Повышение эффективности заготовки кормов из подвяленных трав путем формирования адаптивных технологий и комплексов технических средств

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОСНОВНЫЕ выводы и ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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