малины, которые малозаметны с наружной части без их разрушения. Выявлены следующие дефекты: невыполненность эндосперма, отслоение оболочки, загнивание, пустотелость. Семена с отслоением оболочки у сорта Полка занимали в перечне дефектов первое место около 10%, чуть меньше было загнивших семян. Невыполненность эндосперма отмечена на уровне 6%. Последнее место среди дефектов семян занимает пустотелость на уровне 3%. Общее количество дефектов по этому сорту оценивается в 27%. Основным дефектом семян сорта Поляна было загнивание - около 12%. Пустотелость и отслоение оболочки занимали в перечне дефектов семян по 6%. На втором месте по дефектам была невыполненность эндосперма около 8%. Общее количество дефектов по этому сорту оценивается в 33%. Примечательно, что количество обнаруженных дефектов семян по двум сортам малины значительно отличалось друг от друга. Если основным дефектом сорта Полка было отслоение оболочки, то у сорта Поляна это было загнивание семени. По анализам дефектов видно, что семена сорта Поляна на 6% уступали сорту Полка. Сделаны следующие выводы: при помощи микрофокусной рентгенографии удается выбрать полновесные семена для использования их в селекционном процессе, результаты рентгенографии семян малины совпадают с результатами их проращивания, семена полностью сохраняются для дальнейшей работы, что особенно важно при малом их количестве. Микрофокусная рентгенография семян малины имеет преимущества по быстроте выполнения и большой информативности. Метод эффективен при диагностировании малого количества семян в селекции ягодных культур.
Ключевые слова
ООО «Билавис», совместно с Агрофизическим НИИ, разработало технологию производства нового гранулированного органо-минерального удобрения на основе птичьего помета. Для определения свойств нового удобрения и его эффективности применения, в 2012-2014 гг. были проведены исследования в микрополевом многолетнем опыте на базе Меньковского филиала Агрофизического НИИ на легкой дерново-подзолистой почве. Двухфакторная схема опыта предполагала ежегодное внесение минеральных удобрений в количестве N0P0K0, N75P50K50, N100P75K75 и периодическое внесение нового органо-минерального удобрения в количестве 3-10 т/га. Также, были введены варианты с дополнительным внесением калия (в виде сульфата калия) из расчета 10 кг действующего вещества К на каждую тонну нового удобрения. В результате опыта было установлено, что при внесении нового удобрения происходит оптимизация физических свойств почвы, в частности наблюдалось увеличение коэффициентов структурности и водопрочности в среднем с 0,69 до 1,18 – 1,69 и с 0,55 до 0,76 – 0,85, полевой влагоёмкости почвы - с 20,6 до 21,6 – 22,7 %, а диапазона активной влаги с 14,2 до 14,7-15,5 % и заметное улучшение её водного режима. Обнаружено достоверное повышение в гранулометрическом составе почвы содержания илистой фракции (на 17% отн.) при внесении 7 т/га нового удобрения и физической глины на 6% отн. при внесении 10 т/га.
Ключевые слова
В ходе исследований, проведенных в 2012-2014 гг. в многолетнем микрополевом опыте на базе Меньковского филиала Агрофизического НИИ, была установлена высокая агрономическая эффективность применения нового органо-минерального удобрения на основе куриного помёта, содержащего 2,46% азота, 4,51% фосфора, 3,36% калия, 7,18% кальция и 2,48% магния. Опыт проводился на дерново-подзолистой почве супесчаного гранулометрического состава, подвергавшейся скрытой деградации в течении тридцати лет. Опыт реализовывался в трех закладках семипольного полевого севооборота. Двухфакторная схема опыта предполагала ежегодное внесение минеральных удобрений в количестве N0P0K0, N75P50K50, N100P75K75 и периодическое внесение нового органо-минерального удобрения в количестве 3-10 т/га. Также, были введены варианты с дополнительным внесением калия (в виде сульфата калия) из расчета 10 кг действующего вещества (К) на тонну нового удобрения. Было установлено, что новое удобрение при внесении в количестве 11-27 т/га за ротацию севооборота позволяет увеличить продуктивность севооборота на 47-73%, при легировании сульфатом калия – на 59-87%, а в сочетании со средними и повышенными дозами минерального удобрения – на 94-145% и 147-177%, соответственно. Следовательно, наиболее эффективно внесение нового удобрения в сочетании с полным минеральным удобрением.
Ключевые слова
Проведено лабораторное исследование движения фосфора через пахотный горизонт в зависимости от разновидности почвы по механическому составу и степени минерализации используемого органического удобрения. Исследовалось движение в почве минеральных форм фосфора. Исследование проводилось в соответствии с разработанной программой и методикой в течение пяти месяцев. Была создана лабораторная установка, были отобраны и подготовлены почвы с использующихся сельскохозяйственных полей Ленинградской области. Лабораторная установка включала в себя 36 сосудов с почвой (12 вариантов, трёхкратная повторность). Было произведено 7 промывок с объёмом воды, который соответствует объёму воды в период её активного движения через пахотный горизонт с мая по октябрь. В качестве имитации пахотного слоя использовался слой почвы толщиной 20 см в сосудах лабораторной установки. Полученные результаты показывают наличие зависимости скорости вымывания фосфора от разновидности почвы по механическому составу: скорость вымывания фосфора в пахотном слое выше в лёгких почвах, чем в тяжёлых минимум в 1,17 раза, максимум в 2,39 раз, в среднем в 1,78 раз. Анализ влияния фактора степень минерализации органического удобрения на вымывание фосфора не выявил его значимости. Полученные данные могут быть использованы для расчёта и сравнительной оценки диффузной нагрузки по фосфору на водные объекты от сельскохозяйственных полей, в частности, с помощью Методики определения биогенной нагрузки сельскохозяйственного производства на водные объекты, ранее разработанной в ИАЭП.
Ключевые слова
Для оценки машинных технологий производства животноводческой продукции разработан алгоритм, учитывающий показатели экологической устойчивости сельских территорий и энергоэффективности. Для комплексного анализа степени негативного воздействия совокупности машинных технологий, применяемых в сельхозпредприятии, на устойчивость экосистем сельской территории алгоритм использует систему из пяти критериев. Алгоритм предусматривает формирование ограничений на основе показателей экологической устойчивости с учётом конкретных условий сельских территорий и проверку соблюдения данных ограничений для совокупности интенсивных машинных технологий, применяемых на рассматриваемом сельхозпредприятии, с учётом поголовья животных и площади используемых сельскохозяйственных угодий. Вводится понятие степени использования ресурсного потенциала сельской территории, позволяющее более объективно оценивать соблюдение или несоблюдение данных ограничений. Алгоритм позволяет выявить в производственном цикле машинные технологии с наименьшей эффективностью и подобрать более эффективные технологии с точки зрения экологической устойчивости сельских территорий. Использование алгоритма позволяет повысить общую эффективность сельскохозяйственного предприятия, в том числе за счет снижения потерь питательных веществ на 7- 10 %.
Ключевые слова
Современная ферма крупного рогатого скота - это высокотехнологичное производство, и внедрение цифровых технологий для технологического контроля и учета водопотребления скажется в значительной степени на снижении расхода кормов и энергоресурсов, а так же окажет благоприятное воздействие на окружающую среду. Первым этапом создания средств контроля и учета водопотребления является разработка общего алгоритма управления процессом поения КРС. При этом должна быть учтена специфика систем поения и средств механизации водоснабжения, которая зависит от типоразмера производственных зданий и технологических решений, а также проведен анализ научно-технической литературы, патентных решений, материалов конференций и выставок по системам водопоения и конструкциям существующих поилок и определены проблемные участки. Алгоритм был разработан с использованием принципа декомпозиции. Он представляет сложную систему, состоящую из множества алгоритмов, связанных между собой информационными потоками через общую базу данных. Алгоритм является основой для разработки программы управления. Автоматизация системы управления процессом поения позволит вести контроль и учет расхода воды, потребляемой животными, проводить диагностику технологических процессов, своевременно принимать решения для поддержания параметров и режимов работы на оптимальном уровне посредством управления исполнительными системами, что позволит увеличить продуктивность коров на 10-15% и уменьшить расход кормов на 3-5%.
Ключевые слова
Свиноводческий сектор производит более трети объема мяса в России. В период с 2007 по 2017 год объём производства свинины вырос более чем на 1,5 млн. тонн, и, по дальнейшим прогнозам, рынок будет только расти. Данные показатели обусловлены высоким спросом населения на данный вид мяса, рентабельностью производства, составляющей 25-30%, а также ежегодным увеличением экспорта свиноводческой продукции. Строительство новых и реконструкция старых ферм и комплексов, предусматривающих применение современного наукоемкого оборудования и использование животных с высоким генетическим потенциалом, позволило достичь показателя самообеспеченности России свининой на 95%. Но одновременно с ростом объема производства наблюдается увеличение конкуренции, для выдерживания которой товаропроизводителям необходимо поддерживать конверсию корма на уровне 2,8-2,9 килограммов и получать от одной свиноматки не менее 3 тонн мяса в год. Для достижения этих показателей необходимо рациональное использование производственных ресурсов и постоянный мониторинг физиологического состояния животных. На основе нормативных данных потребления кормов, воды, а также зависимости изменения потребления воды от увеличения массы свиньи разработана математическая модель определения живой массы свиньи за откормочный период производственного цикла. Масса свиньи в течении откормочного периода производственного цикла определяется решением дифференциального уравнения, которое учитывает конверсию корма и воды, потребление корма одной свиньей в зависимости от суток откорма и потребление воды свиньей. Причем конверсия корма и воды является аддитивной величиной и определяется в виде суммы нормативных значения данный показателей. Дифференциальное уравнение решалось численно, для этого была написана программа, на языке Pascal ABC. Полученная модель позволяет определить время, составляющее 171 и 165 суток, необходимое животному для набора массы в 100 килограммов при начальной массе откорма равной 35 и 39 килограммов соответственно.
Ключевые слова
Навозосодержащие стоки доильного зала представляют собой смесь естественных выделений животных и технологической воды. Выход стоков для каждого хозяйства разный, и зависит от многих факторов. Определение количества навозосодержащих стоков доильных залов на этапе проектирования и принятия технологических и планировочных решений позволит минимизировать их выход. Определены факторы, влияющие на выход навозосодержащих стоков доильных залов, и представлена методика расчета их количества. На её основе, исходя из данных нормативных документов и среднестатистических методов ведения хозяйства, получены уравнения регрессии выхода навозосодержащих стоков доильного зала с установками типа «Ёлочка», «Параллель» и «Карусель». Данные уравнения могут быть использованы для определения примерного суточного выхода навозосодержащих стоков для соответствующего типа доильной установки, зная размер технологической группы, размер доильной установки, количество моек пола и поголовье дойного стада. Проведен расчет суточного выхода навозосодержащих стоков доильного зала на примере фермы с поголовьем дойного стада 960 голов, размером технологической группы 80 голов и размером доильной установки на 40 скотомест при двухразовом мытье пола. В зависимости от типа доильной установки разница в количестве навозосодержащих стоков может достигать 33%.
Ключевые слова
Разработана программа расчета количественных и качественных характеристик экскрементов животных на основе метода баланса масс, реализованная в Excel. В программе использованы соответствующие данные Эстонии и Дании, но с учетом российских национальных коэффициентов (в частности, для СЗФО), которые принимают во внимание применяемые технологии обращения с навозом, породы животных и рационы кормления. Для получения данных для расчета было проведено анкетирование типового комплекса КРС, расположенного в Ленинградской области. Анкетирование охватывало производственные показатели системы содержания животных, системы навозоудаления, переработки навоза в органическое удобрение и внесения органических удобрений на земельные угодья сельскохозяйственного назначения. Полученные расчетные значения количественных и качественных характеристик экскрементов КРС были сравнены с нормативными значениями. В результате расчетов установлено, что для половозрастной группы «дойные коровы» отличие расчетных данных и нормативных данных по массе экскрементов достигает 26%, по содержанию общего азота в экскрементах – 54%, по содержанию фосфора в экскрементах – 45%, по содержанию калия в экскрементах – 29%.
Ключевые слова
Внедрение новых, интенсивных технологий содержания животных приводит к увеличению количества образуемого навоза с повышением доли жидкого и полужидкого навоза. Снижение эмиссии азота от сельскохозяйственной деятельности в окружающую среду является одной из приоритетных задач агроэкологии. В 2016 г. потери азота в атмосферу от животноводства с территории Российской Федерации составили порядка 677 000 тонн. Одним из вариантов решения данной задачи является внедрение технологии подкисления жидкого навоза путем добавления в него концентрированной серной кислоты. Проведен анализ предпосылок применения данной технологии на промышленных предприятиях по содержанию крупного рогатого скота и свиноводческих комплексах в субъектах Российской Федерации, расположенных в границах водосборного бассейна Балтийского моря. В ходе работы установлено, что рассматриваемый регион обладает значительным потенциалом для внедрения технологии подкисления: из 11,8 млн. т образующегося в регионе навоза 7,4 млн. т потенциально могут быть использованы для подкисления. Технология подкисления имеет как положительные, так и отрицательные стороны, связанные, прежде всего, с повышенными рисками возникновения чрезвычайных ситуаций при обращении с особо опасными веществами, к которым относится серная кислота. Кроме того, применение этой технологии на почвах Северо-Запада России требует дополнительных затрат на известкование почвы. Тем не менее, предварительная оценка экономической эффективности применения технологии подкисления при помощи разработанной математической модели показала, что для фермы КРС с поголовьем 1000 голов молочного стада подкисление в хранилище обладает наименьшим сроком окупаемости – 10 месяцев, за счет снижения затрат на закупку минеральных удобрений для компенсации потерь азота в составе аммиака.
Ключевые слова
Для уточнения массы навоза/органического удобрения и содержания в нем питательных элементов (общий азот и фосфор) выбран наиболее распространенный комплекс крупного рогатого скота, расположенный в Ленинградской области. Для данного комплекса произведен расчет содержания азота и фосфора в экскрементах, навозе и органическом удобрении методом баланса масс. Для каждой половозрастной группы отбирались пробы экскрементов, навоза и органического удобрения для определения содержания в них питательных элементов. Расчетные и экспериментальные данные сравнивались между собой и со значениями, отраженными в действующих руководящих документах по обращению с навозом. Результаты проведенных исследований показали актуальность и необходимость корректировки нормативных значений по содержанию в экскрементах азота и фосфора, отраженных в действующих руководящих документах по обращению с навозом (различия между экспериментальными данными и значениями, отраженными в руководящих документах, превышают 40%). Средние расчетные значения содержания общего азота и фосфора в экскрементах животных отличаются от фактических (экспериментальных) значений на 10% и 4% соответственно. Расчетные и экспериментальные данные по массе общего азота и фосфора в навозе на выходе из животноводческого помещения расходятся на 5% и 3% соответственно. Расчетные и экспериментальные данные по массе общего азота и фосфора в органическом удобрении расходятся на 10%.
Ключевые слова
Разработка более эффективных технологий и способов переработки отходов на сегодняшний день является одной из наиболее приоритетных задач агроэкологии. Одной из таких технологий является переработка в барабанном биоферментаторе. Широкий диапазон режимов его работы позволяет производить различные виды конечных продуктов, в том числе субстраты для выращивания грибов. Полученные таким образом субстраты могут, с одной стороны, снизить зависимость отечественных грибоводческих предприятий от импортных поставщиков, а с другой – способствовать решению проблемы утилизации отходов. Применение барабанного биоферментатора в технологической цепочке производства субстрата способно ускорить процесс его приготовления, позволяя комбинировать отдельные технологические этапы. В качестве исходного материала для приготовления субстрата рассмотрена смесь соломы, куриного помета и твердой фракции навоза крупного рогатого скота – наиболее распространенных видов сельскохозяйственных отходов. Математическое моделирование процесса приготовления субстрата с последующей апробацией в лабораторном барабанном биоферментаторе позволило получить экспериментальный образец с набором физико-химических качеств, близких по значению к иностранным аналогам. Запланированы дальнейшие исследования для оценки эффективности применения данного вида субстрата в условиях грибоводческого комплекса.