vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2023-17-2-4-12vimjour-510Research ArticleИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИSCIENCE AND ENGINEERING PERSPECTIVEМатематическое моделирование как инструмент проектирования сельскохозяйственных машин и агрегатов (применительно к истории развития научной школы Южного Урала)Mathematical Modeling as a Aspect for Designing Agricultural Machines and Units (Development History Of Southern Urals Scientific School)ЦенчЮ. С.TsenchYu. S.

Юлия Сергеевна Ценч - доктор технических наук, главный научный сотрудник

Москва

Yuliya S. Tsench - Dr.Sc.(Eng.), chief researcher

Moscow

vimasp@mail.ruГодлевскаяЕ. В.GodlevskayaE. V.

Елена Владимировна Годлевская - кандидат педагогических наук, доцент

Челябинск

Elena V. Godlevskaya - Ph.D.(Ed.), associate professor

Chelyabinsk

elengodl@ya.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal research center of agricultural engineering VIMRussian FederationЧелябинский государственный промышленно-гуманитарный техникум имени А.В. Яковлева, г.РоссияChelyabinsk State Industrial and Humanitarian Technical School named after A.V. YakovlevRussian Federation202322062023172412Copyright © Ценч Ю.С., Годлевская Е.В., 20232023Ценч Ю.С., Годлевская Е.В.Tsench Y.S., Godlevskaya E.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/510

Представлены результаты анализа диссертационных исследований научной школы Южного Урала, посвященных процессу проектирования почвообрабатывающих машин и агрегатов с применением методов математического моделирования. (Цель исследования) Установить закономерности проектирования почвообрабатывающих машин и агрегатов и на этой основе спрогнозировать перспективы их совершенствования с использованием методов математического моделирования. (Материалы и методы) Проанализировали вопросы, связанные с построением математических моделей по результатам полевых испытаний почвообрабатывающих машин в различных почвенно-климатических условиях,  акцентировали внимание на принимаемых авторами оптимальных решений по конструированию, модернизации почвообрабатывающих машин и агрегатов. (Результаты и обсуждение) Показали, что процесс конструирования почвообрабатывающих машин проходил следующие этапы: эмпирическое конструирование, вычислительный эксперимент и применение системы автоматизированного проектирования. Отметили, что результатом развития инструментов научных исследований стало постепенное приближение получаемых математических моделей к реальным условиям работы почвообрабатывающих машин и агрегатов. Это позволило обеспечить заданный уровень показателей качества выполнения технологического процесса обработки почвы путем совершенствования и обоснования параметров почвообрабатывающих машин и разработать адаптивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур применительно к почвенно-климатическим условиям различных регионов. (Выводы) Подтвердили, что дальнейшие исследования в области применения Системы автоматизированного проектирования машин для решения инженерных задач, касающихся повышения качества обработки почвы с заданными параметрами, почвообрабатывающими машинами и агрегатами направлены на создание конструкций вибрационных рабочих органов; использование силы сжатого воздуха и электромагнитных полей; создание почвообрабатывающих машин с высокой степенью автоматизации настройки на заданные условия работы; разработку систем дистанционного контроля за процессом работы рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин.Ключевые слова: почвообрабатывающие машины, отвальная система земледелия, математическое моделирование, система автоматизированного проектирования машин. 

This research paper examines the findings presented in the doctoral and PhD theses from the Southern Urals scientific school specifically focusing on the design process of tillage machines and units through the application of mathematical modeling. (Research purpose) The objective of the study is to identify the patterns in designing tillage machines and units and, based on these patterns forecast their potential enhancements using mathematical modeling. (Materials and methods) The paper analyses the creation of mathematical models based on field tests of tillage machine under diverse soil and climatic conditions emphasizing the authors’ optimal design and upgrade decisions (Results and discussion) The research reveals that the design process of soil-cultivating machines progressed through such stages as: empirical design, computational experimentation and the use of computer-aided design. The evolutionary development of research tools demonstrates a gradual convergence between the mathematical models and the actual working conditions of tillage machines and units. Consequently, this enables the improvement and substantiation of tillage machine parameters to meet specific quality criteria for the tillage process, as well as the development of adaptable crop cultivation technologies applicable to various regions’ soil and climatic conditions. (Conclusions) The study concludes that to enhance the performance of tillage machines and units and achieve the desired quality parameters, further research should focus on machine computer-aided design, including the design of vibratory working bodies, utilization of compressed air and electromagnetic fields, creation of highly automated soil-cultivating machines capable of adjusting to specified working conditions, and development of remote control systems for managing tillage and sowing machine operations.

почвообрабатывающие машиныотвальная система земледелияматематическое моделированиесистема автоматизированного проектирования машинtillage machinesmoldboard tillage systemmathematical modelingcomputer-aided design of machinesReferencesВиноградов В.И. Сопротивление рабочих органов лемешного плуга и методы снижения энергоемкости пахоты: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Челябинск: ЧГАУ. 1969. 697 с.Vinogradov V.I. Soprotivlenie rabochikh organov lemeshnogo pluga i metody snizheniya energoemkosti pakhoty: dissertatsiya na soiskanie uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk [The resistance of the share plow working bodies and methods for reducing the plowing energy intensity: Dr.Sc. thesis]. Chelyabinsk: CHGAU. 1969. 697 (In Rusian).Капов С.Н., Рахимов И.Р. Модели почвы в земледельческой механике // Тезисы докладов на XI научно-технической конференции. Челябинск: ЧГАУ. 2001. С. 322-324.Kapov S.N., Rakhimov I.R. Modeli pochvy v zemledel’cheskoy mekhanike [Soil models in agricultural mechanics]. Tezisy dokladov na XI nauchno-tekhnicheskoy konferentsii.Che­lyabinsk: CHGAU. 2001. 322-324 (In Russian).Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение. 1965. 311 с.Sineokov G.N. Proektirovanie pochvoobrabatyvayushchikh mashin [Designing tillage machines]. Mashinostroenie. 1965. 311 (In Russian).Жалнин Э.В. Постулаты В.П. Горячкина и их дальнейшее развитие // Агроинженерия. 2008. N2. С. 15-21.Zhalnin E.V. Postulaty V.P. Goryachkina i ikh dal’neyshee razvitie [V.P. Goryachkin’s postulates and their further development]. Agroinzheneriya. 2008. N2. 15-21 (In Russian).Ерохин М.Н. Роль наследия В.П. Горячкина в агроинженерном образовании XXI века // Агроинженерия. 2008. N1. С. 7-10.Erokhin M.N. Rol’ naslediya V.P. Goryachkina v agroinzhenernom obrazovanii XXI veka [The role of V.P. Goryachkina in agroengineering education of the XXI century]. Agroinzhene­riya. 2008. N1. 7-10 (In Russian).Ректору Челябинского ГАУ академику Россельхозакадемии Василию Васильевичу Бледных 70 лет // Достижения науки и техники АПК. 2008. N7. С. 30-31.Rektoru Chelyabinskogo GAU akademiku Rossel’khozakademii Vasiliyu Vasil’evichu Blednykh 70 let [The 70th anniversary of Vasily V. Blednykh, Rector of the Chelyabinsk State Agrarian University, Academician of the Russian Agricultural Academy]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2008. N7. 30-31 (In Russian).Терсков Г.Д. К вопросу о построении отвалов американских плугов // Известия Томского политехнического университета. 1934. N2. С. 79-92.Terskov G.D. K voprosu o postroenii otvalov amerikanskikh plugov [The issue of constructing American plow dumps]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 1934. N2. 79-92 (In Russian).Экспериментальная теория резания лезвием // Механизация и электрификация. 1940. Вып. 4. С. 3-22.Eksperimental’naya teoriya rezaniya lezviem [Experimental theory of blade cutting]. Mekhanizatsiya i elektrifika­tsiya. 1940. Vol. 4. 3-22 (In Russian).Лурье А.Б., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. Л.: Машиностроение. 1981. 270 с.Lur’e A.B., Lyubimov A.I. Shirokozakhvatnye pochvoobrabatyvayushchie mashiny [Wide-cut tillage machines]. Le­ningrad: Mashinostroenie. 1981. 270 (In Russian).Любимов А.И. Динамика широкозахватных агрегатов основной обработки почвы: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Челябинск: ЧГАУ. 1973. 321 с.Lyubimov A.I. Dinamika shirokozakhvatnykh agregatov osnovnoy obrabotki pochvy: dissertatsiya na soiskanie uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk [Dynamics of wide-cutting aggregates for basic tillage: Dr.Sc. thesis]. Chelyabinsk: CHGAU. 1973. 321 (In Russian).Бледных B.B. Основные закономерности силового взаимодействия трехгранного клина с почвой // Достижения науки и техники АПК. 2008. N8. С. 33-36.Blednykh V.V. Osnovnye zakonomernosti silovogo vzaimodeystviya trekhgrannogo klina s pochvoy [The main regularities of the force interaction of a trihedral wedge with soil]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2008. N8. 33-36 (In Russian).Гячев Л.В. Теория лемешно-отвальной поверхности //Научные труды Азово-Черноморского института механизации сельского хозяйства. 1961. Вып. 13. 317 с.Gyachev L.V. Teoriya lemeshno-otval’noy poverkhnosti [Theory of share-dump surface]. Nauchnye trudy Azovo-Chernomorskogo instituta mekhanizatsii sel’skogo khozyaystva. 1961. Vol. 13. 317 (In Russian).Бледных В.В. Совершенствование рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе математического моделирования технологических процессов: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Л.: 1989. 38 с.Blednykh V.V. Sovershenstvovanie rabochikh organov pochvoobrabatyvayushchikh mashin na osnove matematicheskogo modelirovaniya tekhnologicheskikh protsessov: Avtorefe­rat dissertatsii na soiskanie uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk [Upgrading machine working bodies based on mathematical modeling of technological processes: Dr.Sc. thesis abstract]. Leningrad: 1989. 38 (In Russian).Влагоаккумулирующие технологии, техника для обработки почв и использование минеральных удобрений в экстремальных условиях: Научное издание ФАНО России, ВИМ, ВНИМС. Научные руководители: Измай­лов А.Ю., Соркин Н.Т. Рязань: ВНИМС. 2014. 245 с.Vlagoakkumuliruyushchie tekhnologii, tekhnika dlya obrabotki pochv i ispol’zovanie mineral’nykh udobreniy v ekstremal’nykh usloviyakh: Nauchnoe izdanie FANO Rossii, VIM, VNIMS [Moisture storage technologies, soil cultivation equipment and the use of mineral fertilizers in extreme conditions]. Scientific supervisors: Izmaylov A.Yu., Sorkin N.T. Ryazan’: VNIMS. 2014. 245 (In Russian).Зыбалов В.С., Добровольский И.П., Рахимов Р.С., Хлызов Н.Т., Капкаев Ю.Ш. Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области: монография. Челябинск: ЧГАУ. 2016. 266 с.Zybalov V.S., Dobrovol’skiy I.P., Rakhimov R.S., Khlyzov N.T., Kapkaev Yu.Sh. Ratsional’noe ispol’zovanie zemel’ sel’skokhozyaystvennogo naznacheniya Chelyabinskoy oblasti: monografiya [Efficient use of the agricultural land in the Chelyabinsk region: monograph]. Chelyabinsk: CHGAU. 2016. 266 (In Russian).Зыбалов В.С., Добровольский И.П., Хлызов Н.Т., Рахимов И.Р., Бархатов В.И. Управление плодородием почв Челябинской области: Монография. Челябинск: ЧГАУ. 2018. 193 с.Zybalov V.S., Dobrovol’skiy I.P., Khlyzov N.T., Rakhimov I.R., Barkhatov V.I. Upravlenie plodorodiem pochv Chelyabinskoy oblasti: Monografiya [Management of soil fertility in the Chelyabinsk region: Monograph]. Chelyabinsk: CHGAU. 2018. 193 (In Russian).Рахимов Р.С., Рахимов И.Р., Ялалетдинов Д.А., Фетисов Е.О., Хамитов Я.Ю., Юмагужин Р.М., Рахимжанов А.Р., Анохин С.В. Разработка технологии и изготовление импортозамещающего комплекса машин для возделывания сельскохозяйственных культур //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020. N1. С. 86-96.Rakhimov R.S., Rakhimov I.R., Yalaletdinov D.A., Feti­sov E.O., Khamitov Ya.Yu., Yumaguzhin R.M., Rakhimzhanov A.R., Anokhin S.V. Razrabotka tekhnologii i izgotovlenie importozameshchayushchego kompleksa mashin dlya vozdelyvaniya sel’skokhozyaystvennykh kul’tur [Development of technology and manufacturing of an import-substituting complex of machines for cultivating crops]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2020. N1. 86-96 (In Russian).Рахимов И.Р. Совершенствование рабочих органов машин для основной обработки почвы на основе моделирования процесса взаимодействия клина с почвой: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск: ЧГАУ. 2006. 27 с.Rakhimov I.R. Sovershenstvovanie rabochikh organov ma­shin dlya osnovnoy obrabotki pochvy na osnove modelirovaniya protsessa vzaimodeystviya klina s pochvoy: avtorefe­rat dissertatsii na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk [Upgrading the working bodies of main tillage machines based on modeling the interaction of the wedge with the soil: PhD thesis abstract]. Chelyabinsk: CHGAU. 2006. 27 (In Russian).Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. Принципы формирования систем машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов в растениеводстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 16. N4. С. 4-12.Lobachevskiy Ya.P., Tsench Yu.S. Printsipy formirovaniya system mashin i tekhnologiy dlya kompleksnoy mekhanizatsii i avtomatizatsii tekhnologicheskikh protsessov v rastenievodstve [Principles of forming machine and technology systems for integrated mechanization and automation of technological processes in crop production]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2022.Vol. 16. N4. 4-12 (In Russian).Ценч Ю.С. Становление и развитие научно-технического потенциала механизации сельского хозяйства России: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / ФНАЦ ВИМ. М.: 2021. 419 с.Tsench Yu.S. Stanovlenie i razvitie nauchno-tekhnicheskogo potentsiala mekhanizatsii sel’skogo khozyaystva Rossii [Formation and development of scientific and technical potential of mechanization of agriculture in Russia]. Dissertatsiya na soiskanie uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk. FSAC VIM. Moscow: 2021. 419 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.