Preview

Сельскохозяйственные машины и технологии

Расширенный поиск
Научно-теоретический рецензируемый журнал «Сельскохозяйственные машины и технологии»

На страницах журнала представляются материалы о разработанных отечественной и зарубежной сельскохозяйственной наукой технологиях по различным направлениям: энергосберегающие способы возделывания сельхозкультур, рациональные экологически безопасные способы применения удобрений и средств защиты растений, низкозатратные способы производства и приготовления кормов, рациональное использование электроэнергии, возобновляемых источников энергии, получение топлива из органического сырья, разработка и внедрение точного земледелия с применением систем ГЛОНАСС, развитие технологий робототехники, мехатроники, применение в сельском хозяйстве нанотехнологий.

Инновационным научным элементом является вклад журнала в создание отечественной энерго-ресурсосберегающей технологии аграрного производства, гарантирующей экономическую, эргономическую, экологическую и социальную безопасность страны, способствующую усилению процесса импортозамещения сельскохозяйственной техники в стране.

Ориентация журнала на публикацию материалов по прогрессивным направлениям в машинных технологиях производства продукции растениеводства и животноводства способствует усилению роли аграрной науки в развитии сельскохозяйственного производства по пути интенсификации на основе использования новейших достижений науки и передового опыта.

Подписной индекс 35825 в Каталоге Агенства "Урал-Пресс".

Текущий выпуск

Том 14, № 4 (2020)
Скачать выпуск PDF

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

4-11 161
Аннотация

Аэрофотосъемку с помощью беспилотных летательных аппаратов и мультиспектральной камеры применяют для мониторинга состояния посевов и прогноза развития сельскохозяйственных культур. В результате операций со значениями различных спектральных длин волн эмпирически подбирают и рассчитывают вегетационные индексы, составляя карты. При оценке состояния посевов необходимо определять лимитирующие факторы применения вегетационных индексов.

(Цель исследования) Проанализировать, оценить и выбрать вегетационные индексы для проведения оперативного, качественного и комплексного мониторинга состояния сельскохозяйственных культур и формирования оптимальных управленческих решений.

(Материалы и методы) Изучили результаты научных исследований в области технологий дистанционного зондирования с использованием беспилотных летательных аппаратов и мультиспектральных камер, а также опыт применения вегетационных индексов для оценки состояния сельскохозяйственных культур в системе точного земледелия. Определили лимитирующие факторы для исследования вегетационных индексов: ограниченное количество монохромных камер в популярных мультиспектральных камерах; основные показатели для мониторинга сельскохозяйственных культур, необходимые агрономам. После обработки аэрофотоснимков с беспилотного летательного аппарата создали высокоточный ортофотоплан, цифровую модель поля и карты вегетационных индексов.

(Результаты и обсуждение) Обнаружили более 150 вегетационных индексов. Не все их них создавались путем наблюдений и экспериментов. Рассмотрели широкополосные вегетационные индексы для оценки состояния посевов на полях. Проанализировали вегетационные индексы посевов сои и озимой пшеницы в основных фазах вегетации.

(Выводы) Выявили, что каждый вегетационный индекс имеет свою специфическую сферу применения, ограничивающие факторы и используется как отдельно, так и в комплексе с другими индексами. Рекомендовали при расчете вегетационных индексов для практического применения руководствоваться техническими характеристиками мультиспектральных камер и учитывать эффективность применения индекса на различных стадиях вегетации.

ТЕХНИКА ДЛЯ ОВОЩЕВОДСТВА

12-16 111
Аннотация

Для высева мелких семян овощей, в частности лука, используют специальные сеялки. В Республике Узбекистан их не производят, в то время как за рубежом выпускают множество различных пневматических сеялок. Отметили, что зарубежные образцы сложны по конструкции, не приспособлены к местным почвенно-климатическим условиям, не могут обеспечить равномерную заделку семян на гребнях, а стоимость самих сеялок и сервисного обслуживания очень высока.

(Цель исследований) Разработать овощную сеялку применительно к почвенно-климатическим условиям Узбекистана, определить нормы высева семян лука в зависимости от длины активной части высевающей катушки, оценить качество формирования посевных гребней и поливных борозд.

(Материалы и методы) Норму высева определяли путем прокручивания опорно-приводного колеса сеялки при заданной длине активной части высевающей катушки и сбора высеваемых семян в стаканчики с дальнейшим взвешиванием. Качество формирования посевных гребней и поливных борозд оценивали методом профилирования поля до и после прохода сеялки.

(Результаты и обсуждение) Разработали овощную сеялку, выполняющую за один проход три операции: нарезку поливных борозд, формирование посевных гребней трапецеидальной формы и сев семян лука и других мелкосеменных овощных культур ленточным способом тремя рядами в каждой ленте. Выявили, что зависимость нормы высева от длины активной части катушки имеет слабовыраженную параболическую форму, а требуемые нормы высева – 24-48 штук на погонный метр (3,9-7,8 килограмма на гектар) – гарантированы при длине высевающей катушки 3,3-6,2 миллиметра. Доказали, что сеялка обеспечивает качественное образование посевных гребней и поливных борозд: ширина междурядий составила 68,8 сантиметра (установочная – 70 сантиметров), ширина гребней по верху равна 42,5 сантиметра (заданная – 40 сантиметров), глубина поливных борозд составила в среднем 9,6 сантиметра.

(Выводы) Разработали овощную сеялку для сева мелкосеменных овощных культур с одновременным формированием посевных гребней и нарезкой поливных борозд, обеспечивающую качественное выполнение всех операций и соблюдение норм высева семян лука

ПРЕДПОСЕВНАЯ ОБРАБОТКА СЕМЯН

17-25 110
Аннотация

Определили основные факторы, существенно повлиявшие на технологическое обеспечение процессов послеуборочной обработки в течение нескольких десятилетий. Показали, что в последние годы перед многими хозяйствами встала необходимость решения проблемы повышения качества семян и уменьшения их потерь в процессе послеуборочной обработки зерна в кратчайшие сроки.

(Цель исследований) Провести исторический анализ машинных технологий послеуборочной обработки зерна и подготовки семян и определить перспективные направления их развития.

(Материалы и методы) Использовали историко-аналитический метод в приложении к техническим системам, в частности к технологи-ям послеуборочной обработки зерна и подготовки семян. Объекты исследований – оригинальные работы отечественных и зарубежных авторов за более чем 100-летний период и другая нормативно-техническая документация.

(Результаты и обсуждение) Представили результаты эволюции машинных технологий послеуборочной обработки зерна и подготовки семян в РФ в течение последних 100 лет. Рассмотрели научные, технологические, технические и организационные вопросы развития машинных технологий обработки зерна и подготовки семян. Определили, что научные основы создания отечественных сепарирующих машин были разработаны в 30-е годы прошлого века. Отметили, что в 1934 году создана и поставлена на производство первая отечественная передвижная зерноочистительная машина производительностью 10 тонн в час на очистке зерна и 6-8 тонн в час – на очистке семян. Выявили последующие ключевые этапы: в 60-х годах разработана поточная технология послеуборочной обработки зерна; к концу 70-х годов с завершением работ по созданию агрегатов и комплексов все процессы послеуборочной обработки зерна впервые в стране были полностью механизированы.

(Выводы) Доказали, что производительность труда в отрасли повысилась в 7-10 раз, в 2-3 раза снизилась стоимость обработки зерна, сократились его потери, ручной, неквалифицированный труд был исключен. Определили перспективные направления развития технологий обработки зерна и подготовки семян.

26-32 86
Аннотация

Исследовали гравитационный способ сепарации зернового вороха, при котором очистка от крупных и мелких примесей осуществляется без затрат электроэнергии, при самотечном движении материала в вертикальных очистительных колонках по неподвижным зигзагообразно размещенным сепарирующим гребенкам.

(Цель исследования) Изучить работу гравитационной колонки на очистке селекционных семян и обосновать ее конструктивные параметры.

(Материалы и методы) Разработали макетный образец гравитационной колонки. Экспериментально определили: диаметр зубьев гребенок; пропускную способность колонки; возможность более полного выделения из исходного материала фракции «семена»; полноту выделения крупных примесей. Сравнили работу гравитационной колонки и плоского качающегося решета. Оценили заклинивание гребенок семенами очищаемой культуры.

(Результаты и обсуждение) Отметили, что на очистке пшеницы при производительности 45,6 килограмма в час выход фракции «отход» составил 0,5 процента, потери 0,07 процента, а при производительности 227,8 килограмма в час, соответственно, 0,98 и 0,35 процента, что отвечает исходным требованиям на основные технологические операции для послеуборочной обработки селекционных семян.

(Выводы) Установили, что гравитационная колонка для выделения мелких примесей селекционных семян пшеницы с высокой эффективностью разделяет частицы, если они отличаются друг от друга по толщине не менее 0,3 миллиметра при зазоре между прутками гребенки 2,0 миллиметра и диаметре поперечного сечения прутка 0,9 миллиметра. Определили, что высокая производительность – до 150 килограммов в час – возможна при поперечном сечении колонки со сторонами 60 и 70 миллиметров. Выявили практически одинаковое качество разделения материала при выделении мелких примесей с помощью как решета, так и гравитационной колонки.

МОБИЛЬНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

33-42 121
Аннотация

Показали, что снизить токсичность отработанных газов и повысить эффективность работы тракторов можно с помощью электроприводного силового агрегата для реализации тягового усилия. Коэффициент полезного действия современных электродвигателей достигает в пике 96 процентов, по сравнению с 45 у дизельного двигателя. Подчеркнули, что этот параметр для современных источников электрической энергии равен 85-90 процентам, что открывает возможности для реализации электрической тяги на тракторах.

(Цель исследования) Представить общую концепцию электроприводного силового агрегата для трактора малого тягового класса и оценить его параметры в первом приближении.

(Материалы и методы) Для электропривода трактора в качестве источника электрической энергии выбрали литий-ионные аккумуляторы, показывающие лучшие характеристики энергоемкости – 432-864 килоджоуля на килограмм при удельной стоимости 4200-17400 рублей на килограмм. В ходе анализа типов привода силового агрегата рассмотрели дизельный двигатель Д-120 мощностью 20 киловатт, электродвигатель постоянного тока и асинхронный двигатель с аналогичными параметрами. В качестве основы для расчета взяли трактор ВТЗ-2032 с номинальным тяговым усилием 6000 ньютонов при работе на стерне. (Результаты и обсуждение) Выявили лучшие показатели электропривода вследствие более широкого нагрузочного диапазона характеристик на передачах при снижении удельных затрат на киловатт-час с 24 до 15-16 рублей.

(Выводы) Определили наиболее эффективный двигатель – электрический бесщеточный постоянного тока. Рассчитали, что удельная стоимость его энергии в 1,5-1,8 раза меньше, чем у дизельного двигателя, и составляет 15- 27 рублей на киловатт-час при максимальной эффективности 95 процентов. Установили, что оптимальным решением для питания электропривода будут литий-ионные аккумуляторы. Они отличаются высокой удельной энергоемкостью – 432- 864 килоджоуля на килограмм – и низкой ценой за единицу энергии, составляющей 5-45 рублей за килоджоуль

43-48 82
Аннотация

Одно из условий достижения максимальной урожайности сельскохозяйственных культур – оптимальная плотность почвы. В Амурской области экологические пороги уплотнения для зерновых культур составляют 1,0-1,24 грамма на кубический сантиметр, для сои – 1,09-1,25, что соответствует нормальному давлению 80-120 килопаскалей в зависимости от влажности почвы. Показали, что применяемые в Амурской области тракторы, воздействуя на почву, превышают экологический порог уплотнения.

(Цель исследования) Обосновать экологическую совместимость мобильной полевой энергетики, в первую очередь тракторов, занятых на полевых работах, по уплотняющему воздействию от передаваемой их движителями нормальной нагрузки на почву.

(Материалы и методы) Проанализировали экспериментальные данные изменения плотности, твердости и сопротивления почвы обработке. Получили эмпирическую зависимость для расчета прироста сопротивления обработке почвы от уплотняющей нагрузки в слое 0-20 сантиметров.

(Результаты и обсуждение) Установили рост сопротивления вспашке на 12-25 процентов при нормальной нагрузке 138-170 килопаскалей, передаваемой движителями машин, что соответствует плотности почвы 1,25-1,30 грамма на кубический сантиметр; при нагрузке 180-250 килопаскалей сопротивление увеличивается на 43-50 процентов, что эквивалентно плотности почвы 1,30-1,35 грамма на кубический сантиметр; при давлении 300-350 килопаскалей эти показатели повышаются на 60-67 процентов и до 1,40-1,45 грамма на кубический сантиметр; а при 400 килопаскалях выявили рост сопротивления на 70-90 процентов, что сравнимо с плотностью 1,48 грамма на кубический сантиметр.

(Выводы) Определили, что предельное значение нормального давления под движителями машин на полевых работах следует ограничить до 150-175 килопаскалей. Установили экологический порог нормального давления – не более 120-135 килопаскалей при влажности почвы 20-23 процента, что сравнимо с плотностью почвы 1,2-1,25 грамма на кубический сантиметр. Рассчитали предельное значение нормального давления движителя на почву – 350 паскалей, что соответствует критическому уплотнению почвы 1,30 грамма на кубический сантиметр.

ТЕХНИКА ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА

49-56 88
Аннотация

Показали, что главное условие оценки уборочно-транспортного комплекса – снижение издержек при уборке и транспортировке урожая зерновых.

(Цель исследования) Оценить технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства зарубежных зерноуборочных комбайнов и их влияние на производительность всего уборочно-транспортного комплекса. На основании статистических данных, полученных во время сбора информации, рассчитать показатели, которые влияют на управление работой уборочно-транспортного комплекса.

(Материалы и методы) Использовали статистические материалы по работе зерноуборочных комбайнов, транспортных средств на отвозке. Учитывали технические характеристики зерноуборочных комбайнов и транспортных средств. Рассмотрели элементы теории вероятностей для формирования состава уборочно-транспортного комплекса. Исследования провели одновременно в двух структурных подразделениях сельскохозяйственной организации, находящихся друг от друга на расстоянии 19-20 километров. Применяли методы: экономико-статистический, прогнозирования, экономико-математического моделирования, экспертных оценок и другие.

(Результаты и обсуждение) Получили 89 значений по показателю «Время заполнения бункера зерноуборочного комбайна», 45 – по критерию «Время ожидания загрузки транспортным средством». Рассчитали математическое ожидание первого показателя: в первом уборочном отряде для Tucano 450 – 22,68 минуты; Mega 370 – 20,74 минуты; для Tucano 450 из второго уборочного отряда – 19,24 минуты.

(Выводы) Выявили особенности формирования уборочно-транспортных комплексов, состоящих из зарубежных зерноуборочных комбайнов и транспортных средств. Определили производительность, качественные показатели технологического процесса обмолота зерновых культур и урожайность, при которых использование зарубежных зерноуборочных комбайнов становится экономически целесообразным.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА

57-62 82
Аннотация

Цифровой двойник представляет собой виртуальную модель рабочего органа земледельческого орудия, позволяющую рассчитать и предвидеть его ожидаемое поведение в период всего срока эксплуатации.

(Цель исследования) Разработать алгоритм последовательных моделей, составляющих цифровой двойник рабочего органа земледельческого орудия.

(Материалы и методы) Первую составляющую алгоритма цифрового двойника определили методом ускоренных имитационных нагружений рабочего органа клина-рыхлителя, принятого в качестве объекта исследования. Вторую составляющую выявили методом тестирования различных почв с определением силовых эквивалентов. При описании последующих составляющих учитывали физико-механические свойства почв и материалы (упрочнения) для изготовления рабочих органов.

(Результаты и обсуждение) Показали, что алгоритм построения цифрового двойника рабочего органа земледельческого орудия складывается из цепочки последовательных действий и представляет систему цифрового описания рабочего органа, обеспечивающую нормативный срок службы при эксплуатации. В качестве первой составляющей алгоритма приняли результаты имитационного погружения, которые регистрируют характер распределения нормальных сил по поверхностям трения. Во второй составляющей учитывали результаты определения силового эквивалента при нагружении рабочего органа в условиях реальной почвенной среды. Выявили возможность построения карт интенсивностей абразивного износа поверхности трения, прогнозных расчетов элементов конструкции. Третью и четвертую составляющие применяли для обеспечения нормативного срока службы рабочего органа, исходя из минимальных затрат при изготовлении, соотнесенных к единице выработки нормативного ресурса.

(Выводы) Полученный алгоритм построения цифрового двойника – удобный инструмент при создании новых конструкций рабочих органов земледельческих орудий.

63-70 120
Аннотация

Правильно подобранная система позиционирования для управления движением мобильного робототехнического средства обеспечивает высокую точность позиционирования роботизированной платформы на территории сада, позволяет автоматизировать точные операции в саду и систематизировать алгоритмы построения маршрута.

(Цель исследования) Обосновать рациональный выбор системы позиционирования для управления движением мобильного робототехнического средства.

(Материалы и методы) Сформировали требования к системе позиционирования для выполнения точных операций в саду, а именно: механизированный сбор плодов и ягод, дифференцированное внесение удобрений и средств химической защиты растений. Назвали основные из них: погрешность определения местоположения не более 5 сантиметров, устойчивость передачи информации на сервер для построения карт движения, движение робототехнического средства по заданной траектории, оснащение маяков мобильным источником питания емкостью не менее 800 миллиампер-час, обмен информацией между маяком и встроенным в робототехническое средство микропроцессорным контроллером по стандарту RS-485, площадь покрытия сигнала не менее 100 квадратных метров. (Результаты и обсуждение) Описали шесть наиболее актуальных систем позиционирования следующих производителей: RealTrac, Русофт ЦКТ, Неоматика, ISBC, Avtosensor, Marvelmind. Сравнили их технические и эксплуатационные параметры: рабочие частоты, дальность действия, интерфейс передачи данных, точность определения местоположения и стоимость готовых комплектов. Показали, что Marvelmind обеспечивает бесперебойную работу на частотах 433 и 915 мегагерц с погрешностью определения местоположения не более 2 сантиметров. Провели испытания на малогабаритном роботизированном транспортно-технологическом средстве со следующими характеристиками: максимальная транспортная скорость движения – 30 километров в час, эксплуатационная масса – 500 килограммов, длина 2 метра, ширина – 1,2 метра, высота – 1,6 метра.

(Выводы) Обосновали выбор наиболее подходящей и доступной системы позиционирования Marvelmind и экспериментально подтвердили заявленную производителем точность позиционирования. При движении по беспетлевому и петлевому повороту точность позиционирования не превысила 1,5 сантиметра, что соответствует агротехническими требованиям к механизированному сбору плодов и ягод, к дифференцированному внесению удобрений и средств химической защиты растений.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

71-77 98
Аннотация

Экструдирование кормов обеспечивает высокое качество готового продукта.

(Цель исследования) Повысить долговечность элементов конструкции пресс-экструдера путем оптимизации их прочностных характеристик.

(Материалы и методы) Исследовали технологический принцип экструзии. Применили метод планирования эксперимента. Рассмотрели процесс работы пресс-экструдера со шнеком переменного шага при переработке чечевицы. Прочностные характеристики элементов пресс-экструдера проверяли в ходе проектировочного расчета или расчета на прочность.

(Результаты и обсуждение) Показали роль основных геометрических параметров шнека экструдера – наклона витка и шага нарезки – в приготовлении качественных зерновых кормов. Выявили, что шаг витка следует рассчитывать в зависимости от коэффициента трения исходного материала о корпус пресс-экструдера, вида и свойств подаваемого материала. Определили усталостные напряжения шнека как результат знакопостоянной нагрузки сдвига и температурных воздействий. Рассчитали мощность привода, производительность экструдера для уточнения характеристик шнека, а также гидравлическое сопротивление матричной выходной головки, расстояние технологических зон. Подтвердили, что сборная конструкция шнека, состоящая из участков с разным шагом витка, придает пресс-экструдеру универсальность.

(Выводы) Установили, что шпонка – один из наиболее нагруженных элементов конструкции шнека пресс-экструдера. Рассчитали максимальное расчетное напряжение от постоянной нагрузки – 26,98 мегапаскаля. Определили , что напряжение в поперечном сечении шпонки при температурном воздействии составило 591 мегапаскаль, что превысило предел текучести для выбранного материала, равный 360 мегапаскалям для стали 45. В ходе экспериментальных исследований получили значение ударной вязкости, которое соответствует стандартному показателю выбранной изначально марки стали (38 килоджоулей на кубометр), но не отвечает требованиям, предъявляемым к данному элементу конструкции (не менее 50 килоджоулей на кубометр).

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

78-83 101
Аннотация

Представили материал по оценке режимов работы и условий эксплуатации сельскохозяйственных машин с помощью разработанной учеными Федерального научного агроинженерного центра ВИМ системы контроля технического состояния. Показали пример применения бесконтактных датчиков на тракторе Kioti CK22 для оценки аварийного режима работы, который в последствии может привести к преждевременному отказу. Рассмотрели возможности наиболее рационального применения алгоритма дистанционного мониторинга к диагностированию – для выявления причин возникновения неисправностей.

(Цель исследования) Усовершенствовать существующие и разработать новые технологии дистанционной оценки текущего технического состояния машин на протяжении всей эксплуатации.

(Материалы и методы) Подтвердили, что разработанный учеными ВИМ алгоритм дистанционной системы мониторинга позволяет обеспечить автоматизированный контроль параметров технического состояния агрегатов и узлов машин. Эксплуатацию системы проводили на основе документирования фактов работы машины в аварийных или предаварийных режимах. Обеспечили контроль параметров в допустимых для них пределах.

(Результаты и обсуждение) Проанализировав причины отказов, установили исходную номенклатуру исследуемых процессов. Разработали алгоритм дистанционного мониторинга параметров, позволяющих оценить режимы работы машины. Проверили функциональность алгоритма на примере установки бесконтактных датчиков и бортового компьютера на трактор Kioti CK22.

(Выводы) При помощи установленной бортовой системы и 8 датчиков получили информацию, которая позволила оценить текущее техническое состояние трактора Kioti CK22 исходя из динамики 8 контролируемых параметров, характеризующих постепенное изменение функциональности машины/системы и влияющих на техническую и экологическую безопасность.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.