Энергосбережение в сельскохозяйственном производстве

вакуумная система с возможностью изменения угла подачи воздуха (распылитель фиксируется вертикально вниз, расход воздуха до 2000 м³/ч на 1 м захвата);

система TWIN с вертикальной установкой распылителя и регулировкой воздушного потока на угол 30? (подача воздуха 15002000 м³/ч на 1 м захвата штанги).

В Беларуси создан опрыскиватель объемного действия ОПО-18 с подачей рабочей жидкости к обрабатываемому объекту с помощью воздушного потока. Опрыскиватель прицепной с резервуаром емкостью 2500 л и баком для промывочной воды на 300 л. Производительность вентилятора составляет 40000 м³/ч при ширине захвата 18 м (удельная подача 2222 м³/ч на 1м захвата). Повышение качества обработки дает экономию пестицидов до 25%, и данная обработка особенно эффективна на посадках картофеля, капусты, томатов и других сельскохозяйственных культур.

Дальнейшим совершенствованием системы опрыскивания в сопровождении воздушного потока может быть разработанная технология TRILE FORCE с использованием насыщенного влагой сопровождающего воздуха [32]. Использование нового принципа позволяет наносить капли пестицида на предварительно увлажненные поверхности растений.

Изготовители оборудования предлагают современные орудия для защиты растений. Соотношение прицепного оборудования и самодвижущихся машин увеличилось значительно в последние годы. Максимум комфорта, точность дозирования и сокращение сноса остаются актуальными целями разработок для новых машин по защите растений. Высокопроизводительное оборудование для защиты растений обычно обеспечивается управляемой компьютером системой стабилизации нормы внесения. Является тенденцией совместимость электронной аппаратуры с требованиями ISO. Электроника поддерживает функциональные возможности, производительность и комфорт при использовании машин. Во многих случаях это также включает системы глобального позиционного определения GPS, чтобы запросы на «точное сельское хозяйство» в секторе защиты растений могли быть технически обеспечены.

Фирмами AMAZONEN-WERKE, AGROCOM GmbH, GPSswitch HARDI GmbH,Teejet разработана автоматизированная и с точным распределением система защиты растений и внесения удобрений. При проведении защиты растений и внесении удобрений трудно избежать неправильной дозировки при переключении орудий на краю поля и при функционировании по краям. Возможные следствия неравномерного внесения могут приводить к токсичному для растений повреждению, попаданиям в поверхностные воды или угнетению посевов. Этих недостатков можно избегать используя выключатель COMMANDER системы GPS, которую и моделирует BoomPilot. При этом бортовой компьютер соединен с получателем системы GPS и принимает во внимание размеры штанги (сегмент рассева) и способность к распределению вносимого материала. Система позволяет обеспечить позиционно точное действие коммутации (включение-выключение) в полевых границах или при обходе препятствий. При помощи этих границ бортовой компьютер управляет функциями параметров орудия: где в реальной обстановке орудие должно быть включено или должна ли рабочая ширина быть изменена. Система оперирует независимо от того, имеется ли технологическая колея. Могут также приниматься во внимание пределы защитных зон. Действия автоматической коммутации приводят к заметной помощи в работе и к повышению ее качества. Это особенно важно для большой рабочей ширины и неправильных форм поля.

Возможности энергосбережения в системах органического (биологического) сельского хозяйства

Одним из перспективных направлений совершенствования сельскохозяйственных технологий с целью снижения энергозатрат и получения экологически чистой продукции является применение систем органического сельского хозяйства. Данные системы характеризуются рациональным использованием севооборотов и эффективной системой обработки почвы. В условиях Республики Беларусь возможно применение элементов органического сельского хозяйства с учетом целесообразных доз внесения удобрений и необходимой системы защиты растений. Данные технологии являются важными наукоемкими методами дальнейшего совершенствования систем землепользования с целью получения конкурентоспособной продукции.

В ряде стран мира последовательно и успешно применяются технологии возделывания сельскохозяйственных культур, основанные на использовании различных природных факторов для регулирования режима развития растений. Данные технологии ориентированы на производство экологически чистой сельскохозяйственной продукции при полном или весьма существенном отказе от применения химических удобрений и средств защиты растений. Наиболее приемлемым термином для обозначения данного способа ведения сельскохозяйственного производства является органическое сельское хозяйство (ORGANIC FARMING), однако иногда используются термины «экологическое земледелие», «биологическое земледелие» и др. Например, в Дании к концу 1990-х годов насчитывалось более 1000 хозяйств с суммарной площадью более 46 тыс. гектаров, где практиковалась технология органического сельского хозяйства (ОСХ). Расширяются посевные площади ОСХ и в Германии (табл. 9).

Хотя в относительном значении площади под ОСХ невелики, но они имеют тенденцию к постоянному росту. Большинство органических фермерских хозяйств Германии объединены в ассоциации: Bioland and Demeter, Naturland, Biokreis, Bundeesverband Okologischer Weinbau, Goa, Ecoland and Biopark и др.

Таблица 9. Применение органического сельского хозяйства в Германии

Выделяются следующие основные варианты рассматриваемых систем ведения сельского хозяйства [4]:

- органическое земледелие исключает или существенно ограничивает применение химических удобрений и пестицидов, сопровождается повышением затрат рабочей силы на 1220%, снижением производительности труда на 2295%, уменьшением урожайности до 43%;

- биолого-динамическое земледелие получило начало в Англии в конце XIX века и базируется на биоритмах роста и развития культивируемых растений с учетом лунных ритмов и гидрометеорологических процессов;

- органо-биологическое земледелие основано на повышении плодородия почвы за счет управления питанием и активизации почвенной микрофлоры.

В целом биологические системы ОСХ учитывают многовековой опыт и традиции ведения сельского хозяйства с целью разумного использования возможностей природы, саморегуляции агроэкосистем, повышения плодородия почвы за счет накопления органических веществ, предотвращения эрозии и переуплотнения почвы. По мнению академика А.А. Жученко [4], необоснованы утверждения о заведомой экстенсивности систем ОСХ, поскольку «в данном случае речь идет о значительно более высоком уровне вовлечения в интенсификационные процессы биологических компонентов агроценозов и агроэкосистем».

На современном этапе развития сельскохозяйственное производство Республики Беларусь ориентировано на интенсификацию с целью повышения эффективности производства и снижение себестоимости получаемой продукции. Одновременно все большую актуальность приобретают задачи получения качественной и экологически чистой продукции. Нельзя не согласиться с мнением профессора М.А. Кадырова [5] о том, что «стратегия земледелия Беларуси заключается в улучшении показателей плодородия и чистоты (фитосанитарного состояния) пашни при увеличении эффективности использования «даровых» (от слова «дарить»), «бесплатных», практически безграничных, а также возобновляемых и антропогенно малозатратных природных ресурсов для получения экономически оправданного, экологически безопасного, качественного урожая растениеводческой продукции при нормативном материально-техническом обеспечении технологических процессов». Одним из возможных путей реального совершенствования технологий растениеводства является использование элементов органического сельского хозяйства. В сравнении с другими странами мира наши условия ведения сельского хозяйства выделяются наличием «запаса» посевных площадей, относительно меньшим применением минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Если в 19861990 годах в среднем на 1 га в Беларуси вносили 3,03,5 кг пестицидов, то в последние годы пестицидная нагрузка не превышает 1 кг/га. В то же время в странах Западной Европы применяют до 510 кг/га пестицидов. Следовательно, уже можно говорить о существующей в Беларуси тенденции применения относительно более близких к ОСХ систем возделывания сельскохозяйственных культур.

Севооборот и обработка почвы. Основными принципами ведения ОСХ является рациональное чередование культур в севообороте и эффективная обработка почвы. При этом обработка почвы дифференцируется в зависимости от возделываемых культур. Типичный пример [6] севооборота с дифференцированной системой обработки почвы применялся (табл. 10) в районе Бонна (среднее количество осадков 750 мм).

Таблица 10. Чередование культур и обработка почвы в системе ведения органического сельского хозяйства

Анализ применяемой системы обработки почвы и чередования культур показывает следующее. Несколько орудий используются в традиционном сельском хозяйстве, чтобы оптимизировать среду для зерновых культур. Однако трудно выделить их преимущества для растений. Причина в том, что при обычной системе земледелия обработка почвы должна выполнить цели, которые не всегда необходимы для создания посевного ложа, но должны также учитываться необходимые условия работы и экосистема почвы.

В традиционных системах земледелия стремятся ввести сокращенную или нулевую обработку почвы, совмещенную с применением удобрений и использованием гербицидов для борьбы с сорняками. Значение обработки почвы и севооборота возрастает в системах ОСХ. При ограниченном внесении удобрений и навоза в системе ОСХ требуется большая активность накопления азота, которая включает большую степень активности организмов почвы и растений. Органическое сельское хозяйство должно предусматривать более низкое снабжение растений питательными веществами. Использование азота должно рассматриваться как оптимизация ресурсов технологий. Обработка почвы, следовательно, должна поддерживать образование азота в системе, и в долгосрочной перспективе повышать плодородие, например, через расширенное действие микроорганизмов, увеличенную интенсивность извлечения корнями и эффективность поглощения питательных веществ. При основной обработке почвы плугом обеспечивается выполнение этих требований и предотвращаются негативные эффекты сокращенной обработки почвы в системе ОСХ. Кроме того, методы обработки почвы определены изменяющимися запросами различных культур. Главный подход органического сельского хозяйства состоит в том, чтобы управлять растениями в максимально возможной степени подобно организму в пределах замкнутой системы (Kopke, 1995). Растительные остатки, клевер, травы рассматриваются как часть биологической системы и в процессе севооборота требуют высокой интенсивности обработки почвы, чтобы уничтожить дернину и подготовить почву для следующих культур. Солома зерновых культур, листья картофеля, свеклы или полевых овощей могут вычесываться после интенсивной основной обработки почвы, обычно выполняемой при вспашке и нескольких повторенных дополнительных обработках. Заделка в почву остатков урожая и сорняков при вспашке традиционный положительный элемент защиты растений в органическом сельском хозяйстве, который в обычных системах сельского хозяйства широко заменен химическими обработками. При ведении ОСХ желательно достигать тех же самых позитивных эффектов для роста растений после рациональной обработки почвы, кроме того, должны улучшаться физико-механические характеристики почвы, обеспечиваться основные задачи защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Расход энергии, который наблюдается [6] в традиционных системах земледелия, ниже в системах ОСХ, даже в сравнении с применением отвальной и сокращенной обработки почвы (табл. 11).

Успешное введение методов безотвальной обработки почвы в применении к органическому сельскому хозяйству требует дополнительных доказательств и детальных экспериментов длительного срока.

Таблица 11. Затраты энергии (МДж/га)при возделывании озимой пшеницы с использованием систем органического и традиционного сельского хозяйства в условиях Германии

Удобрения. Важным вопросом в системах ОСХ является обеспечение сбалансированного питания растений. Основное поступление элементов питания обеспечивается за счет естественных факторов в результате севооборота и использования растительных остатков благодаря:

- максимальной биологической фиксации азота (до 105550кг/га);

- минимальным потерям органики, растительных остатков;

- применению соответствующих севооборотов;

- соблюдению необходимых сроков обработки почвы, посева, ухода за растениями;

- правильному приготовлению и использованию компостов (возможно снижение потерь азота на 2530% [8]).

Проблемным вопросом является применение минеральных удобрений при использовании систем ОСХ. Детально данная проблема рассмотрена в работе [5]. Всестороннее изучение различных систем питания растений устраняет кажущиеся противоречия в использовании необходимых минеральных удобрений в системах ОСХ. Совершенствование теории питания растений с учетом регулирования азотного обмена и предотвращения накопления нитратов в хозяйственно полезной части культуры позволяет находить правильные способы и дозы применения минеральных удобрений. При этом приоритетными направлениями считаются экологизация, биологизация, повышение экономической рентабельности и снижение энергоемкости технологии. Этим важнейшим требованиям в значительной степени удовлетворяют развивающиеся системы органического сельского хозяйства.

Защита растений. Система защиты растений в системах ОСХ в основном базируется на применении агротехнических и организационных методов [9]. Рациональное проведение операций по обработке почвы является важным приемом борьбы с сорняками. Большинство семян сорняков не прорастает при глубине заделки больше 5 см. Эффективны мероприятия по механическому рыхлению почвы и уничтожению прорастающих сорняков (в фазе «белых нитей») всеми видами почвообрабатывающих орудий, особенно при возделывании пропашных культур. Для этих целей перспективно применение легких борон типа АБ-5/9 с пружинными зубьями, которые выпускаются в Беларуси (Ляховичи, Сельхозтехника). При невозможности проводить междурядные обработки в отдельных случаях для борьбы с сорняками может применяться огневой культиватор (см. раздел 4). Время применения огневого культиватора на сплошных посевах выбирают примерно через 23 недели после предпосевной обработки почвы, но до появления всходов культуры. В этом случае достигается наибольшая эффективность поражения сорных растений.

Химические методы борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур в системах ОСХ не практикуются. Для удаления колорадского жука, рапсового цветоеда и других вредителей применяются различные ловушки и механические устройства, однако из-за невысокой эффективности широкого распространения они не получили. По нашему мнению, существуют значительные резервы снижения (до 30%) доз пестицидов за счет своевременного и качественного их применения. Для этого необходим постоянный мониторинг фитопатологической ситуации на полях и использование совершенной техники для внесения пестицидов.

Анализ особенностей ведения органического сельского хозяйства (ОСХ) и реальная ситуация земледелия в Республике Беларусь позволяют заключить следующее:

- элементы систем органического сельского хозяйства приемлемы в практике хозяйств [10] и имеют важную экологическую составляющую;

- необходима дифференциация цен на продукцию, полученную при использовании технологий с реализацией принципов ОСХ;

- существуют различные варианты ведения ОСХ с корректировкой технологий в соответствии с учетом зональных особенностей и складывающейся фитопатологической ситуации;

- необходимо проведение комплексных исследований по дальнейшей адаптации технологий с элементами ОСХ применительно к условиям Республики Беларусь.

В целом технологии органического сельского хозяйства являются важными наукоемкими методами дальнейшего совершенствования систем землепользования с целью получения конкурентоспособной продукции.

Уборка зерновых

Хозяйства с большими площадями посева нуждаются в высокоэффективных мощностях для уборки урожаев зерна. При хорошей организации работ в хозяйствах можно намолачивать до 500 т зерна ежедневно. Однако такая производительность не может быть получена комбайнами с соломотрясом. Именно поэтому изготовители предлагают комбайны с роторными конструкциями молотилок и сепараторов. Кроме того, современные машины оборудованы другими дополнительными средствами, чтобы увеличить производительность и качество работы, а также облегчить работу оператора. Интерес представляют высокопроизводительные комбайны, оборудованные двигателями мощностью до 400 кВт. Они имеют жатки с рабочей шириной до 9,15м и могут намолачивать до 50 т зерна за 1 ч. Роторные комбайны имеют высокую пропускную способность, но они также потребляют на 30% больше топлива, чем комбайны с соломотрясом.

На ПО «Гомсельмаш» изготовлен новый самоходный зерноуборочный комбайн КЗС-1218 «Полесье». Двухбарабанная система обмолота в сочетании с увеличенной площадью очистки обеспечивает производительность не менее 18 т зерна за 1 ч при пропускной способности не менее 12 кг/с.

Для уборки зерновых культур фирма CLAAS предлагает поколение комбайнов серии Lexion 500, которое включает девять моделей: 510, 520, 530, 540с, 540, 550, 560, 570, 580. Номинальная мощность двигателей данных комбайнов составляет 162353 кВт. Комбайны характеризует модифицированный дизайн и улучшение многих узлов. При использовании ротационной молотильно-сепарирующей системы на Lexion 580 перспективно использование жатки Vario захватом 9 м. Это самый производительный в мире комбайн, поставивший рекорд по намолоту 94 т зерна за 1 ч (урожайность на поле 100 ц/га). Контрольный терминал Cebis Claas контролирует основные процессы и фиксирует различные параметры работы комбайнов. Еще больше усовершенствован зерноуборочный комбайн LEXION 600 с двигателем мощностью 390 кВт и роторным соломоотделителем.

Новым в комбайнах фирмы John Deere (с буквой i - означает «интеллект») серии STS является роторная конструкция системы обмолота. В отличие от традиционной в комбайне John Deere STS ротор встроен эксцентрично по отношению к кожуху. Кроме того, объем кожуха последовательно увеличивается при переходе из зоны подачи в зону обмолота и зону сепарации. Это сопровождается потреблением меньшей мощности на привод и лучшим качеством выделения зерна. В комбайне серии CTS использованы два продольных пальцевых сепаратора вместо соломотряса. Эксцентричное расположение сепараторов со смещением вниз позволяет соломе расширяться вверху для облегчения выделения зерна.

Дополнительное оборудование типа систем автоматического управления, регулируемых через электронику или универсальную систему глобального позиционного определения GPS, также служат повышению эксплуатационных характеристик и оптимизации сбора урожая при работе. Этим достигается максимальная ширина захвата с оптимизацией других параметров для сокращения потерь.

Производительность увеличена также благодаря расширению вместимости бункера для зерна до объема 11 м³. Кроме того, имеются комбайны со скоростями движения до 30 км/ч. Они должны помочь уменьшать время уборки урожаев. Проблема машинной обработки соломы при уборке комбайнами урожая улучшилась. В течение последних лет измельчители соломы были оптимизированы (по качеству распределения соломы). Однако эти уточнения вызывают более высокую энергоемкость работы элементов измельчителя. Внимание уделяется обеспечению равномерного распределения измельченной соломы по полю.

Фирма CLAAS разработала новое устройство для распространения измельченной соломы с требуемым управлением радиально управляемый распределитель соломы. Ротор устанавливается на комбайны Claas Lexion 570 и 600 с рабочей шириной до 912 м. Ширина выброса регулируется при помощи перегородок, которые могут совершать возвратно-поступательное движение в обратном направлении и вперед электрогидравлически. Они изменяют угол обхвата ротора и, следовательно, угол выброса. Так как обе перегородки управляются отдельно, распределение продукта может быть оптимизировано для каждой стороны с характерным управлением. Распределитель может не только изменять ширину выброса, но также и ориентировать измельченный материал против ветра при вставке боковых щитков. Материал тогда будет брошен соответственно против ветра или далеко по ветру. Это обеспечит в целом оптимизированную модель распределения соломы. В дополнение к характерному управлению радиальная распределительная система производит активное распределение соломы, потребляя малую мощность по сравнению с предыдущими конструкциями.

GPS-системы все более широко используются в комбайнах. Эксплуатационные характеристики молотилок и качество работы повышены не только модернизацией конструкций молотильных и отделяющих устройств, но также и многими дополнительными предметами оборудования, вплоть до системы телеметрии.

Поддерживает высокую производительность при автоматическом управлении курсом уборочных машин система фирмы JOHN DEERE AutoTrac с HarvestSmart. Серия комбайнов 9000 оборудована компонентами системы Джона Дир ГринСтар. Автоматическая система управления на основании универсальной системы GPS позволяет обеспечить точное управление и руководство работами на больших полях. Регулятор производительности HarvestSmart регулирует скорость перемещения в зависимости от первого комбайна. Это может быть выбрано в зависимости от скорости машин или как функция уровня потери зерна. Увеличение потерь от некоторой точки производительности оценивается в комбайне. Именно поэтому трудно для оператора поддерживать высокую производительность. Система регулирования скорости перемещения должна реагировать на изменения в сборе урожая с учетом условий работы. С комбинацией модуля (блока) автоматического управления курсом и регулятора производительности комбайн может достигать не только большей производительности и скорости движения благодаря постоянной загрузке молотильного и отделяющего оборудования, но также и однородного качества работы.

В настоящее время и на перспективу при оценке различных технологий уборки и применяемой техники выходят показатели энергосбережения. Это представляется весьма оправданным в связи с дефицитом и растущими ценами на энергоносители. В применении к проблеме выбора зерноуборочного комбайна вопрос может рассматриваться с точки зрения эффективного и оправданного выбора мощности двигателя комбайна по отношению к технологической необходимости затрат энергии на работу основных узлов и механизмов. Для количественной оценки данных требований предложены удельные энергетические показатели.

Такими удельными энергетическими показателями являются следующие:

К1 мощность двигателя в расчете на единицу ширины захвата жатки, кВт/м;

К2 - мощность двигателя на единицу ширины молотильного аппарата, кВт/мм;

К3 - мощность двигателя на единицу площади системы сепарации (соломотряса), кВт/м²;

К4 - мощность двигателя на единицу площади очистки (решет), кВт/м²;

К5 - мощность двигателя, отнесенная к единице массы комбайна (энергонасыщенность), кВт/кг.

В определенной степени удельные оценочные показатели являются условными и полностью не отражают численное значение энергии на работу данных технологических устройств. Масса комбайна также связана не только с его мощностью, но и обусловлена многими другими факторами. Однако в рамках поставленных задач можно воспользоваться указанными удельными показателями при анализе комбайнов и провести сравнение известных моделей с учетом приведенных коэффициентов удельных энергозатрат. При этом по требованиям энергосбережения желательно получение минимальных значений показателей К1, К2, К3, К4 и максимального значения К5.

Для анализа сравнительных показателей использованы данные по новейшим моделям зерноуборочных комбайнов, демонстрировавшихся на выставках AGRITECHNICA-2005 и SIMA-2005 [1113]. Оценены современные модели зерноуборочных комбайнов ведущих мировых производителей.

Для анализа были выделены 5 классов комбайнов в зависимости от мощности установленных двигателей (кВт):

1 - до 90;

2 - от 91 до 130;

3 - от 131 до 150;

4 - от 151 до 200;

5 - свыше 201.

В пределах класса по каждому из оценочных показателей К1, К2, К3, К4, К5 были определены лучшие значения (табл. 12).

Таблица 12. Лучшие значения удельных энергетических показателей по классам комбайнов

Совершенство каждой модели комбайна оценивалось по обобщенному показателю К0, численно определяющему степень приближения к лучшим значениям удельных энергетических показателей по зависимости

К0 = ( К1оп min / К1ф min + К1оп max /К1 ф max + К2 оп /К2 ф + К3 оп/К3 ф + К4 оп/К4 ф + К5 ф/К5 оп ) 100 / n,

где К1оп min , К1оп max, К2 оп, К3 оп, К4 оп, К5 оп - лучшие значения оценочных показателей;

К1ф min, К1 ф max, К2 ф, К3 ф, К4 ф,К5_ф - фактические значения показателей по каждой модели;

n - число оценочных показателей (n = 6).

Значение обобщенного оценочного показателя К0 выражается в процентах и характеризует степень приближения каждой конкретной модели к лучшему значению для данного класса мощности.

Полученные оценки по К0 характеризуются разбросом значений от 62,8 до 93,0 %. Среднее значение показателя К0 по всем проанализированным моделям составляет 74,7% при коэффициенте вариации 9,2%. Это в целом характеризует достаточно высокий уровень имеющихся комбайнов и слишком большие различия между отдельными моделями. Лучшими конструкциями комбайнов (по каждому классу) по обобщенному оценочному показателю энергетической эффективности конструкции являются:

1 - Deutz Fahr 5445 H (93,0 %);

2 - Sampo Rosenlew SR 2065 (90,9 %);

3 -Fendt 5270 C ( 92,4 %);

4 -John Dere 9540 (87,8 %);

5 - Fendt 6300C (81,2 %).

Для сравнения можно сопоставить полученные оценки с данными для комбайнов производства России и Беларуси. Лучшие показатели среди комбайнов класса 2 имеет модель РСМ-081 (85,8 %). По классу 3 значения обобщенного показателя К0 составляют: Дон-1500Б - 82,8%; Дон-1500 - 76,9%; Вектор - 78,2%; КЗС-7 -73,5%; Лида-1300 - 71,3%. Эти данные свидетельствуют о возможностях повышения удельных показателей энергоэффективности на 10 20%.

Таким образом, совершенствование моделей зерноуборочных комбайнов сопровождается ростом мощности и увеличением производительности благодаря конструктивным совершенствованиям. Предложенный учет удельных энергетических показателей позволяет определить лучшие характеристики по необходимым затратам мощности на работу основных технологических узлов комбайна.

Обобщенный показатель в целом характеризует степень обоснованности выбора мощности двигателя зерноуборочного комбайна в пределах определенного класса мощности.

Уборка картофеля и свеклы

Энергетические затраты при возделывании картофеля зависят от применяемой технологии. Относительного повышения коэффициента энергетической эффективности следует ожидать при использовании грядово-ленточной и широкорядной технологий (табл. 13).

Таблица 13. Биоэнергетическая оценка современных технологий возделывания картофеля [14]

Наибольшие энергозатраты связаны с уборкой пропашных культур. Современные комплексы уборочных машин разработаны фирмами GRIMME, HOLMER, KLEINE, MOREAU. В картофелеуборочных машинах с аксиальными роликовыми сепараторами пока было возможно адаптировать интенсивность работы к различным эксплуатационным условиям путем замены роликов. Фирма GRIMME разработала конструкцию сепаратора, в котором благодаря эксцентрической установке конвейерные ролики теперь можно регулировать по высоте в VarioRS модуле (блоке) разделителя плавно в зависимости от условий работы и подачи. Изменение зазора между роликами без любых необходимых инструментальных средств дает возможность адаптировать интенсивность сепарации применительно к влажности почвы, форме клубней и размеру, а также скорости подачи. В то же самое время механические напряжения на клубнях картофеля и их потери могут быть сокращены.

Фирмой GRIMME предлагается также гидравлическая стабилизация глубины подкапывания с интегрированным регулированием давления для картофелеуборочной машины TERRA-CONTROL. В картофелеуборочной двухрядной машине направляющие барабаны, осуществляющие ведение рамы, часто превышают допустимые напряжения и также ограничены в перемещении, даже если давление на гребни дополнительно уменьшено. Удаляя механическую связь между барабанами и рамой, их можно использовать исключительно как датчики для поддержания глубины в гидростатическом аппарате TERRA-CONTROL. В то же самое время давление катков может быть отрегулировано применительно к грунтовым условиям от устройства подачи. Пределы подкапывания клубнеобитаемого слоя для поднимающихся порций управляются через два гидравлических цилиндра, связанных с барабанами так, чтобы было возможно сохранить минимальную глубину подкапывания даже при изменяющихся эксплуатационных условиях. Это существенно снижает затраты мощности на работу комбайна.

Двухрядная картофелеуборочная машина с оптимизированным весом разработана фирмой WM Kartoffeltechnik GmbH. Картофелеуборочная машина с активными средствами отделения примеси и бункером обычно имеет относительно высокий вес. Оптимизируя вес на необходимом уровне, двухрядный боковой копатель WM 8500 достигает более низкого веса, чем у известных машин с такой емкостью бункера. Так поддерживается экономия топлива и предохраняется от уплотнения почва. Это достигнуто открытой системой конструкции и использованием изменяемых элементов типа карманного конвейера, разработанного для самой бережной работы с клубнями. В то же время эта машина имеет самую высокую емкость бункера в этом классе (8,5 т) и является почвосберегающей, соответствует установленной максимальной транспортной ширине 3 м.

Заготовка кормов

Основной тенденцией в развитии машин для заготовки кормов является повышение их производительности и качества продукции. Качество продукции и сокращение времени уборки являются высшими приоритетами в сборе урожая фуража. Именно поэтому должны использоваться высокопроизводительные процессы. Они обеспечены, прежде всего, монтируемыми или самоходными косилками с широкой рабочей шириной, где несколько модулей косилки совмещены и возможна общая рабочая ширина захвата до 15 м. При скоростях перемещения 20 км/ч это позволяет убирать до 10 га/ч. Ворошилки также достигают рабочего захвата до 15 м. Высокая долговечность также важный фактор, определяющий успех использования техники для заготовки кормов.

На кормоуборочных комбайнах с измельчителями мощность двигателей увеличена более чем до 440 кВт. Самый мощный кормоуборочный комбайн BIG-X фирмы KRONE с двигателем до 740 кВт (1000 л.с.) оборудован оригинальным режущим аппаратом с ножами, закреп-ленными на движущейся цепи. Используются большие жатки для трав и кукурузы.

На кормоуборочном комбайне Maschinenfabrik Bernard Krone фотодатчик AutoScan идентифицирует зрелость кукурузы. При уборке кукурузного поля существуют участки с различными степенями зрелости от коричневого (сухого) до зеленого (сырого). Фотооптический датчик на кукурузной жатке идентифицирует состояние зрелости растений, сравнивая цвет. Электронная оценочная система соотносит каждый цветовой нюанс определенному содержанию сухого вещества и, следовательно, также к соответствующей длине резки. В измельчителе расчетная длина резки для соответствующей технологии регулируется скоростью роликов механизма подачи с гидравлическим приводом. Регулятор может предусмотреть требуемую задержку подачи, обеспечивая минимальную и максимальную производительность. Это позволяет получать короткую резку для сухих растений и большую величину резки для сырых автоматически в требуемых пределах. Это, в свою очередь, стимулирует оптимальное уплотнение кукурузного силоса, ведет к более устойчивому его хранению и улучшает структуру кормов, а также уменьшает потребление мощности на привод измельчающего аппарата.

Для уборки травянистых кормов широко применяются пресс-подборщики, формирующие рулоны или тюки прямоугольной формы. Последние меньше перетирают прессуемую массу и форма тюков удобнее для транспортировки и хранения. Среди производителей кормоуборочной техники лидером является фирма KRONE. Одной из последних разработок является специальный запатентованный профиль кожуха подборщика BIG-PACK, который позволяет использовать в нем жестко закрепленные зубья, упростить конструкцию и повысить надежность работы. Конструкция обеспечивает меньший износ подборщика при работе без управления кулачками. Центральный компонент любого подборщика кормоуборочных машин копирование рабочей поверхности кулачков, которые управляют погружением пальцев захвата и передачей массы к следующим элементам конвейера. Так как эти составляющие имеют большое количество движущихся частей и должны взаимодействовать с влажной, пыльной средой, это приводит к высоким напряжениям и большому износу. В системе EasyFlow подборщика никакое управление рабочей поверхности кулачков не используется. Опоры захватов подборщика установлены прямо на боковых роторных дисках. Фураж передается через специально сформированные съемники массы и при более высокой скорости подачи. Это радикальное упрощение позволяет уменьшать количество движущихся частей с целью снижения износа и сокращения затрат на техническое обслуживание.

Подпрессовывающая камера закрытого типа имеет механизм регулировки предварительного уплотнения, что дает возможность снизить потери кормов и дополнительно управлять качеством и равномерностью прессования. Наличие режима автоматического управления плотностью прессования позволяет обеспечить постоянное давление на поршень пресса и формировать тюки одинаковой плотности при изменяющихся условиях уборки (влажности, степени измельчения материала).

Для заготовки прессованных растительных материалов получили распространение пресс-подборщики для образования прямоугольных тюков и рулонов различного размера. В развитии машин для образования прямоугольных тюков наблюдается тенденция увеличения объема получаемых тюков-кип. При работе такого пресса подающий механизм предварительно формирует в прессовальной камере порцию материала, которая периодически уплотняется поршнем. Рулонные пресс-подборщики бывают с постоянным и переменным объемом камеры прессования.

В среднем объем тюка для прямоугольных пресс-подборщиков составляет 1,27 м³, а для рулонных - 1,77 м³. Характерные значения удельных затрат мощности, приходящейся на формирование единицы объема, следующие:

- для прямоугольных тюков - 76,0 кВт/м³ (коэффициент вариации 70,9 %);

- для рулонов - 27,2 кВт/м³ (коэффициент вариации 51,9%).

При сравнительных испытаниях в РУП «Учхоз БГСХА» пресс-подборщик New Holland ВВ 940А имел более высокую скорость движения и формировал за 1ч чистой работы 72 тюка, а рулонный пресс - 50 тюков. Плотность прессования массы поршневым прессом была значительно выше, чем рулонным. Прямоугольные тюки имеют преимущества при уборке, перевозке и складировании. Однако затраты мощности на работу поршневого пресс-подборщика примерно в 2,12,4 раза выше, чем при работе рулонного. Расход топлива в пересчете на спрессованную массу также выше в 1,8 раза. Масса поршневого пресса выше массы рулонного в 2,8 раза.

Таким образом, современные пресс-подборщики для образования прямоугольных тюков и рулонов существенно различаются по удельным затратам мощности на единицу спрессованной массы. Прямоугольные тюки имеют повышенную плотность массы и более удобны для транспортировки и хранения. Однако на работу поршневых прессов требуется больший удельный расход топлива, они более сложны по конструкции и металлоемки.

Имеются значительные возможности энергосбережения при сушке растительной массы с использованием гелиоколлекторов. Солнечная энергия имеет значительный потенциал, который у верхней границы атмосферы составляет 1353 Вт/м² (солнечная постоянная). В средних широтах плотность потока солнечной энергии в ясный день приблизительно равна 800 Вт/м². В июне-июле в Беларуси продолжительность солнечного сияния достигает 5561% от периода светлого времени суток. В этот период ведется активная заготовка травянистых кормов, и интенсифицировать процесс сушки, а также снизить потери питательных веществ и сохранить качество кормов позволяют гелиоколлекторы. Они представляют собой (рис. 11) коробчатые конструкции, покрытые внутри светопоглощающим материалом (абсорбером), а сверху закрытые пленкой или стеклом. Гелиоколлекторы устанавливаются с южной стороны здания и способны нагревать воздух, который проходит через рабочую зону устройства и затем подается для сушки растений или зерна. Удельная рабочая площадь гелиоколлектора при подогреве воздуха на 5⁰С составляет 10,3 м² (в расчете на сушку тонны сена). При этом влагопоглощающая способность воздуха увеличивается с 1,1 г/кг (без подогрева) до 2,6 г/кг [22]. Имеется также опыт применения гелиоколлекторов для подогрева воды на котельной «Сосны» под Минском.

Рис. 11. Схема воздушного гелиоколлектора со светопрозрачным покрытием: 1 - прозрачное покрытие; 2 - светопоглотитель (абсорбер); 3 - корпус с теплоизоляцией.

Энергосберегающая послеуборочная обработка зерна

Очистка и сушка зерна являются важными операциями завершения уборочных работ, имеющими значительную энергоемкость и отличающимися повышенной практической значимостью. Специфические климатические условия Беларуси обусловливают необходимость организации поточной послеуборочной обработки зерна. Увеличение валовых сборов зерна сопровождается соответствующим повышением затрат на его очистку и сушку. Наиболее энергоемкой является сушка зерна. Если удельные энергозатраты при производстве тонны зерна на операциях обработки почвы, посева, ухода за посевами и уборки составляют 170…280 МДж/т, то для сушки требуется 500…700 МДж/т. В среднем на сушку одной тонны зерна колосовых культур расходуется около 10 кг условного топлива, а на сушку 1 т зерна кукурузы - 40…50 кг условного топлива [14]. Попытки использовать для сушки зерна местные виды топлива оправдали себя только в отдельных случаях. В большинстве хозяйств трудно обойтись без использования при сушке нефтепродуктов или газа. Особенно велика опасность порчи зерна повышенной влажности: срок хранения зерна влажностью 20% при температуре воздуха 20⁰С может составлять не более суток. При сушке монокорма или зерна повышенной влажности расход топлива возрастает (табл. 14).

Таблица 14. Удельный расход топлива и электрической энергии при сушке зерновых материалов

Значительных затрат и специального оборудования требуют также очистка и сортировка зерна. Парк зерноочистительных машин в значительной степени устарел и основательно изношен. Продукцию завода «Воронежсельмаш» составляют в основном ранее выпускавшиеся машины ОВС-25, МПО-50, ЗВС-20А, МС-4,5 стоимостью 96…328 тыс. российских рублей. Производительные машины фирмы PETKUS также имеют относительно высокую стоимость, а старые машины в хозяйствах часто не обеспечены требуемыми наборами решет и технически изношены.

Сложившаяся обстановка требует поиска новых технологических и технических решений задач по обработке и сохранению выращенного урожая зерна. Наиболее перспективными представляются энергосберегающие технологии послеуборочной обработки зерна:

предназначенного на корм животным;

для продовольственного использования, хранения, получения семян.

Данные технологии могут применяться параллельно с учетом конкретных потребностей хозяйства, наличия специального оборудования и условий уборки.

Зерно для использования на корм животным по опыту стран со сложным климатом (Финляндия) может обрабатываться с плющением и последующим консервированием. Представляет практический интерес технология фирмы MURSKA [15]. Принцип технологии заготовки консервированного плющеного зерна такой же, как и при силосовании трав с использованием консервантов. Уборку зерна начинают в стадии восковой спелости при влажности 3540 %. Дополнительной очистки поступающего от комбайнов зерна не требуется.

Зерно обрабатывается специальными вальцовыми плющилками производительностью от 1 до 40 т/ч. Одновременно в плющилку подается консервант (AIV-3 с расходом 3…4 л/т), а также добавляются патока, сыворотка, меласса в требуемых количествах в зависимости от вида зерна и наполнителей. Обработанная масса зерна укладывается в специальный отсек, траншею, сенажную башню или полиэтиленовые рукава. В траншеях масса уплотняется трактором и герметично укрывается пленкой. Время закладки плющеного с консервантом зерна в траншею составляет не более 7 дней. Экономический эффект данной технологии обеспечивается за счет полного устранения операции сушки зерна, увеличения полноты убираемых урожаев на 10…20%, снижения затрат

на подготовку зерна к скармливанию, а также повышения продуктивности животных.

Основная масса убираемого зерна должна быть очищена и высушена с использованием имеющейся базы зерноочистительно-сушильных комплексов КЗС. Однако и в рамках традиционной технологии обработки зерна возможно существенное снижение энергозатрат.

Комплексно решить задачу оперативной очистки зерна от примесей и снизить последующий расход топлива на сушку позволяет использование новой машины - очистителя зерна гравитационного. На гравитационных сепараторах может производиться очистка зерна от комбайнов при влажности массы до 35%. Производительность составляет 30…35 т/ч. Принципиальное отличие данного типа машин заключается в минимальном потреблении энергии (до 4 кВт только на привод вентилятора). Очистители не имеют решет в обычном понимании.

Сепарирующими элементами машины являются специальные неподвижные прутковые гребенки, последовательно установленные в каналах сепаратора (рис.12). К машине также предлагается блок аспирации для отделения легких примесей. Машина может устанавливаться перед сушилкой или другими приемными устройствами зернообрабатывающих линий. Возможен также монтаж зерноочистителя в существующие технологические линии на участке первичной очистки зерна.

Легкосборная блочная конструкция машины упрощает монтаж и обслуживание. Преимуществами гравитационного очистителя зерна являются:

- простота конструкции и надежность работы;

- отсутствие подвижных частей и механизмов;

- низкая металлоемкость (масса сепаратора в сборе - 145 кг);

- простота настройки и обслуживания.

Машина легко вписывается в различные технологические линии послеуборочной обработки зерна и может успешно использоваться для очистки семян различных культур. По дополнительному заказу поставляются наборы сепарирующих гребенок для очистки мелко- или крупносемянных культур. Проведенными в РУП «Учхоз БГСХА» наблюдениями установлено, что использование гравитационных очистителей зерна ячменя снижало засоренность в 3,3 раза (с 6 до до 1,8 %). Это в значительной мере уменьшало затраты на сушку и упрощало последующую доработку семян.

Возможности использования соломы сельскохозяйственных растений в качестве топлива

Растущий дефицит ископаемых видов органического топлива и постоянный рост их стоимости обостряют актуальность использования альтернативных и местных видов топлива. Поставленная задача замены 25% источников энергии местными видами топлива является чрезвычайно важной [1]. В определённых условиях таким источником тепловой энергии может являться солома сельскохозяйственных растений. Энергетическая ценность соломы по принятым оценочным показателям [1619] весьма высокая (табл. 15).

Теплотворная способность 1 т сухого вещества соломы эквивалентна 445 кг сырой нефти. По показателю теплотворности пшеничная солома (15,5 МДж/кг) приближается к дровам (14,615,9 МДж/кг) и превосходит бурый уголь (12,5 МДж/кг) [18]. В условиях Германии солома с 1 га при использовании для сжигания способна заменить 12001600 л жидкого топлива. При выходе соломы 3 т/га в ней содержится энергия, эквивалентная находящейся в 1000 л мазута или в 2,7 тыс. м³ природного газа [22]. По данным исследований, проведенных в Швеции, получаемая из соломы энергия в ряде случаев дешевле энергии жидкого топлива [19].