ОПТИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ЗАТРАТ СОВОКУПНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОГО УРОЖАЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Ультразвуковое устройство для отпугивания грызунов является одним из перспективных и эффективных устройств для защиты объектов от грызунов (мышей, крыс). Данное устройство не воздействует на человека и домашних животных, а воспринимается только грызунами.

Литература

1. Суринский Д.О., Козлов А.В. Оптимизация параметров и режимов работы электроконтактного дерати-затора для защиты объектов АПК от крыс // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С. 159 - 161.

2. Пат. RU 2 012 203 C1 Средство акустического отпугивания грызунов / Северянин В.С. Заявка: 4913339/15; заявл. 20.09.1991.; опубл. 15. 05. 1994.

3. Богоявленский В.М. Расчёт напряжённости электрического поля в изоляции биполярной обмотки // Электротехнологии, электрификация и автоматиза-

ция сельского хозяйства. Вестник МГАУ 2003. Вып. 3. С. 43 - 47.

4. Пат. RU 2 738 970 C1 Ультразвуковое устройство для отпугивания грызунов / Суринский Д.О., Козлов А.В., Юркин В.В., Егоров С.В., Савчук И.В.; патентооблад. Суринский Д.О.; заявка 2020106690; заявл. 12. 02. 2020.; опубл. 21.12. 2020.

5. Бортник И.М., Верещагин И.П., Вершинин Ю.Н. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Энергоатомиздат, 1983, 543 с.

6. Использование электрооптических устройств для защиты сельскохозяйственных культур / И.В. Савчук, Е.А. Басуматорова, Д.О. Суринский [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 6 (86). С. 149 - 152.

7. Савчук И.В., Суринский Д.О., Басуматорова Е.А. Преимущества интегрированного способа защиты растений от насекомых-вредителей// Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения. 2019. № 1 (18). С. 39 - 45.

Сергей Валерьевич Егоров, аспирант. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, egorov.sv@asp.gausz.ru

Иван Викторович Савчук, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, savchukiv@gausz.ru Дмитрий Олегович Суринский, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, surinskiy.do@ gausz.ru

Sergey V. Egorov, postgraduate. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia, egorov.sv@asp.gausz.ru

Ivan V. Savchuk, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia, savchukiv@gausz.ru

Dmitry O. Surinsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Northern Trans-Ural State Agricultural

University. 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia, surinskiy.do@gausz.ru

-♦-

Научная статья УДК 631.3:633.1

doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-121-125

Оптимальный уровень затрат совокупной энергии для максимального урожая озимой пшеницы

Геннадий Георгиевич Маслов, Елена Михайловна Юдина, Николай Васильевич Малашихин,

Ирина Васильевна Вульшинская

Кубанский государственный аграрный университет

Аннотация. Получены зависимости урожайности зерна озимой пшеницы и коэффициента биоэнергетической эффективности затрат совокупной энергии при интенсивной технологии её возделывания. Установлен оптимум урожайности и затрат совокупной энергии на его получение с учётом сложившихся климатических условий года (благоприятного, среднего, в среднем за 3 года, неблагоприятного). Максимальная разница в уровне урожайности в зависимости от условий года выращивания составила 5 ц/га при затратах совокупной энергии 35 ГДж/га. Дальнейшее вкладывание ресурсов не ведёт к росту урожайности зерна озимой пшеницы. По результатам исследования экстремальное значение коэффициента биоэнергетической эффективности имеет место в средние годы при том же уровне энергозатрат, что и для урожайности зерна, при этом дальнейший рост уровня интенсификации технологии возделывания снижает показатель эффективности. В другие годы возделывания пшеницы наблюдалось пропорциональное снижение коэффициента с ростом энергозатрат. Обоснована решающая роль овеществлённых затрат энергии в их общем балансе.

Ключевые слова: затраты совокупной энергии, урожай, коэффициент биоэнергетической эффективности, зависимость, технология.

Для цитирования: Оптимальный уровень затрат совокупной энергии для максимального урожая озимой пшеницы / Г.Г. Маслов, Е.М. Юдина, Н.В. Малашихин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (91). С. 121 - 125. doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-121-125.

Original article

Optimal level of total energy consumption for the maximum yield of winter wheat

Gennady G. Maslov, Elena M. Yudina, Nikolay V. Malashikhin, Irina V. Vulshinskaya

Kuban State Agrarian University

Abstract. The dependences of the yield of winter wheat grain and the coefficient of bioenergetic efficiency of total energy costs with intensive technology of its cultivation are obtained. The optimum yield and total energy costs for its production have been established, taking into account the prevailing climatic conditions of the year (favorable, average, on average for 3 years, unfavorable). The maximum difference in the yield level, depending on the conditions of the growing year, was 5 c/ha with a total energy consumption of 35 GJ/ha. Further investment of resources does not lead to an increase in the yield of winter wheat grain. As a result, according to the climatic conditions of the years of wheat cultivation, this pattern persists, including an average of three years. Similarly, the coefficient of bioenergetic efficiency changes in the average years under the conditions, when the investment of resources and the improvement of the technology of tillage for winter wheat is effective to the level of energy consumption of 35 GJ/ha, after which the coefficient decreases. In favorable years for the development of winter wheat, there is a linear dependence of the bioenergetic efficiency coefficient on the total energy costs: the higher they are, the lower the coefficient value and the investment of resources with a depth of 40 GJ/ha (higher than the optimal one) does not pay off with an increase in yield. A similar picture of the coefficient change occurs in unfavorable and according to the average data for three years of research.

Keywords: total energy costs, yield, bioenergy efficiency coefficient, dependence, technology

For citation: Optimal level of total energy consumption for the maximum yield of winter wheat / G.G. Maslov, E.M. Yudina, N.V. Malashikhin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 91(5): 121 - 125. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-121-125.

Определение уровня затрат энергии на производство сельскохозяйственной продукции является актуальной задачей. Отечественные технологии в растениеводстве значительно уступают зарубежным по энергоёмкости [1 - 3], поэтому необходимо их дальнейшее совершенствование. Успешное наращивание производства зерна при снижении всех видов затрат, в том числе и энергии, достигается ростом урожайности, внедрением научно обоснованных параметров технических средств [4], новейших машин [5 - 7] и их эффективной эксплуатации [8 - 10]. Важно установить закономерность изменения урожайности сельхозкультуры от уровня затрат совокупной энергии, когда дальнейшее повышение энергозатрат уже не даёт прироста урожайности.

Цель нашего исследования - определить на примере озимой пшеницы зависимости урожайности зерна от уровня затрат совокупной энергии на его производство. Известно, что затраты совокупной энергии включают в себя живой труд, энергию на основные средства производства (тракторы, сельхозмашины и др.), оборотные (затраты на топливо, удобрения, семена, пестициды и т.п.). Совершенная технология за счёт инновационных средств механизации, новых агроприёмов и средств химизации может кардинально снизить затраты энергии на производство продукции и получить рациональное соотношение количества энергии, содержащейся в выращенной продукции к затратам энергии на её получение [1]. Нашими исследованиями доказано, что принципиально новый подход к отвальной вспашке почвы под озимую пшеницу после колосовых предшественников и многолетних трав позволяет не только повысить произ-

водительность труда, но и качественно заделать в почву минеральные удобрения, причём на разную глубину в зависимости от используемых туков (азотные - в верхнем слое, калийные и фосфорные - на дно борозды при вспашке). Корневая система пшеницы, продвигаясь в нижние горизонты, усваивает малоподвижные элементы (фосфор и калий) в нужной фазе развития растений. Это будет способствовать накоплению энергии в выращиваемом продукте, а значит, и повышать коэффициент биоэнергетической эффективности. Величина этого коэффициента также определяется некоторой зависимостью, которую мы предполагаем получить в результате исследований.

Материал и методы. Затраты совокупной энергии на производство зерна озимой пшеницы определены нами по методике ВИМ [1]. Исходные данные по урожайности зерна озимой пшеницы сорта Руфа получены на стационарном опытном поле КубГАУ. Опыты проводились при возделывании пшеницы по интенсивной технологии в течение трёх лет. Основная обработка почвы - вспашка на глубину 20 см; интегрированная защита растений от сельхозвредителей, болезней и сорняков; высокая доза удобрений. Площадь делянки: общая - 4,2^25 м; учётная -2x17 м. Уборка урожая на делянках проведена при полной спелости зерна малогабаритным зерноуборочным комбайном «САМПО-500» при влажности зерна 14 %.

Обработка данных эксперимента проводилась методом аппроксимации.

Результаты исследования. Как было указано в цели исследования, зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от уровня затрат сово-

купной энергии на его производство изучали на примере выращивания культуры в годы с различными погодными условиями и различным уровнем интенсификации технологий по дозам удобрений (1 - N^30^0, 2 - ^5оР6оК4о, 3 -^70Р120К80), биопрепаратов (5,2 кг/га), гербицидов (2,0 - 5,1 кг/га), пестицидов (12,1 кг/га), по системам обработки почвы.

Зависимость сборов зерна варьирует с учётом применяемого уровня затрат совокупной энергии в мегаджоулях (МДж). Их можно представить выражениями (1 - 4):

и = 15300 + 2090г-1,6110-7 г7

U б = 7930 + 2240z -1,59-10-' z7 Uв = 4920 + 2250z -1,68 -10-7 z7

(1)

, (2) , (3)

иг = 2370 + 2470г -1,93-10-7 г7, (4)

где г - уровень требуемых затрат совокупной энергии по изучаемым технологиям возделывания, МДж/га; и - сборы зерна, т/га. Графическое представление сборов зерна с учётом уровня энергозатрат (рис. 1) наглядно показывает максимальное значение продуктивности технологии возделывания пшеницы при соответствующей энергоёмкости.

Рис. 1 - Зависимость и и Кб от уровня энергозатрат:

1, 2, 3, 4 - закономерность Кб по вариантам технологий; а, б, в, г - зависимости и в благоприятные, средние, в среднем за 3 года и неблагоприятные годы

Задача снижения энергоёмкости получаемой продукции всегда в центре внимания науки и производства. От этого зависят успешное развитие сельского хозяйства и конкурентоспособность сельхозтоваропроизводителей. В этой связи полученные закономерности урожайности зерна пшеницы и коэффициента биоэнергетической эффективности от уровня энергозатрат является актуальным. Эти закономерности показывают, когда в принятой технологии дальнейшее вкладывание ресурсов (удобрений, пестицидов и т.п.) уже не обеспечивает рост сборов зерна.

Следующие зависимости (5 - 8) подчёркивают эффективность вкладывания ресурсов. При этом в средние по климатическим условиям годы максимальная эффективность интенсификации обеспечивается при максимальных сборах зерна. В другие годы (рис. 1) эффективность существенно снижается с ростом энергозатрат.

(5)

(6)

(7)

(8)

Кб1 = 5290 + 68z - 4,94 • 10-7 z7: Кб2 = 2230 + 52z -1,07 •Ю-7 z7 Кб3 = 3910 + 23z - 4,02 •Ю-7 z7 Кб4 = 3730 + 9,29z - 6,0 •Ю-9 z7

где Кбг - значения коэффициента биоэнергетической эффективности в различные годы по условиям выращивания пшеницы. Полученные зависимости эффективности по предложенному коэффициенту Кбг- подчёркивают её пропорциональное снижение с ростом затрат энергии в большинстве изучаемых вариантов опыта и только второй вариант (средний год по климатическим условиям) показал экстремальное значение функции (максимальное значение коэффициента эффективности Кб2) при уровне энергозатрат 35 тыс. МДж/га. До и после экстремума функции значения Кб2 убывают.

Для сравнения приведём (табл. 1) данные по энергозатратам и энергетической эффективности производства основных сельскохозяйственных культур [1]. Как следует по данным таблицы 1, наиболее эффективна из сравниваемых сельхозкультур озимая пшеница (коэффициент 7,5). По картофелю коэффициент эффективности меньше единицы, что свидетельствует о высоких энергозатратах с учётом удобрений и пестицидов, которые превышают количество энергии, содержащейся в произведённой продукции. Требуется совершенствование этой технологии для снижения затрат.

Решение проблемы снижения энергозатрат зависит от системного подхода к проблеме, на первой ступени которого необходимо выявить технические средства и материалы, оказывающие наибольшее влияние на энергоёмкость. В таблице 2 мы привели полные энергозатраты по отдельным видам сельскохозяйственных работ, наглядно подчёркивающие необходимость первоочередного совершенствования выполняемых в технологии работ.

1. Величина энергозатрат и энергетической эффективности различных сельхозкультур

Сельскохозяйственная культура Энергозатраты, МДж/га Коэффициент энергетической эффективности

Картофель (урожайность 18,6 т/га) 67312 0,83

Сахарная свёкла (урожайность 35 т/га) 62728 1,45

Кукуруза на зерно (урожайность 5 т/га) 23397 3,1

Кукуруза на силос (урожайность 30 т/га) 22607 -

Подсолнечник (урожайность 2 т/га) 30418 1,0

Озимая пшеница (урожайность 7 т/га) 12772 7,5

2. Полные энергозатраты по видам сельскохозяйственных работ и применяемой технике

Вид сельскохозяйственной работы Состав МТА Полные энергозатраты, МДж/га

Внесение минеральных удобрений (1 ц/га) Самолет АН-2 1305

Посев озимой пшеницы ДТ-75+СЗ-3,6 830

Разбрасывание минеральных удобрений (8 ц/га) ДТ-75+РТТ-4,2 10196

Внесение навоза (30 т/га) ДТ-75+РПН-4 4084

Вспашка ( на глубину 22 -24 см с боронованием) ДТ-75+ПЛН-5-35 842

По данным таблицы 2 легко отметить наиболее энергоёмкие работы и факторы, их определяющие. Так, самые высокие энергозатраты (10196 МДж/га) имеют место на разбрасывании минеральных удобрений с учётом овеществлённых затрат энергии на изготовление и доставку удобрений. Доза вносимых удобрений [1] имеет главное значение при расчёте энергозатрат. Учёт овеществлённых энергозатрат на технику и материалы влияет на полные энергозатраты в большей мере, чем прямые энергозатраты и энергоёмкость операций. Например, при вспашке на глубину 22 - 24 см (табл. 2) полные затраты (842 МДж/га) в 5 раз меньше, чем, например, при внесении навоза (4084 МДж/га) с учётом овеществлённых затрат на его производство.

Вывод. Биоэнергетическая оценка сравниваемых технологий с целью получения максимального урожая озимой пшеницы при высоком коэффициенте эффективности позволяет принять оптимальное решение по выбору полных энергозатрат, с учётом овеществлённых, которые главным образом влияют на их уровень. В наших исследованиях по трёхлетним данным установлен оптимальный уровень энергозатрат на производство зерна озимой пшеницы - 35 тыс. МДж/ га при максимальном значении коэффициента биоэнергетической эффективности.

Литература

1. Методические рекомендации по топливно-энергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве / В.А. Токарев, В.Н. Братушков, А.Н. Никифоров [и др.]. М.: ВИМ, 1989.

2. The Improvement of the Technology of Winter Wheat Grain Production for the Purpose of Energy Saving / G.G. Maslov, V.T. Tkachenko, E.M. Yudina et al. // Biosciences Biotechnology Research Asia. 2015; 12 (3): 2071 - 2080.

3. Maslov G.G., Trubilin E.I., Truflyak E.V. Parameters optimization for multifunctional aggregates in plant growing mechanization // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016; 7(3): 1919 - 1926.

4. Concept Of Creating Energy-Resource-Saving Technologies For Harvesting Grain With Multifunctional Aggregates / G.G. Maslov et al. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2018; 9(4): 623 - 630.

5. Пат. № 2246195 C2 Российская Федерация, МПК A01C 1/06. Протравливатель семян / С.М. Борисова, Г.Г. Маслов, А.Л. Мечкало, Е.И. Трубилин; заявит. Кубанский государственный аграрный университет; № 2003109126/12; заявл. 31.03.2003; опубл. 20.02.2005

6. Маслов Г., Палапин А., Ринас Н. Многофункциональный уборочный агрегат // Международный сельскохозяйственный журнал. 2014. № 1 - 2. С. 16 - 19.

7. Припоров Е.В., Припоров И.Е., Самурганов Г.Е. Сравнительный анализ культиваторов для предпосевной обработки почвы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 1 (81). С. 77 - 81.

8. Маслов Г.Г., Карабаницкий А.П., Кочкин Е.А. Техническая эксплуатация МТП: учеб. пособ. для студентов агроинженерных вузов. Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет, 2008. 142 с.

9. Результаты агротехнической и энергетической оценки культиватора для полосовой обработки почвы под технические культуры / С.Г. Мударисов, Р.И. Аминов, А.М. Мухаметдинов [др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 2 (82). С. 141 - 144.

10. Юдина Е.М., Малашихин Н.В. Совершенствование технических средств для обработки междурядий // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 131 - 133.

Геннадий Гэоргиевич Маслов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, maslov-38@mail.ru

Елена Михайловна Юдина, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, elena_yudina1963@mail.ru

Николай Васильевич Малашихин, ассистент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, malashikhin95@bk.ru

Ирина Васильевна Вульшинская, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, ira.0409200@gmail.com

Gennady G. Maslov, Doctor of Technical Sciences, Professor. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, maslov-38@mail.ru

Elena М. Yudina, candidate of Technical Sciences, assistant Professor. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, elena_yudina1963@mail.ru

Nikolai V. Malashikhin, assistant. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, malashikhin95@bk.ru

Irina V. Vulshinskaya, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia, ira.0409200@gmail.com

-Ф-

Научная статья УДК 669.056

Анализ порошков для лазерной наплавки при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники

Андрей Сергеевич Иванов

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Аннотация. При эксплуатации сельскохозяйственной техники значительная часть деталей подвергается средним и большим нагрузкам, вследствие чего происходит их износ. Технологический процесс восстановления и упрочнения таких деталей лазерной наплавкой, преследующий экономию денежных средств, является актуальным направлением. Цель исследования - проанализировать влияние порошков различного состава на получаемые свойства покрытий в процессе лазерной наплавки. Показано, что форма и вид применяемого присадочного материала, а также способы введения этого материала в зону обработки лазером, существенно влияют на качество получаемых поверхностных покрытий. Отмечены достоинства и недостатки порошков различного состава для лазерной наплавки. Доказано, что для обеспечения повышенной твёрдости получаемых покрытий деталей машин сельскохозяйственного назначения в результате наплавки лазером, а также снижения вероятности трещинообразования, необходимо минимизировать в составе применяемых порошков содержание боридо- и карбидообразующих элементов. Эффективным способом является уменьшение внутренних деформаций растяжения в наплавляемом металле за счёт снижения скорости процесса наплавки и количества подаваемого порошка, применения предварительно подогретого материала.

Ключевые слова: сельскохозяйственная техника, восстановление деталей, порошок, наплавка, лазер.

Для цитирования: Иванов А.С. Анализ порошков для лазерной наплавки при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5(91). С. 125 - 129.

Original article

Analysis of powders for laser cladding during reduction parts of agricultural machinery

Andrey S. Ivanov

Northern Trans-Ural State Agricultural University

Abstract. During the operation of agricultural machinery, a significant part of the parts are exposed to medium and heavy loads, as a result of which their wear occurs. The technological process of restoring and hardening such parts by laser cladding, pursuing cost savings, is an urgent direction. The aim of the study is to analyze the effect of powders of various compositions on the obtained properties of coatings in the process of laser cladding. It is shown that the shape and type of the used filler material, as well as the methods of introducing this material into the laser treatment zone, significantly affect the quality of the resulting surface coatings. The advantages and disadvantages of powders of various compositions for laser cladding are noted. It is proved that in order to ensure the increased hardness of the obtained coatings of parts of agricultural machines as a result of laser cladding, as well as to reduce the probability of cracking, it is necessary to minimize the content of boride and carbide-forming elements in the composition of the powders used. An effective method is to reduce