Для повышения эффективности уборки зерновых культур, ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) разработали математические и компьютерные модели, которые помогут с наименьшим повреждением выделить зерно из колоса на разных этапах созревания. По мнению авторов, технологии, разработанные на основе полученных данных, позволят убирать урожай на ранней стадии спелости, когда зерно содержит больше питательных веществ. Результаты исследования опубликованы в журнале Agriculture.
Чтобы понять, как выделить зерно из колоса с минимальными повреждениями, авторы исследования, опираясь на CAD-CAE технологии, изучили колебания зерна с помощью теории изгиба балок и знаний о физическом принципе резонанса. На основании полученных математических моделей ученые провели исследования по деформированию и разрушению элементов растений на разных стадиях спелости.
Исследователи изучили колебания стебля с колосом и отдельного зерна в колосе. Они выявили оптимальные резонансные частоты, при которых зерно выделяется из колоса на ранней стадии, а также на стадии полной спелости.
По словам авторов, аналогичных экспериментов по применению физико-механического воздействия на зерно по уменьшению энергозатрат явно недостаточно.
Существующие технологии комбайновой уборки зерновых сельскохозяйственных культур предполагают сбор полностью вызревшего зерна с помощью энергозатратной и сильно травмирующей зерно операции – обмолота. Другой метод уборки зерна – метод очеса на корню с помощью очесывающих жаток – менее энергозатратен и меньше травмирует зерно. Однако использование дополнительного резонансного воздействия позволяет выделять зерно из колоса более эффективно и с наименьшей травмируемостью.
Таким образом, ученые добились увеличения эффективности зерноуборочных комбайнов. На основании полученных данных был создан новый агрегат для уборки урожая методом очеса на корню. Установленные в нем пьезоактуаторы оказывают резонансное воздействие на зерно и способствуют его выделению из колоса, в зависимости от фазы спелости. На эту разработку получен патент.
"Использование физического принципа резонанса в сельском хозяйстве позволит уменьшить энергетические затраты на уборку зерна и его травмируемость, снизить потери зерна при уборке и хранении. Зерно можно будет убирать на ранних фазах спелости с повышенным содержанием питательных веществ, что позволит укрепить кормовую и продовольственную базу", – рассказал декан факультета "Агропромышленный" ДГТУ Дмитрий Рудой.
В будущем авторы разработки планируют ее развивать, в том числе, на основе элементов интеллектуального управления.