Совершенствование механизированных процессов уборки гибридов кукурузы с различными сроками вегетации на силос и корнаж тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Черняев Денис Александрович

• Черняев Денис Александрович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Черняев Денис Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Организация механизированных процессов в растениеводстве

1.2 Современные технологии и технические средства для реализации кормоуборочного процесса

1.3 Современные методы проектирования кормоуборочных процессов

1.4 Пути повышения эффективности функционирования кормоуборочных процессов

1.5 Проблемная ситуация, гипотеза и задачи исследования

ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ КОРМОУБОРОЧНОГО ПРОЦЕССА

2.1 Факторы, влияющие на эффективность кормоуборочного процесса

2.2 Обоснование количества транспортных средств при сочетании гибридов кукурузы и способов уборки

2.3 Обоснование количества кормоуборочных комбайнов с учетом использования гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

2.4 Обоснование структуры площадей при сочетании гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

2.5 Разработка адаптера кормоуборочного комбайна для уборки кукурузы на

корнаж

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Методика фенологических и биометрических исследований гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

3.3 Методика оценки биометрических показателей гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

3.4 Методика проведения хронометражных наблюдений за работой кормоуборочных комбайнов

3.5 Методика определения сезонной загрузки техники при различных способах уборки

3.6 Методика проведения производственного эксперимента в базовых хозяйствах

3.7 Методика обработки статистического материала

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Производственные условия базовых хозяйств

4.2 Влияние продуктивного потенциала гибридов кукурузы на реализацию кормоуборочных процессов

4.3 Оценка эксплуатационных параметров кормоуборочных комбайнов

4.4 Проектирование кормоуборочного процесса в базовых хозяйства

4.5 Оценка экономической эффективности кормоуборочного процесса в

базовых хозяйствах

Заключение

Список литературы Приложения

135

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование механизированных процессов уборки гибридов кукурузы с различными сроками вегетации на силос и корнаж»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы предусматривает увеличение производства продукции в сфере агропромышленного комплекса на 25 %, в том числе за счет разработки и внедрения отечественных инновационных технологий. Доктрина продовольственной безопасности закрепила пороговые значения самообеспеченности: по производству мяса - 85 %, молока - 90 %, достижение которых невозможно без сбалансированной кормовой базы.

Достаточное количество и высокое качество корма для животных определяют продуктивность скота, что в свою очередь влияет на объемы производства молока, мяса и других животноводческих продуктов. В связи с этим разработка эффективных систем кормопроизводства, включая оптимизацию агротехнических приемов возделывания кормовых культур, совершенствование методов их заготовки и хранения, является ключевым направлением аграрной политики. Решение данной задачи требует комплексного подхода, учитывающего климатические особенности регионов, ресурсное обеспечение сельхозпредприятий и внедрение современных технологий.

Важным резервом повышения рентабельности животноводства является наличие качественных и дешевых кормов в рационах животных, обеспечивающих приемлемый объем производства животноводческой продукции. В современных условиях остро стоит вопрос технической оснащенности кормоуборочных процессов и обеспечения трудовыми ресурсами, дефицит которых снижает количество и качество кормов и увеличивает себестоимость продукции животноводства. Появление на рынке гибридов кукурузы с различными сроками вегетации (индекс ФАО 110... 240) позволяет решить эту задачу за счёт рационального увеличения длительности уборки кукурузы на корм и распределения сезонной нагрузки на кормоуборочный комбайн.

Изложенное предопределяет необходимость разработки нового способа уборки кукурузы на силос и корнаж, специальных технических средств для её реализации, что позволит повысить эффективность функционирования механизированных процессов заготовки кормов.

Цель исследования - повышение эффективности механизированных процессов уборки на силос и корнаж при использовании гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

Объект исследования - механизированный процесс уборки кукурузы на силос и корнаж.

Предмет исследования - взаимосвязь количества технологических и транспортных машин и длительности уборочного процесса гибридов кукурузы с различными сроками вегетации на силос и корнаж, а также обоснование основных конструктивных и технологических параметров адаптера для агрегатирования жатки зерноуборочного комбайна с кормоуборочным комбайном.

Научная новизна работы:

- разработана экономико-математическая модель, раскрывающая взаимосвязь рационального количества технологических и транспортных машин для уборки кукурузы с различными сроками вегетации и способами уборки с длительностью уборочного процесса;

- установлено рациональное соотношение площадей возделывания гибридов кукурузы с различными сроками вегетации с учетом производительности технологических машин;

- установлена взаимосвязь питательности и урожайности различных гибридов кукурузы с длительностью уборочных работ;

- получены новые экспериментальные данные по эксплуатационно -технологическим параметрам кормоуборочных агрегатов;

- обоснованы технологические и конструктивные параметры адаптера для агрегатирования жатки зерноуборочного комбайна с кормоуборочным комбайном ДОН-68ОМ, обеспечивающего уборку кукурузы на корнаж (патент на полезную модель «Жатвенная часть кормоуборочного комбайна» №231191).

Практическая ценность и реализация работы. Проведенные исследования позволяют в условиях ограниченного ресурсного обеспечения создать предпосылки для своевременного выполнения технологических процессов уборки кормов и повысить эффективность их функционирования. Реализация способа уборки кукурузы на корнаж и элементов предложенной методики проектирования кормоуборочных процессов в ПКЗ «Дубровский» и ООО «Нива» показала их соответствие реальным производственным условиям. Получен экономический эффект - от 7 до 20 тыс. руб./га.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных научно-технических конференциях ЮУрГАУ (Челябинск, 2022-2025 гг.); Межрегиональной агропромышленной выставке Уральского федерального округа «Аграрная наука как основа технологического суверенитета: изменение климата и стратегические ориентиры АПК» (г. Челябинск, 27-29 сентября 2023 г.); получен диплом второй степени на конкурсе «Научные инновации и разработки в агропромышленном комплексе Уральского федерального округа» (г. Екатеринбург, 2025 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, получен один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 187 наименований, 11 приложений. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, включает 28 таблиц, 49 рисунков.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Организация механизированных процессов в растениеводстве

Обеспечение продовольственной безопасности государства в значительной степени зависит от устойчивого производства кормов, составляющих основу животноводческого комплекса. Необходимое количество и высокое качество кормов определяют продуктивность скота, что в свою очередь влияет на объемы производства молока, мяса и других животноводческих продуктов. В связи с этим разработка эффективных систем кормопроизводства, включая оптимизацию агротехнических приемов возделывания кормовых культур, совершенствование методов их заготовки и хранения, является ключевым направлением аграрной политики. Решение данной задачи требует комплексного подхода, учитывающего климатические особенности регионов, ресурсное обеспечение сельхозпредприятий и внедрение современных технологий. Негативные процессы демографии в России предопределили сокращение трудовых ресурсов, особенно механизаторов и инженерно-технических работников, их отток в крупные города; в большинстве сельхозпредприятий произошла деградация служб по обеспечению работоспособности новой, конструктивно сложной техники; практически прекратили свое функционирование предприятия ремонта и обслуживания сельскохозяйственной техники; ухудшились социальные условия жизни и труда сельчан в связи с деградацией социальной инфраструктуры на селе.

Демографический провал вызвал резкое количественное и качественное сокращение трудовых ресурсов сельскохозяйственного производства. По данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, в 2024 году в сельском хозяйстве было занято 1,3... 1,5 млн человек, что в 2,5 раза меньше, чем в 2000 году. Обеспеченность сельского хозяйства механизаторами не превышает 75 %, из них только 46% имеют квалификацию первого-второго класса [1].

Демографический кризис в стране распространен и в границах Челябинской области, естественная убыль населения прослеживается как в селах, так и в городах. По данным Федеральной службы государственной статистики, по Челябинской области в 2024 году убыль в сельском населении составила 2,1 % человек, а в городском - 1,6 %. Графически информация представлена на рисунке 1.1 [2].

ч и ЕТ

Л

Нт

а/ К ЕЕ <и ч и о ей ЕЕ

<и §

о

Л

ч и

О

630 625 620 615 610 605 600 595

590

2009

2012

2014

2017 Год

2020

2023

2025

Рисунок 1.1 - Численность сельского населения Челябинской области

Снижение численности сельского населения Челябинской области приводит к нехватке трудовых ресурсов на селе, особенно механизаторов и инженерно-технических работников.

Поголовье крупного рогатого скота (КРС) в сельском хозяйстве сокращается из-за экономических трудностей и высоких затрат на содержание животных. Молоко и молочная продукция являются социально значимыми продуктами питания, объемы производства и потребления данных продуктов питания являются важными факторами продовольственной безопасности России.

Ведущей тенденцией развития отрасли молочного скотоводства в Российской Федерации является рост объемов валового производства молока, который достигается за счет увеличения молочной продуктивности коров, компенсирующей сокращение поголовья коров [3, 4].

Важное значение для повышения объемов производства молока имеет прочная кормовая база. Рациональное использование комплекса мероприятий по улучшению организации кормопроизводства с учетом конкретных особенностей сельскохозяйственного предприятия позволит обеспечить создание кормовой базы, снизить потребность в технических и трудовых ресурсах [5].

В структуре затрат на производство молока и мяса корма составляют 45%- 50%, а иногда и выше; снижение поголовья крупного рогатого скота влияет на экономическую эффективность мясомолочной отрасли производства [6]. Снижение затрат на производство кормов является резервом повышения рентабельности отрасли животноводства и обеспечения продовольственной безопасности.

Валовой надой молока крупного рогатого скота в Российской Федерации в 2021 году составил 13244,3 тысячи тонн, в 2025 году этот показатель увеличился на 5% и составил 13902,2 тысячи тонн. Информация по процентному соотношению надоя молока и поголовью КРС по округам Российской Федерации и Уральского федерального округа представлена в приложении 1. В Челябинской области в 2010 году количество крупного рогатого скота составляло 170 тысяч, а к началу 2025 году поголовье снизилось на 98 тысяч голов (рисунок 1.2) [7, 3].

Рисунок 1.2 - Динамика поголовья крупного рогатого скота

в Челябинской области

Челябинская область не может в полном объеме обеспечивать себя молоком. Снижение валового надоя с 2017 года по настоящее время составило 26,4%, а надой на 1 голову увеличился на 1200 кг (рисунок 1.3).

й

X «

ЕГ О

Л И П

й зу

и -

о

ч

о

о

X

<и

о

д

а

к

о

§

7 500 7 000 6 500 6 000 5 500 5 000 4 500 4 000 3 500

3 000

2006

2009

2012

2014

2017

2020

2023

2025

Рисунок 1.3 - Надоено молока в расчете на одну корову в Челябинской области, кг

Снижение поголовья дойных коров сопровождается увеличением валового надоя на голову. В современных условиях для повышения рентабельности молочных хозяйств требуется наличие кормов с высоким содержанием обменной энергии.

В частотности, обеспечению высоких надоев способствуют корма из кукурузы. При заготовке кормов возникает множество таких проблем, как большая нагрузка на кормоуборочную технику, недостаток трудовых ресурсов в сочетании с необходимостью уборки в сжатые сроки и другие.

При возделывании зерновых и силосных культур (основных в зонах Южного Урала и Зауралья, Западной Сибири и Северного Казахстана) 40...60 % общих затрат труда и средств приходится на уборочные процессы. Из-за растягивания сроков работ в России ежегодно недобирается более 25 млн т зерна и теряется значительная часть питательной ценности силоса. Прежде всего на уровень сезонных потерь урожая большое влияние оказывает динамика созревания культур на различных полях, поэтому до завершения созревания

культуры на всей площади будут иметь место естественные потери урожая, но не со всей площади посева, а только с его созревшей части. На снижение производительности комбайнов большое влияние оказывают утомляемость механизаторов в конце рабочей смены и увеличение затрат на технические регулировки в утренние и вечерние часы [8, 9, 10].

Вопрос обоснования целесообразного уровня сменности нужно рассматривать в двух аспектах. С одной стороны, двухсменная работа позволяет увеличить наработку машин, что приведет к снижению их потребного количества и соответственно уменьшению удельных отчислений на реновацию. С другой стороны, двухсменная работа приведет к снижению производительности труда и потребует увеличения количества механизаторов. В исследованиях Окунева Г.А. показано, что с возрастанием стоимости машин целесообразность двухсменной работы становится очевидной, но увеличение издержек, связанных с привлечением механизаторов, снижает целесообразность введения двухсменной работы [11]. Для решения проблем, связанных с производством молока, необходимо производство кормов с высокой обменной энергией и низкой стоимостью. Решить эту проблему частично возможно за счёт использования гибридов кукурузы с различными сроками вегетации, что увеличивает агротехнические сроки уборочных процессов, уменьшает потребность в механизаторах и технике.

Рынок мяса и продуктов его переработки напрямую связан с жизненным уровнем населения. Основная масса мяса и мясопродуктов в Челябинской области реализуется на внутреннем рынке, что обусловлено наличием промышленных городов и природно-экономическими факторами [12]. Для обеспечения устойчивого роста производства говядины в стране необходимо совершенствование кормообеспечения КРС. Повышение эффективности производства мяса крупного рогатого скота возможно за счет оптимизации рационов кормления на основе экономико-математического моделирования, где целевой функцией выступает минимизация затрат на производство корма [13].

По данным служб федеральной статистики [2, 7], в Челябинской области наблюдается снижение поголовья крупного рогатого скота на убой с целью получения мясной продукции (рисунок 1.4).

«

о

ю

ей

К

О

о- н

* о

Л н о 3 н

о

К

X

<и

ч

о

к

3-

65 60 55 50

35 30 25 20

2006

2009

2012

2014

2017

2020

2023

2025

Рисунок 1.4 - Динамика численности крупного рогатого скота, предназначенного на убой в Челябинской области

Устойчивое и эффективное производство кукурузы на силос в условиях Южного Урала и Южного Зауралья возможно при условии гарантированного созревания ее до молочно-восковой спелости к концу августа - началу сентября. Южное Зауралье занимает юго-западную часть Сибирской равнины, включая Курганскую область, а также часть территории Челябинской области, прилегающей к восточному склону Южного Урала [14-21]. Возможная технологическая схема при возделывании кукурузы на стерневом и отвальном фоне представлена в таблицах П2.1 и П2.2 [22].

Кукуруза не требовательна к предшественникам, что позволяет размещать ее по озимым и яровым зерновым, зернобобовым культурам, однолетним травам, по обороту пласта многолетних трав, картофелю, она хорошо переносит и повторные посевы. Поэтому выбор места кукурузы в севообороте может быть относительно произвольным - от трех- четырехпольных полевых или специализированных кормовых севооборотов до двухпольных фермерских и бессменных посевов. Последние варианты предпочтительны в связи с необходимостью

концентрации посевов кукурузы вблизи животноводческих ферм с целью снижения транспортных расходов.

Уборку кукурузы на силос начинают с конца срока достижения молочно-восковой спелости зерна и продолжают на протяжении всей фазы восковой спелости. При правильном подборе гибридов календарные сроки уборки приходятся на третью декаду августа - первую половину сентября. Желательно убрать большую часть посевов до интенсивных осенних заморозков. Силос с высоким содержанием зерна должен быть измельчен до длины частиц 0,5-0,8 см, только в этом случае достигается максимальная переваримость обменной энергии.

1.2 Современные технологии и технические средства для реализации

кормоуборочного процесса

В настоящее время совершенствование кормопроизводства должно быть направлено на повышение продуктивности культур и качества кормов. Решение задач интенсификации кормопроизводства, повышения качества кормов должно основываться на оптимальном использовании биологических факторов, включая адаптивный потенциал растительных ресурсов в сочетании с экономически целесообразными объёмами применения материально-технических средств. Одним из основных направлений практической реализации интенсификации кормопроизводства является совершенствование структуры посевных площадей кормовых и зернофуражных культур, рациональное их размещение в системе севооборотов [23, 24, 25].

В практике животноводства различают сочные, грубые, концентрированные корма, корма животного и микробиологического происхождения, минеральные подкормки, биологические препараты и синтетические азотистые вещества, комбикорма. Высокое качество кормов является важнейшим условием рентабельного животноводства, которое поможет хозяйству сэкономить на

закупке дорогостоящих комбикормов [26]. Основную долю в полнорационной кормовой смеси в зимних рационах животных занимают стебельные корма. Они составляют 60...68 % по энергии и протеину, 80 % - по витаминам. В 1 кг высококачественного стебельного корма содержатся все питательные вещества, необходимые для полноценного кормления (0,35...0,42 к. ед., 39...51 г перевариваемого протеина и до 50 мг каротина). Поэтому использование качественных стебельных кормов в рационах сельскохозяйственных животных является одним из важнейших условий успешного проведения зимовки и увеличения объема производства животноводческой продукции [27, 28, 29].

Эффективность использования кормов животными в значительной мере определяется качеством кормов и технологией подготовки их к скармливанию. Физиологически это объясняется тем, что корм с более высокой переваримостью быстрее проходит через пищеварительный тракт животного, освобождает его для приема новых порций. Следовательно, переваримость корма и продуктивность животного взаимосвязаны друг с другом. Чем выше переваримость, тем выше потребление корма и продуктивность животного [30, 31, 32]. В этой связи применение силоса с высокой питательной ценностью представляется перспективным направлением для увеличения молочной продуктивности, поскольку данный корм из свежескошенной или подвяленной зеленой массы, законсервированной в анаэробных условиях органическими кислотами, образующимися в результате преимущественно молочнокислого сбраживания или с добавлением химических консервантов, обеспечивает: сохранность питательных веществ на уровне 85. 90 % от исходного сырья, оптимальные показатели переваримости, стабильный микробиологический профиль [33, 34].

Для получения высококачественного силоса кукурузу убирают в фазы мо-лочно-восковой и восковой спелости при общей влажности массы растений не выше 70. 75 %, для заготовки зерностержневой смеси и фуражного зерна при влажности 65.70 %, зерна 34.45 %. Содержание кормовых единиц в

готовом силосе значительно зависит от фазы развития растений при уборке. Производство кормов из кукурузы сокращает потребность в кормовой площади за счет повышения выхода готового корма. Так, на одну корову в год требуется при однотипном кормлении: кукурузы по зерновой технологии - 0,5 га, однолетних трав - 2,5 га, многолетних - 3,9 га [35].

Гибриды кукурузы и агротехнические сроки связаны через индекс скороспелости (ФАО), он определяет группу спелости гибрида и влияет на сроки посева, развитие растений, урожайность. ФАО (Food and Agriculture Organization) - условный индекс, принятый Международной продовольственной и сельскохозяйственной организацией для измерения характеристик гибридов кукурузы, однако ФАО не всегда достаточно полно характеризует гибрид [36-39].

Концентрация обменной энергии является одним из ключевых показателей качества корма, необходимых для получения максимального объема производства животноводческой продукции. В работе авторов утверждается, что при концентрации обменной энергии не ниже 10 МДж/кг возможен выход на высокую молочную продуктивность скота [40, 41, 42]. Заготовка кукурузы на силос сопровождается высокой потребностью в трудовых ресурсах и значительной нагрузкой на уборочную технику в условиях ограниченного ресурсного потенциала агропромышленного комплекса в связи с тем, что высокие значения урожайности и параметров качества у этой культуры достигаются практически одновременно и не сохраняются в течение времени (уборка кукурузы происходит в сжатые сроки) [43]. Качество силоса и сенажа, а также выход питательности с единицы площади посевов во многом определяются сроками уборки растения. Автором [44] указаны фазы вегетации кормовых культур на сенаж и силос (таблица 1.1), уборка в этот период позволяет обеспечить максимальную питательную ценность корма.

Таблица 1.1 - Фазы вегетации растений и питательная ценность при уборке кормовых культур

Культура Фаза вегетации Питательность 1 кг сухого вещества, МДж

Кукуруза восковая спелость зерна 10,8.11,0

Однолетние бобово-злако-вые смеси восковая спелость зерна в двух нижних ярусах бобов 9,5.9,7

Многолетние бобовые, бо-бово-злаковые травостои бутонизация бобовых 10,5.10,8

Многолетние злаковые травы выход в трубку - начало колошения 10,5.10,7

Кормовые бобы восковая спелость зерна в нижних ярусах бобов 9,7.9,9

Смесь озимой вики с зерновыми злаками колошение злаков 9,2.9,3

Необходимо отметить, что в работе приведены обобщенные значения питательности кормов без рассмотрения конкретного гибрида и природно-климатических условий. В приложении 2 представлена продуктивность гибридов кукурузы с разными сроками вегетации и направлений использования в условиях Центральной России [45].

В настоящие время классификация гибридов кукурузы по срокам вегетации, учитывающая число суток от фазы всходов до биологической спелости зерна, сумму температур за вегетационный период, реализована в виде шкалы ФАО с разбивкой на классы по скороспелости: ФАО (100. 199) - раннеспелые гибриды, ФАО (200.299) - среднеспелые и т.д. Для гибридов с числом ФАО 170 период от посева в агротехнические сроки до полной спелости зерна составляет примерно 120 суток для степной зоны Ставропольского края в зависимости от суммы температур в период вегетации [46, 47, 48], для гибридов с числом ФАО 100.150 период вегетации составляет до 90 суток [49, 50].

С увеличением ФАО урожайность зеленой массы и зерна увеличивается. Однако срок созревания и продолжительность вегетации гибридов в различных климатических зонах не позволяют масштабировать результаты исследований. Так, для лесостепной зоны Южного Урала в работах авторов [14, 51, 52, 53, 54] указывается, что выращивание кукурузы на корм целесообразно с

максимальным числом ФАО 180, так как гибриды С ФАО больше 180 не достигают фазы восковой спелости зерна.

В современном сельском хозяйстве при производстве кормов используются высокопроизводительные дорогостоящие машины и агрегаты. Большинство предприятий Южного Урала используют только самоходные кормоуборочные комбайны, эксплуатация которых связана со значительными материальными затратами. Прицепная кормоуборочная техника распространена в меньшей степени, хотя для хозяйств с малыми площадями кормовых культур не требуется часовая производительность 150 т/ч. Для фермера возможен вариант использования прицепного агрегата с производительностью 50 т/ч при экономии на приобретение техники до 5 млн рублей [55, 56, 57].

Анализ технических ресурсов сельскохозяйственного производства как в Челябинской области, так и в стране показывает, что происходит уменьшение количества кормоуборочной техники, но увеличиваются сроки ее эксплуатации, вследствие чего снижается производительность, срываются агротехнические сроки возделывания сельскохозяйственных культур, растут потери продукции при уборке (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Количество кормоуборочных комбайнов в Челябинской

области

Техническая модернизация агропромышленного комплекса влечет за собой увеличение паспортной производительности, мощности двигателя, стоимости и массы кормоуборочных комбайнов (рисунок 1.6).

а

б

500 £ 450 * 400 ° 350

Л 300 g 250 g 200 § 150 " 100

КСК ДОН РСМ Big X Class 600 680 1301 650 Jaguar

850

16000 13000 12000 10000

£ 8000 М6000 4000 2000

КСК ДОН РСМ Big X Class 600 680 1301 650 Jaguar

850

в г

Рисунок 1.6 - Технические характеристики кормоуборочных комбайнов (а - производительность, т/ч; б - цена, тыс. руб.; в - мощность ДВС, кВт;

г - масса, кг)

Однако паспортную производительность кормоуборочных комбайнов не удастся реализовать при относительно небольшой урожайности полей, а увеличение массы машин ведет к переуплотнению почвы.

При производстве кормов основной технологической операцией является уборка. Известный способ уборки кукурузы на зерно зерноуборочным комбайном включает в себя отделение початков кукурузы от стеблей жаткой, обмолот в молотильном барабане зерноуборочного комбайна и передачу

очищенного зерна в бункер комбайна с последующей выгрузкой в кузов транспортного средства [58]. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к способу уборки на корнаж является уборка кукурузы на силос кормоуборочным комбайном: скашивание кукурузы в период молочно-восковой, восковой спелости, измельчение и погрузка в транспортное средство [59].

Кукурузу на силос возделывают по зерновой технологии, чтобы создать благоприятные условия для формирования початков и созревания зерна до мо-лочно-восковой спелости. Только при наличии початков с хорошо развитым зерном можно приготовить полноценный высокопитательный силос (корнаж) [60].

Таким образом, для повышения эффективности кормопроизводства, снижения потребности в технических и трудовых ресурсах целесообразно рассмотреть возможность увеличения оптимальных сроков уборки, в том числе за счёт сочетания гибридов кукурузы с различными сроками вегетации и альтернативных способов уборки, таких как корнаж. Початок измельчается, а зерно дробится доизмельчителем, таким образом заготавливается корнаж -высокопитательный корм/добавка для балансировки рациона [61].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Черняев Денис Александрович, 2026 год

Ч - Ч

кон о

где О Чкон - сроки начала и окончания работы; Ск.е.прие.з - приведенная текущая питательная ценность силоса, к.е./кг.

Питательная ценность кукурузного силоса описывается уравнением

С =С (1+ К Ч), цке./ц (1.17)

к.е.тек к.е.опт\ и / ' ^ V /

где Ск.е.опт - питательная ценность силоса, соответствующая максимальному выходу кормовых единиц с единицы площади; Кп - коэффициент пропорциональности, Кп=0,0137 доль/сут.; Ч - время уборки, дни.

Изменение урожайности кукурузы в зависимости от времени выполнения уборочных работ (и фазы спелости початка)

^ = аЧ2 + ЫЧ + Уо, (1.18)

где Ч - отклонение работ от оптимального срока, соответствующего максимальному выходу кормовых единиц с единицы площади, дни; Уо - урожайность культуры, соответствующая максимальному выходу кормовых единиц с единицы площади, Го=0,8415 доли; а, Ь - коэффициенты пропорциональности, а=-1,43-10-4 доли/сут.; Ь=-96,93-10-4 доли/сут.

На основе литературных источников построены зависимости урожайности, питательной ценности и продуктивности кукурузы от фазы спелости зерна, представленные на рисунке П2.1 приложения 2. Зависимости, полученные Астафьевым В.Л. [118], требуют корректировки для природно-климатической зоны Южного Урала и гибридов кукурузы с различными сроками вегетации.

Максимальная продуктивность кукурузных гибридов достигается в период восковой спелости зерна, однако уборку необходимо проводить до наступления осеннего заморозка, который в среднем приходится на 10 сентября [17]. Проведение работ после наступления осеннего заморозка позволяет расширить агротехнологические сроки уборки и снизить потребное

количество технологических машин [119], однако существенно увеличивает потери урожайности и снижает питательную ценность силоса, в отличие от корнажа, в котором питательная ценность увеличивается благодаря продолжающемуся в это время наливу зерна. В настоящее время селекционным методом выведено достаточное количество скороспелых гибридов кукурузы, чтобы провести уборочные работы до наступления осенних заморозков и исключить потери около 10% массы растений по сухому веществу [120].

Шепелевым С.Д. [121] представлена экономико-математическая модель по обоснованию количества кормоуборочных комбайнов.

Содержание обменной энергии определяется выражением

Ск. е(п) Ск. е.опт (1+КпКп)), (1.19)

где Ск.е.опт - опытное содержание обменной энергии, МДж/ц.

Изменение урожайности кукурузы в зависимости от продолжительности выполнения уборочных работ определяется зависимостью

Ку(п)=аГ2(п)+Ы(п)+Уо, (1.20)

где У0 - максимальная урожайность с единицы площади, доль; а, Ь - коэффициенты регрессии; ? - время выполнения уборочных работ, сут.

Экономико-математическая модель по обоснованию количества кормоубо-рочных комбайнов имеет вид

Б(ш) = Ку (ш)Ск.е(т)УпОаквку

т п

IБ^ау[ + I Б<-ау<-1=1 <=1

^ шах, (1.21)

где Б1 - балансовая стоимость /-го уборочного агрегата ?-го транспортного средства, руб.; а - затраты на погашение банковского кредита, доля; у - доля занятости ьго уборочного агрегата и д - го транспортного средства; ку - коэффициент снижения урожайности в зависимости от погодных условий.

В работе Шепелева С.Д. доказана экономическая целесообразность использования сочетания двух гибридов ФАО 110 и ФАО 180 и обосновано соотношение гибридов ФАО 110 (60 %) и ФАО 180 (40 %), при этом потребность в технике снижается до 33%. В исследованиях не учитывалось изменение

урожайности и питательной ценности гибридов с различными сроками вегетации во времени, не были рассмотрены способ уборки кукурузы на корнаж, возможное сочетание трех гибридов, не было учтено, что в условиях Южного Урала гибриды с числом ФАО выше 170 могут не достигать восковой спелости зерна. Питательная ценность кормов из гибридов с различными периодами вегетации не рассматривалась. Данные по продуктивности требуют корректировки для условий Южного Урала, т.к. взяты из литературных источников.

Заморозки снижают урожайность зеленой массы кукурузы от 30 до 50 %. Ежегодно до 30% площадей, занятых кукурузой на силос, убирается после заморозков, что приводит к большим недоборам урожая. Соблюдение агротехнических сроков при уборке кукурузы обеспечивает максимальный сбор питательных веществ с единицы площади [61, 122].

Осенний заморозок и наступление молочно-восковой спелости зерна определяет агротехнические сроки для уборки кукурузы на силос. Одним из резервов увеличения сроков уборки, снижения количества технологических и транспортных машин и получения кормов с высоким содержанием обменной энергии является заготовка корнажа из кукурузы. Этот способ уборки кукурузы на корм включает в себя отделение и измельчение початка вместе с оберткой, стержнем и частью ножки початка в фазе восковой спелости зерна [41, 123]. В процессе уборки высокоэнергетического корма растительная масса, которая не подвергается консервации, измельчается и разбрасывается на поверхность поля, растительные остатки участвуют в создании мульчирующего слоя, обеспечивающего сохранение влаги в почве. Основные направления мировой селекции заключаются в создании гибридов с высокой потенциальной продуктивностью [124, 125, 126].

В работе [127] доказана более высокая питательность корнажа по сравнению с кукурузным силосом. Включение корнажа в рацион позволяет увеличить среднесуточный удой, снизить стоимость суточного рациона. У корнажа высокая влажность, поэтому требуется соблюдение технологии хранения для предотвращения порчи. Для хранения могут применяться силосные траншеи,

силосные башни, полимерные рукава; корнаж может храниться в сухом виде в зернохранилище. Уборка на корнаж имеет технологическое сходство с процессом уборки кукурузы на силос. Для заготовки корнажа из кукурузы используют кормоуборочные комбайны с жаткой зерноуборочного комбайна для уборки кукурузы на зерно. К сожалению, отечественные кормоуборочные комбайны не имеют такой возможности, для этой цели необходимо разработать специальный адаптер.

Таким образом, дальнейшие исследования должны быть направлены на получение экономико-математических моделей по обоснованию количества уборочных агрегатов и механизаторов, по определению взаимовлияния процессов созревания и сроков уборки гибридов кукурузы с различными сроками вегетации, их рационального сочетания при возделывании и уборке. Создание кормового конвейера, основанного на рациональном соотношении культур и гибридов разных групп созревания, обеспечит продление периода уборки, позволит повысить эффективность использования кормоуборочной техники, снизить потребность в технике и людях в условиях ограниченных ресурсов.

1.5 Проблемная ситуация, гипотеза и задачи исследования

Установлено, что валовой надой молока в предприятиях Челябинской области значительно снижается, в том числе за счёт уменьшения количества молочных коров. Поэтому в условиях дефицита молочных продуктов остро стоит задача снижения себестоимости производимых кормов. Проблема усугубляется дефицитом трудовых ресурсов, высокой стоимостью кормоуборочной техники, низким уровнем ее использования. Решить эту задачу возможно путем снижения потребности в технических и трудовых ресурсах за счет увеличения длительности использования кормоуборочной техники на основе рационального сочетания гибридов кукурузы с различными сроками вегетации и способов уборки. Требуются дополнительные исследования для получения новых

закономерностей и взаимосвязей кормоуборочных процессов при использовании различных по длине вегетационного периода гибридов и способов уборки.

Рабочая гипотеза. Использование гибридов с различными сроками вегетации и рациональное сочетание уборки на силос и корнаж позволит снизит потребность в трудовых и технических ресурсах.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

1. Разработать экономико-математическую модель и обосновать рациональное количество технологических и транспортных машин для уборки кукурузы с различными сроками вегетации на силос и корнаж.

2. Разработать конструкцию адаптера для агрегатирования жатки зерноуборочного комбайна с кормоуборочным комбайном, обеспечивающего уборку кукурузы на корнаж, и обосновать его конструктивные и технологические параметры.

3. Произвести производственную проверку и технико-экономическую оценку результатов исследований на сельскохозяйственных предприятиях.

ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ КОРМОУБОРОЧНОГО ПРОЦЕССА

2.1 Факторы, влияющие на эффективность кормоуборочного процесса

В условиях лесостепной зоны Южного Урала уборка кукурузы на силос происходит в ограниченные сроки из-за наступления раннего осеннего заморозка; позднеспелые гибриды с числом ФАО выше 170 не обеспечивают потенциальную урожайность и не достигают восковой спелости зерна. Наступление осеннего заморозка ведет к потере урожая кормовой кукурузы, вызывает необходимость расширения парка уборочных и транспортных машин, привлечения дополнительных трудовых ресурсов, что значительно повышает затраты и себестоимость кормов. Использование гибридов кукурузы с различными сроками вегетации позволяет увеличить сроки уборки, снизить затраты, но значительного экономического эффекта можно достичь внедрением способа уборки кукурузы на корнаж при варьировании гибридов с числом ФАО от 110 до 170 в зависимости от природно-климатических условий лесостепной зоны Челябинской области.

Планирование и организация выполнения технологических процессов в сельскохозяйственном производстве задаются сезонным характером работ, ограниченными сроками их проведения, изменчивостью гидротермических условий, взаимосвязанностью работы разнотипных агрегатов, наличием и квалификацией трудовых ресурсов, рядом других факторов. Рациональная организация труда в земледелии базируется на принципах поточного производства, таких как непрерывность, ритмичность, пропорциональность и согласованность. Для получения максимального экономического эффекта от кормоуборочного процесса необходимо выполнение соответствующего объема работ в агротехнические сроки с получением качественного корма. Основные производственные факторы, влияющие на эффективность кормоуборочного процесса, отражены на схеме (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Классификация основных факторов формирования

кормоуборочного процесса

Кормоуборочный технологический цикл представляет собой систему, объединяющую технические средства (кормоуборочные агрегаты, транспортные единицы, оборудование для технического обслуживания) и человеческие ресурсы (комбайнеры, механизаторы, вспомогательный персонал и т.д.). Для повышения эффективности кормоуборочного процесса требуется увеличение сроков уборки культур, определяемых их

урожайностью, питательной ценностью и технологическими требованиями к качеству кормов.

Рациональное построение уборочно-транспортного процесса может быть осуществлено с позиций системного подхода как методологического принципа [128, 129]. Информация о воздействии факторов формирования кормоубороч-ного процесса на входные и выходные параметры играет важную роль в процессе управления системой в целом. Чтобы выделить наиболее существенные факторы, влияющие на ход уборочного процесса, необходим всесторонний анализ, охватывающий не только технические, организационные, но и агротехнологиче-ские факторы. При отклонении фактических сроков выполнения сельскохозяйственных работ от агротехнических нормативов возникает необходимость в корректировке организационно-технологических параметров производства. Данная корректировка может осуществляться по двум направлениям: либо через пропорциональное сокращение посевных площадей с целью сохранения качественных показателей выполнения технологических операций, либо посредством интенсификации производственного процесса за счет дополнительного привлечения технических средств и трудовых ресурсов. Выбор конкретного адаптационного механизма должен основываться на комплексном анализе экономической целесообразности и технологических возможностей сельскохозяйственного предприятия. В современных условиях резервом повышения эффективности кормоуборочных процессов является увеличение сроков уборки за счёт сочетания гибридов кукурузы с различным сроком вегетации на силос и корнаж.

Для оценки согласованности уборочных процессов в производственном цикле разработана структурная схема (рисунок 2.2). В качестве входных параметров выступают ресурсное обеспечение (количество техники, ее работоспособность, количество механизаторов), природно-климатические условия, которые являются неуправляемыми факторами, влияющими на эффективность функционирования механизированных процессов. К выходным параметрам

системы относятся потребность в кормоуборочных комбайнах (п), механизаторах (Яь), длительность работ (П), стоимость продукции (П) и затраты ресурсов на функционирование системы (£). Выходом рассматриваемой системы является своевременное выполнение работ (П) в соответствии с агротехническими требованиями (Па). От рациональной длительности выполнения полевых работ зависит потребность в технических и трудовых ресурсах (п, Яь) и себестоимость производимой продукции. Необходимо отметить, что результаты производственного цикла выявляются после выполнения механизированных процессов в уборочном периоде в виде продукции определенного качества, что ведет к максимуму прибыли. При проектировании механизированных процессов уборки определяется ресурсное обеспечение, которое в процессе работы корректируется сравнением реальной П и проектной Па длительности выполнения работ.

В случае превышения агротехнических сроков при проведении уборочных работ в сельскохозяйственных предприятиях возникает несколько сценариев:

1. Сокращение посевных площадей (К), что вызывает снижение объемов производства и противоречит концепции продовольственной безопасности страны.

2. Увеличение количества техники и привлечение дополнительных трудовых ресурсов, что в настоящее время достаточно сложно осуществить из-за финансовых трудностей сельскохозяйственных предприятий и дефицита квалифицированных механизаторов.

3. Увеличение рациональных сроков уборки сельскохозяйственных культур за счет применения гибридов с различным сроком вегетации, выбор способа уборки кукурузы на силос и корнаж.

Рисунок 2.2 - Структурная схема управления уборочным процессом (ПКУ - природно-климатические условия; РО - ресурсное обеспечение; У -урожайность, ц/га; П - потери продукции, ц; п - потребность в уборочных агрегатах, шт.; Ыь - количество механизаторов; В - сроки выполнения работ, сут.; 2 - затраты на функционирование системы, руб.; Ва - агротехнические

требования выполнения работ, сут.)

Для повышения эффективности функционирования кормоуборочного процесса необходимо определить закономерности изменения взаимосвязи параметров на входе и выходе во времени с целью оказания на них управляющего воздействия. Взаимосвязь может быть установлена на основе математического моделирования, чему посвящены следующие разделы главы.

2.2 Обоснование количества транспортных средств при сочетании гибридов кукурузы и способов уборки

При расчетах потребного количества транспортных средств для обеспечения кормоуборочного процесса используются зависимости, описанные в источниках [130, 131, 132]

Расстояние, пройденное автомобилем вместе с комбайном:

¿пог = км (2.1)

ВрУКу

где q - грузоподъемность транспортного средства, т; Вр - рабочая ширина захвата жатки кормоуборочного комбайна, м; ус - коэффициент использования грузоподъемности транспортного средства; У - урожайность корма из кукурузы, ц/га; Ку - коэффициент урожайности, зависящий от вида корма. Время рейса

г . = г +г +г +г , ч (2.2)

рейс пог гр раз х' V • /

где ?пог - время погрузки автомобиля, ч; ?гр - время движения от поля до силосной ямы, ч; ?раз - время разгрузки автомобиля, ч; ?х - время холостого движения от силосной ямы до кормоуборочного комбайна, ч. Время погрузки автомобиля, ч:

г + г , (2.3)

пог у по ' V /

"к

где ?по - время подъезда и отъезда автомобиля от кормоуборочного комбайна, ч; ¥к - скорость движения кормоуборочного комбайна, км/ч. Время движения груженого автомобиля

I = ^, ч (2.4)

гр V > V )

' I

где Ьге - расстояние от поля до силосной ямы, км; Уг - скорость движения груженого автомобиля, км/ч.

Время движения порожнего автомобиля

1х = ^, ч (2.5)

х V

х

где Ух - скорость движения порожнего автомобиля, км/ч. Потребное количество транспортных средств, шт.:

т =. (2.6)

пог

Потребное количество транспортных средств для звена комбайнов

тк = пт. (2.7)

На основе работ авторов [130, 131, 133] получена математическая зависимость количества транспортных средств от числа кормоуборочных комбайнов при уборке кукурузы на корнаж:

Юау I I

-^— +1 + +1

BYKVh т по V разгр V

т = п р у к 1Л-1-^, (2.8)

ЩУс +1 В^К/кт по

где п - количество кормоуборочных комбайнов, шт.; д - номинальная грузоподъемность автомобиля, т; ус - коэффициент использования грузоподъемности транспортного средства; Вр - рабочая ширина захвата кормоуборочного комбайна, м; У - урожайность зеленой массы силосной культуры, т/га; Ук -рабочая скорость движения кормоуборочного комбайна, км/ч; гпо - время отъезда и подъезда автомобиля от кормоуборочного комбайна, ч; /ге - расстояние от поля до силосной ямы, км; Уг - среднетехническая скорость автомобиля, км/ч; гразгр - время разгрузки автомобиля на силосной яме, ч; Ух - скорость движения порожнего автомобиля, км/ч; Ку - коэффициент, учитывающий изменение урожайности в зависимости от способа уборки.

Большое значение при возделывании кукурузы имеет потребное количество транспортных средств, необходимых для обслуживания кормоуборочных комбайнов. Учитывая работу [106], мы рассчитали оптимальное количество транспортных средств при возделывании кукурузы на корнаж и силос при использовании трех гибридов кукурузы с различными сроками вегетации.

В результате моделирования выявлена зависимость количества транспортных машин от количества комбайнов при различных способах уборки кукурузы (рисунок 2.3). Количество транспортных машин при уборке кукурузы на силос для гибридов ФАО 110 и ФАО 140 составило 20, при уборке на кор-наж 6; для гибрида ФАО 170 число транспортных машин составило 24 при уборке на силос и 9 при уборке на корнаж.

25

н

3

ев Н

О С

О

К св

Н

О И Н О

и сг

5

4 о

« 0

20 15 10 5

ФАО110 ФАО140

□ Силос ЕЭ Корнаж

ФА0170

Рисунок 2.3 - Зависимость количества транспортных средств типа КамАЗ 45143 при изменении гибрида и способа уборки (д=8 т; Чпог=0,04 ч для силоса; ?пог=0,06 ч для корнажа; Рзр=0,04 ч; 4е=5 км; Ух=40 км/ч; Уг=20 км/ч;

71=25 т/га; 72=30 т/га ; 7з=40 т/га)

Важное условие при расчете транспортного обеспечения - согласованность движения кормоуборочного комбайна и транспортного средства для загрузки зеленой массы. Установлено, что при уборке высокоэнергетического корма (початков кукурузы) за счёт снижения зеленой массы потребное количество транспортных средств снижается. Так, при обслуживании трех

комбайнов количество транспортных средств марки КамАЗ 451143 снижается с 12 до 9 единиц.

Насыпная плотность силосной массы кукурузы находится в пределах 0,20.0,25 т/м3, при наращивании бортов коэффициент использования грузоподъемности транспортного средства КамАЗ будет равен 0,66 [61]. У корнажа насыпная плотность составляет 0,40. 0,48 т/м3.

Снижение потребного количества транспорта закономерно снижает потребность в людских ресурсах. Помимо снижения транспортных расходов при уборке кукурузы на корнаж, снижается объем силосной траншеи, следовательно, и затраты на ремонт, трамбовку, пленку и т.д.

Установлено, что при уборке кукурузы на корнаж потребное количество кормоуборочных комбайнов снижается, в связи со снижением зеленой массы снижается и потребность в транспортных средствах. Внедрение способа уборки кукурузы на корнаж в фазах молочно-восковой и восковой спелости зерна позволит снизить потребность в кормоуборочных комбайнах и транспортных средствах для их обслуживания в 2,5 раза.

2.3 Обоснование количества кормоуборочных комбайнов с учетом использования гибридов кукурузы с различными сроками вегетации

Одним из важных условий для устойчивого и рентабельного развития сельскохозяйственных предприятий животноводческого направления является наличие кормов с высокой питательной ценностью. Корма из кукурузы являются основой для рациона крупного рогатого скота, источником концентрированной обменной энергии, большая часть которой содержится в зерне. Питательная ценность силоса, заготовленного по традиционной технологии, значительно снижается при нарушении агротехнических сроков, так как состоит в основном из стеблей и листьев [93, 94, 95]. Доказано, что в условиях кормопроизводства на Южном Урале целесообразно возделывать гибриды

кукурузы на силос в различном сочетании в зависимости от потенциала с числом ФАО от 110 до 170 [112, 134, 135].

Математическая модель включает прибыль от реализации корма, с учетом затрат на привлечение технологических и транспортных машин и зависит от длительности выполнения работ, графическая интерпретация целевой функции представлена на рисунке 2.4.

Количество технологических машин, шт.

Рисунок 2.4 - Схема обоснования рационального количества технологических машин: 1 - прибыль от эксплуатации технологических и транспортных машин, руб.; 2 - стоимость корма, руб./МДж; 3 - суммарная прибыль, руб.; 4 - условно-постоянные затраты на эксплуатацию технологических и транспортных машин, руб. (1 - Н(п) = и(n)YЦFkykn ;

2 - 1 (п) = тБру + пБа у + 1п; 3 - Х(п) = И(п)-1(п); 4 - ¿„(и))

С увеличением длительности уборочных работ снижаются затраты на привлечение технологических и транспортных машин (кривая 2), а прибыль от реализации корма снижается из-за наступления осеннего заморозка и потери части зеленой массы (кривая 1), суммарная прибыль зависит от

количества технологических машин и прибыли от реализации корма (кривая 3), нахождение экстремума функции суммарной прибыли является задачей математического моделирования.

Прибыль определяется разницей между стоимостью получаемой продукции и затратами на привлечение технологических и транспортных машин:

X(n) = H(n) - Z (n) ^ max, руб. (2.9)

где Z(n) - затраты на привлечение технологических и транспортных машин, руб.; H(n) - стоимость получаемого корма, руб.

Затраты на привлечение технологических и транспортных машин определяются формулой

Z (n) = nBfiyi + mßjajyj + zn (n), (2.10)

где n - количество технологических машин, шт.; m - количество транспортных средств, шт.; Bi - балансовая стоимость технологической машины, руб.; Bj -балансовая стоимость транспортного средства, руб.; ai - коэффициент амортизационных отчислений технологической машины; aj - коэффициент амортизационных отчислений транспортного средства; yi - доля занятости технологической машины; yj - доля занятости транспортного средства; zn(n) - условно-постоянные затраты на эксплуатацию технологических и транспортных машин, руб.

Стоимость получаемого корма с учетом продуктивности гибридов определяется зависимостью

H(n) = UYUFFkykn, руб. (2.11)

где U - продуктивность гибрида кукурузы, МДж/ц; Ц - цена 1 МДж силосной массы, руб./МДж; Y - урожайность зеленой массы корма, ц/га; F - площадь уборки, га; ky - коэффициент потерь, зависящих от погодных условий; kn - коэффициент потерь за комбайном.

Продуктивность гибрида определяется выражением [118]

U = CkKy, МДж/ц (2.12)

где Ck - энергетическая питательность корма из кукурузы, МДж/ц; Ky - коэффициент урожайности корма из кукурузы в зависимости от гибрида, способа и сроков уборки.

Коэффициент урожайности зеленой массы определяется по формуле

К, = , (2.13)

max

где Гшах - максимальная урожайность зеленой массы на 1 сентября, ц/га; Y -урожайность зеленой массы в зависимости от способа и сроков уборки, ц/га.

Для расчета стоимости получаемого корма (с учетом продуктивности гибридов) выражение (2.11) запишем в виде

X(n) = С,KyYFWkykn. (2.14)

Длительность работ с учетом количества кормоуборочных комбайнов определяется по формуле

D(n) = F, сут. (2.15)

Qdn

где D(n) - длительность работ с учетом наступления осеннего заморозка, сут.; Qd - суточная производительность кормоуборочного комбайна, га/сут.

Подставим в математическое выражение (2.9) выражения (2.10-2.15) и получим целевую функцию в виде

X(n) = CkKyFYmeky -(nBia1y1 + m(n)BjaJyJ + Zn(n))^ max, (2.16)

где Y - урожайность кукурузы, ц/га; Ц- цена одного МДж корма, руб./мДж; n - количество технологических машин, шт.

Математическое выражение по обоснованию потребного количества кор-моуборочных комбайнов по критерию максимума прибыли (2.14) с учетом преобразования выражения (2.16) примет вид:

X(n) = CkKy Ymky - (nBa, + m(n)Bjaj,j + zn (n)) ^ max. (2.17)

Суточная производительность кормоуборочного комбайна определяется по зависимости:

Qd = W4TCMknykpkCM, га/сут. (2.18)

где W4 - часовая производительность кормоуборочного комбайна, га/ч; Tcm -время смены, ч; kny - коэффициент погодных условий; kp - коэффициент работоспособности; kCM - коэффициент сменности.

Теоретическая часовая производительность кормоуборочного комбайна определяется на основании известной формулы:

W = 0,1BpVp, га/ч (2.19)

где Bp - рабочая ширина захвата жатки кормоуборочного комбайна, м; Vp -рабочая скорость кормоуборочного комбайна, км/ч;

Часовая производительность кормоуборочного комбайна определяется на основании известной формулы, га/ч:

W = 0,lBpVpT, (2.20)

где т - коэффициент использования времени смены.

Так как при уборке кукурузы на корнаж часть зеленой массы остается на поверхности поля, часовая производительность кормоуборочного комбайна зависит от пропускной способности и определяется по формуле [136]

W = 36q.rnAq max (2.21)

где qmax - максимальная пропускная способность кормоуборочного комбайна, кг/с; KHqmax - коэффициент использования пропускной способности кормоубо-рочного комбайна.

Коэффициент использования пропускной способности кормоуборочного комбайна изменяется в зависимости от способа уборки:

0,01YBV „.

Kuq max =-. (2.22)

qmax

Коэффициент использования пропускной способности кормоуборочного комбайна с учетом изменения урожайности гибридов и способа уборки кукурузы на силос и корнаж имеет вид:

К

ид тах

0,0\УБ¥Ку

^тах

(2.23)

С учетом коэффициента урожайности производительность кормоубороч-ного комбайна при уборке кукурузы на силос и корнаж примет вид:

3бд„

К =■

0,01УБУКу

^тах

У

-т.

(2.24)

Сменная производительность кормоуборочного комбайна

& = КчТсм, га/смена (2.25)

При проектировании кормоуборочного процесса необходимо учитывать срок вегетации гибридов кукурузы; сочетание гибридов позволит снизить затраты на привлечение технологических и транспортных машин (рисунок 2.5).

и

о &

С

ФАО 140

п

ФАО 110 п

ФАО 170 Г,

образование зерна

молочочная спелость

мо лоч но -во ско вая спелость

восковая спелость

Заморозок

фаза спелости

Рисунок 2.5 - Питательная ценность гибридов кукурузы с разными сроками вегетации

Для обеспечения максимальной продуктивности при использовании гибридов с различным сроком вегетации необходимо провести уборку культуры до наступления восковой спелости гибрида, т.е. уборка кукурузы на силос

гибрида ФАО 110 должна быть выполнена до наступления восковой спелости гибрида ФАО 140:

T = T -T. (2.26)

где Tf; T2 - разница между наступлением молочно-восковой спелости гибридов и осенним заморозком, сут.

Подставим уравнения по питательности и коэффициенту урожайности, полученные при экспериментальных исследованиях на опытном поле (см. гл. 4), в математическое выражение (2.19), и целевая функция по обоснованию потребного количества кормоуборочных комбайнов по критерию максимума прибыли для гибрида с числом ФАО 110 примет вид

X(n) = (aD2(n) + bD(n) + с)FYUfcky - (nBtay + m(n)B}ay} + zn(n)) ^ max, (2.27)

где af; bf; cf - коэффициенты регрессии уравнения продуктивности гибрида ФАО 110.

Математическое выражение по обоснованию потребного количества кор-моуборочных комбайнов по критерию максимума прибыли для гибрида с числом ФАО 140, с учетом регрессионных уравнений по питательности и коэффициенту урожайности запишем в виде

X(n) = (йгВ2(n) + b2D(n) + с)F2YDksky -(nßpy + m(n)ßjayj + zn(n)max, (2.28)

где a2; b2, с2 - коэффициенты регрессии уравнения продуктивности гибрида ФАО 140.

Математическое выражение по обоснованию потребного количества кор-моуборочных комбайнов по критерию максимума прибыли для гибрида с числом ФАО 1 70 с учетом регрессионных уравнений по питательности и коэффициенту урожайности запишем в виде

X(n) = (a3D2(n) + b3D(n) + с)FYЦККу - (nBtay + m(n)Bjayj + zn(n)) ^ max, (2.29)

где a3; b3; c3 - коэффициенты регрессии уравнения продуктивности гибрида ФАО 170.

Удельная прибыль с единицы площади определяется формулой

П(п) = Xn ^ max, руб./га F

(2.30)

Моделированием определено, что при использовании гибридов группы ФАО-110, которые сочетают меньшую урожайность зеленой массы с высокой долей зерна и концентрацией обменной энергии, потребуется наименьшее количество машин при уборке кукурузы на силос. При уборке кукурузы на кор-наж рациональные сроки уборки увеличиваются, а потребность в технологических и транспортных машинах, и в трудовых ресурсах снижается (приложение 3), графическая интерпретация представлена на рисунке 2.6.

CÖ

ю iy CP

А

Ч

23 ю к

CP

С

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

20000

CÖ U

iy 15000

CP

5 10000

►Q

Ю

д 5000

1 2 3 4 5 Количество комбайнов, шт силос — «корнаж

1 2 3 4 5 6

Количество комбайнов, шт

силос — "корнаж

а

б

0

Количество комбайнов, шт

силос — "корнаж в

Рисунок 2.6 - Зависимость количества уборочных агрегатов при изменении гибрида и способа уборки: а - ФАО 110; б - ФАО 140; в - ФАО 170 (Г7=180

ц/га; Y2=280 ц/га; 7^=400 ц/га; F=1000 га; 0=3,6 м; V=8; ky=1; ke=0,95; B=8500000 руб.; B=4500000 руб.; а=0,18; TCM=12 ч; т=0,65; Ц=1 руб./МДж;

k„=1,18; k«=1,5)

В результате математического моделирования кормоуборочного процесса на основе уравнений (2.27), (2.28), (2.29) установлено, что с увлечением числа ФАО потребность в технологических и транспортных машинах увеличивается из-за сжатых сроков уборки. Графическая интерпретация потребного количества кормоуборочных комбайнов представлена на рисунке 2.7.

6

т шт 5

в,

о н « 4 а б м § 3

о в

Й 2 е ч и л

й 1

ФАО110

ФАО140

ФАО170

■ силос

Iкорнаж

Рисунок 2.7 - Зависимость количества комбайнов от способа уборки и гибрида кукурузы (В=3,6 м; Тсм=12 ч; ^=10 км/ч; Ц=1,00 руб./МДж; F=1000 га; т=0,65; ^=0,95; £е=0,85)

Как показывают расчёты, наименьшее количество технологических машин при уборке кукурузы на силос потребуется при использовании гибридов группы ФАО 110, у которых период достижения молочно-восковой спелости зерна меньше, что позволяет увеличивать длительность уборочного процесса. При возделывании кукурузы на корнаж возможные сроки уборки увеличиваются, что вызывает значительное снижение потребного количества технологических и транспортных машин. Математическое моделирование показывает, что способ уборки кукурузы на корнаж позволяет снизить потребность в кормо-уборочной технике более чем на 50%.

0

Количество механизаторов согласно ГОСТ 2730-88 определяется выражением [137]

i ф

где Лщ5 - число производственного персонала, обслуживающего ф агрегатов в ^ расчетный период на I работе, чел.; Ыщ? - количество I машин, необходимых для выполнения сезонного объема работ, шт.

Как показывают расчеты, при уборке сочетания трех гибридов с различными сроками вегетации потребное количество механизаторов снижается на 30%, при сочетании таких гибридов и способа уборки кукурузы на корнаж потребное количество механизаторов на технологических и транспортных машинах снижается на 70% в сравнении с возделыванием одного гибрида кукурузы на силос (рисунок 2.8).

25 -

5 20

ЕТ

и"

О Й

И 15

к

X а

X <и

О и н о и

ЕГ 5

ч

о «

10

Рисунок 2.8 - Зависимость количества механизаторов от сочетания гибридов с различным сроком вегетации и способа уборки на площади 1000 га (1 - силос (ФАО 140); 2 - сочетание гибридов кукурузы на силос (ФАО 110; ФАО 140; ФАО 170); 3 - сочетание гибридов кукурузы на силос и корнаж)

5

0

1

2

3

2.4 Обоснование структуры площадей при сочетании гибридов кукурузы с различным сроком вегетации

В условиях Южного Урала целесообразно выращивание гибридов кукурузы группы ФАО 110. 170. Расчет оптимального соотношения площадей для посева гибридов с различными сроками вегетации играет важную роль при планировании эффективности кормового севооборота. В результате исследования установлено, что рациональный подбор соотношения площадей, выделенных для посева гибридов с различными сроками вегетации, и способа уборки позволит увеличить сроки уборки, повысить эффективность использования кормоуборочных комбайнов и снизить потребность в транспортных средствах и механизаторах в условиях ограниченного ресурсного потенциала агропромышленного комплекса.

Необходимо проводить своевременную уборку кукурузы на силос (до наступления осеннего заморозка), если сроки превышают агротехнические, возникает потребность в привлечении дополнительной технологической машины и транспортных средств.

Для максимально эффективной реализации кормового потенциала гибридов кукурузы с различным сроком вегетации уборку кукурузы на силос следует проводить до наступления осеннего заморозка. После наступления заморозка убирают кукурузу на корнаж. Рациональное соотношение площади посева гибридов кукурузы по критерию максимума прибыли рассчитывается следующим образом:

F = nQD, га (2.32)

где D - число рабочих суток; Qd - суточная производительность кормоуборочного комбайна, га/сут.

Для обоснования пропорции между площадями под гибриды кукурузы с различными сроками вегетации разработана математическая модель, где за основу принят критерий максимума прибыли, она представляет собой разность между стоимостью урожая (C) и затратами на его возделывание (Z):

S (F) = C(F) - Z ^ max. (2.33)

Стоимость продукции можно представить как функциональную зависимость от площади гибрида, руб.:

С (F) = Су (F) + Cp (F2) + Сп (F), (2.34)

где Cy(F1); CP(F2); Cn(F3) - цена кукурузного силоса гибридов с ранним, средним и поздним вегетационным периодом, руб.; F1; F2; F3 - площадь уборки трех гибридов с различными сроками вегетации, га.

Моделирование соотношения площадей выполняется последовательно под гибриды ФАО 110 и ФАО 170, затем под гибрид ФАО 140.

Получена целевая функция по рациональному соотношению площадей под гибриды кукурузы с различными сроками вегетации. Площадь уборки, выделенная под гибрид ФАО 110, определяется целевой функцией

S(F) = Ck^KyFYmKK + C^K^YF^k^ -Z ^max, (2.35)

где Gki - энергетическая питательность гибрида кукурузы, ФАО 110 МДж/ц; Сиз - энергетическая питательность гибрида кукурузы, ФАО 170 МДж/ц; Ky1 -коэффициент урожайности гибрида кукурузы ФАО 110; Ky3 - коэффициент урожайности гибрида кукурузы ФАО 170; Ц - цена корма из кукурузы, руб./МДж; F1 - площадь, выделенная под гибрид ФАО 110, га; F3 - площадь выделенная, под гибрид ФАО 170, га.

Площадь уборки, выделенная под гибрид ФАО 140, определяется целевой функцией

S(F2) = Cn(F2)Ky2(F2)Y2F2meky + Ck3(F2)Ky3(F2)Y3F3(F2Weky -Z ^ max, (2.36)

где Си2 - энергетическая питательность гибрида кукурузы ФАО 140 МДж/ц; Ky2 - коэффициент урожайности гибрида кукурузы ФАО 140; F2 - площадь, выделенная под гибрид ФАО 1 40, га.

Площадь, выделенная под позднеспелый гибрид ФАО 170, га:

F = F - F - F. (2.37)

Результаты моделирования показали, что при уборке кукурузы на силос с общей площадью полей 1000 га площадь под гибриды с ФАО 110 должна

составлять 400 га, с ФАО 140 - 300 га, а под гибриды с ФАО 170 - 300 га (рисунок 2.9). Расчет соотношения площадей представлен в приложении 5.

40%

ййФАО 110 ФАО 140 ■ ФАО 170

30%

Рисунок 2.9 - Соотношение по площади раннеспелых (ФАО 110), среднеспелых (ФАО 140) и позднеспелых (ФАО 170) гибридов кукурузы при уборке на силос (^=1000 га; £=3,6 м; Ук=7 км/ч; £¿=8500000 руб.; £,=450000

руб.; Тсм=12 ч; Ц=1 руб./МДж)

Расчет оптимального соотношения площадей для посева гибридов с различными сроками вегетации играет важную роль для эффективного планирования кормового севооборота. Расчет оптимального соотношения площадей для посева трех гибридов кукурузы с различными сроками вегетации на силос и корнаж, определенного по выражению (2.33) с учетом выражений (2.27), (2.28), (2.29), позволит найти потребное количество кормоуборочной техники по критерию максимума прибыли:

X (п) = Г( ар\п) + ър(н) + с + (а2Р\п) + Ьр(п) + с2 )г/2 + (ар \п) + Ьр(п) + с3 ■Цкку - (пВ1а1у1 + т(п)В]а]у] + zn(п)) ^ тах

,(2.38)

где Y\; Y2; Y3 - опытная урожайность гибридов ФАО 110, ФАО 140, ФАО 170 соответственно, ц/га; F\; F2; F3 - площадь, выделенная под гибриды ФАО 110, ФАО 140, ФАО 170 соответственно, га.

Графически результаты моделирования представлены на рисунке 2.10.

3

6

X

X

В

^ г-

¡8 5

х

5 Ы О

2 4

г

5

о ч

£ з к

X и н

§ 2 н о и

ЕГ

3

§ 1

ФА0170 2 гибрида

■ силос 0 корнаж ЕЗ силос и корнаж

3 гибрида

Рисунок 2.10 - Зависимость количества уборочных агрегатов от соотношения площадей и способа уборки (1 - один гибрид (ФАО 170); 2 - два гибрида (ФАО 110 и ФАО 170); 3 - три гибрида (ФАО 110, ФАО 140,

ФАО 170))

Анализируя полученное выражение (2.38), можно сделать вывод, что высокое качество силосной массы можно получить двумя вариантами: 1) за счет сокращения сроков уборки, что вызовет дополнительные затраты на привлечение технических средств; 2) увеличением длительности выполнения уборочных работ (Т) за счет подбора гибридов кукурузы с различными сроками вегетации и способов уборки на силос и корнаж.

Внедрение способа уборки кукурузы на корнаж позволяет значительно увеличить длительность выполнения уборочных работ (позволяет продолжить

7

0

уборку после наступления осеннего заморозка), при снижении убираемой зеленой массы кукурузы, но при увеличении концентрации обменной энергии и содержания крахмала. Затраты на привлечение уборочной и транспортной техники благодаря внедрению технологии значительно снижаются, что показывает математическое моделирование и производственная проверка на сельскохозяйственных предприятиях Челябинской области.

Площадь уборки кукурузы на силос определяется выражением:

Г = п&ё пр, га (2.39)

где Вср - число рабочих суток от наступления восковой спелости гибрида кукурузы до наступления осеннего заморозка, сут.; ^ - суточная производительность кормоуборочного комбайна, га/сут.

При использовании гибридов кукурузы с различными сроками вегетации и способов уборки кукурузы на силос и корнаж общая длительность уборочных работ (В) будет складываться из длительности уборки гибридов кукурузы на силос (Вср), ограниченной наступлением восковой спелости гибрида и наступлением осеннего заморозка, и длительностью уборки кукурузы на корнаж (Вкр), ограниченной 30-дневным периодом после наступления заморозка:

В = Вср + Вкр . (2.40)

В развернутом виде с учетом наступления восковой спелости гибридов выражение (2.40) запишем следующим образом:

В = (Т1-Т2+Т2-Т3+Т3) + Пкр . (2.41)

Собственно общая площадь посева будет складываться из площади посева гибридов кукурузы на силос и корнаж:

Г = Г + Г, (2.42)

где Бк - площадь уборки кукурузы на корнаж, га.

Площадь уборки кукурузы на корнаж определяется выражением

Г = Г - Г. (2 43)

В развернутом виде площадь уборки кукурузы на корнаж определяется следующим образом:

Гк = Г - прдп. (2.44)

Уборку кормовых культур необходимо проводить в сжатые сроки, что требует четкой организации работ, поэтому при выполнении поставленных задач резко повышается роль уборочной техники и сельскохозяйственного транспорта, чтобы своевременно и без потерь, но с минимальными затратами обеспечить уборку и транспортировку урожая. Результаты моделирования показывают, что внедрение способа уборки кукурузы на корнаж позволяет снизить потребное количество технологических машин (рисунок 2.11).

Длитеность уборки, сут. • • • • один комбайн в ™ два комбайна комбайна

Рисунок 2.11 - Зависимость площади уборки кукурузы на силос от длительности уборочного процесса и количества кормоуборочных

комбайнов

При уборке кукурузы на силос, если период от наступления молочно-вос-ковой спелости до осеннего заморозка составляет 25 дней, площадь уборки при использовании одного кормоуборочного комбайна составит 625 га при общей площади 1000 га. После наступления осеннего заморозка способ уборки изменяется на корнаж, а площадь уборки составляет 375 га.

Площадь уборки, выделяемая под корнаж, зависит от количества кормо-уборочных комбайнов, их производительности, длительности выполнения работ, времени наступления восковой спелости гибрида и осеннего заморозка.

Установленная площадь уборки на корнаж и силос в зависимости от производительности кормоуборочной техники, наступления молочно-восковой спелости гибридов и осеннего заморозка позволяет проектировать кормоубо-рочный процесс.

Для оценки машиноиспользования введен коэффициент сезонной загрузки кормоуборочного комбайна:

D

Ксез -

раб

D

(2.45)

где Dсез - максимально возможная длительность кормоуборочного процесса, сут.; Dраб - фактическая длительность работы кормоуборочного комбайна, сут. Результаты расчетов представлены на рисунке 2.12.

к

и

&

й

со

£-X

<и

а

х

-е--е-

ел

О «

1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

1

2

3

Рисунок 2.12 - Сезонный коэффициент загрузки кормоуборочного комбайна (1 - кукуруза на силос (ФАО 140); 2 -гибриды кукурузы на силос; 3 - гибриды кукурузы на силос и корнаж)

Как видно из расчетов, с увеличением рациональных сроков уборки кукурузы на силос и корнаж коэффициент загрузки увеличивается с 0,20 до 0,92. Этот показатель позволяет определить степень загрузки и эффективность использования кормоуборочного комбайна. Сезонный коэффициент загрузки комбайна рассчитан с учетом коэффициента использования времени смены со средним сроком эксплуатации.

В результате исследования установлено, что внедрение способа уборки кукурузы на корнаж при сочетании гибридов с различными сроками вегетации (ФАО 110, ФАО 140, ФАО 170) позволяет значительно снизить потребность в технологических и транспортных машинах, повысить рентабельность производства кормов в условиях ограниченного ресурсного потенциала агропромышленного комплекса.

2.5 Разработка адаптера кормоуборочного комбайна для уборки