В условиях глобальной экономики социально-экономическое развитие России сталкивается с рядом долгосрочных вызовов. Важнейший из них - низкий уровень конкурентоспособности и эффективности производства. Отмечено, что основной причиной недостаточно высокой эффективности сельскохозяйственной отрасли является низкий уровень ее государственной поддержки, который в несколько раз меньше, чем на Западе. Выявлено, что серьезные риски для конкурентоспособности отечественного АПК создает высокий уровень импорта материальных ресурсов и сельхозтехники. Показано, что в стране в результате антикризисных мер заметно сократился импорт продовольствия; благодаря значительному увеличению субсидий сельхозмашиностроителям возросло производство тракторов, комбайнов и другой сельхозтехники. Подчеркнуто, что кардинально изменить положение дел в сельском хозяйстве возможно лишь на основе его технологической модернизации, возрождения отечественного сельхозмашиностроения, создания сети центров обучения, технопарков и технологических платформ для чего необходима специальная отраслевая программа развития сельхозмашиностроения.

Обоснованы направления ресурсосбережения применительно к базовой сельхозтехнике: зерноуборочным комбайнам и тракторам классов 3 и выше. Анализ показал преимущества гусеничных машин во взаимодействии техногенных процессов с продукционными агроэкосистемами. Эти преимущества обеспечивают гусеничным машинам более широкую технологическую потребность в АПК по сравнению с колесными машинами. Показано, что одним из вариантов комплектования машинно-тракторных агрегатов (МТА) служит использование многооперационных прицепных орудий и бесступенчатого гидропривода ходовой части. Отмечено, что для обеспечения разворота МТА с минимальной величиной поворотной полосы необходимо шире использовать навесные орудия. Предложено оснастить тракторы двумя независимыми валами отбора мощности - передним и задним. Разработана модель нового поколения мобильного энергосредства МЭС-5300 с двумя навесными почвообрабатывающими орудиями на передней и задней навесных системах, а также модели с навесным кормоуборочным адаптером и прицепным орудием на задней навесной системе для подготовки почвы под посев озимой пшеницы. Подготовлена специальная методика для определения технико-экономической эффективности машин новой конструкции. Показано, что если параметры новой разработки в 1,2-1,3 раза превышают характеристики существующей (базовой), то речь идет об обычной модернизации; при превышении в 1,5-1,8 раза налицо глубокая модернизация. А преимущество в 1,8-2,3 раза и выше позволяет отнести новую разработку к классу инновационных. Определено, что количество интегрированных операций при использовании многооперационной техники на основе МЭС пятого поколения равно 17, при использовании современной технологии на основе трактора четвертого поколения - 27, что приводит к повышению общей выработки техники пятого поколения на 20 процентов.

Размеры и форму диска для заданных условий работы при обработке почвы выбирают на основании геометрических соотношений между параметрами диска и допустимыми значениями, выработанными практикой. Установили, что кроме крошащей и оборачивающей способности диска, к факторам, влияющим на его геометрические и энергетические параметры, нужно отнести условие несмятия вертикальной стенки борозды и устойчивый подъем пласта по криволинейной поверхности рабочего сектора. Определили, что исходными данными для построения горизонтальной, поперечно-вертикальной, продольно-вертикальной проекций являются диаметр диска, угол атаки, глубина хода. Глубина хода отображает хорду погружения диска на поперечно-вертикальной и продольно-вертикальной проекциях диска. На горизонтальной проекции обозначается сфера диска, которая исключает смятие вертикальной стенки борозды при его движении. Отметили, что критерием работоспособности диска служит возможное скольжение почвы вдоль кривой продольно-вертикальной проекции в пределах самой нижней точки и точки, исключающей смятие вертикальной стенки борозды и расположенной на хорде погружения. Параметр кривой возможного скольжения определен с учетом того, что сумма произведений касательных усилий на проекцию траектории движения элементарной площадки меньше нуля. С учетом полученного значения на продольно-вертикальной проекции в зоне рабочей поверхности построена кривая скольжения. Точки пересечения кривой скольжения с образующими продольно-вертикальной проекции перемещаются горизонтальным переносом на отрезок горизонтальной проекции. По трем точкам осуществляется построение дуг профиля диска по высоте расположения образующих. Профиль диска со сферическим или плоским днищем строится на уровне образующих поперечно-вертикальной проекции с учетом отрезков, расположенных на перпендикуляре к центру диаметра диска горизонтальной проекции. Методика по построению профиля поперечного сечения диска разработана с учетом двух условий: несмятия почвы в зоне хорды погружения и возможности обеспечения ее скольжения. Данная методика позволяет проектировать диск с плоским и сферическим диском

Погодные условия в зонах возделывания льна в период подъема льнотресты характеризуются большим количеством осадков, относительно высокой влажностью воздуха, а в некоторых зонах - крайне низкой температурой. Засоренность полей камнями, прорастание лент льнотресты травой, нередко большая растянутость и неравномерная укладка льностебелей затрудняют их подбор. Поэтому необходимо использовать специальные приспособления. Существующие подбирающие аппараты не обеспечивают качественного подбора лент льнотресты, имеют низкую эксплуатационную надежность. Проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы с целью создания конструктивно-технологической схемы подбирающего аппарата барабанного типа с жесткими подпружиненными пальцами. Сформирована математическая модель работы аппарата при встрече пальцев с препятствием. Описано условие равновесия механизма, при котором палец барабана будет выполнять технологический процесс подбора льнотресты без срабатывания предохранительного устройства (пружины). Предложенная методика расчета работы этого аппарата внедрена на серийных подборщиках-оборачивателях лент льна.

Качественная обработка почвы под посадку картофеля повышает его урожайность и позволяет снизить повреждаемость клубней при уборке. При его возделывании требуется интенсивное сплошное или полосное крошение почвы, формирование гребней или гряд под посадку и их обработка при уходе за посадками. Для выполнения каждого приема используют машины разного типа, в том числе различные фрезы, фрезерные гребнеобразователи и грядоделатели. Предложили многофункциональную фрезу с горизонтальным фрезерным барабаном, агрегатируемую с тракторами классов 1,4 и 2. При переналадке фреза выполняет основные приемы обработки почвы, необходимые при возделывании картофеля: сплошное предпосадочное фрезерование, формирование гребней или гряд под посадку, их обработку при уходе за всходами, рыхление нижележащего слоя в полосах формируемых гребней или грядах под рядами посадки. Установлено, что конструкционными особенностями такой фрезы служат: фрезерный барабан со съемными секциями плоских Г-образных зубьев, позволяющий выполнять сплошную и полосную обработку почвы на глубину до 12 см; регулируемые по глубине и ширине захвата дисковые бороздорезы; съемные лапы для рыхления нижнего слоя почвы на глубину до 22 см под рядами посадки; нарезать гребни высотой до 28 см с шириной междурядий 75 см, формировать гряды высотой до 25 см и шириной по верху 150 см с бороздами 30 см; фартук сменный с прямой задней кромкой и (или) со съемным средним и с переставными и съемными боковыми бороздоформирующими корпусами; опорные колеса, переставляемые с передней балки на боковины сзади, при формировании гряд. Приведены основные агротехнические требования к выполняемым фрезой приемам сплошного предпосадочного фрезерования, нарезки гребней и гряд и их обработки при уходе за посадками. Использование предложенной фрезы обеспечивает качественное выполнение приемов обработки почвы при возделывании картофеля и в 2-3 раза сокращает типаж необходимых для этого машин и затрат на их приобретение.

Среди инновационных режимов сушки семян и зерна приоритет принадлежит осциллирующим. Но наименее изучены режимы с периодическими отлежками, позволяющие существенно повысить эффективность сушки семян и зерна, в том числе и повышенной влажности. Исследования переноса влаги необходимы для обоснования режимов безопасной и интенсивной сушки. Реализация этих режимов позволяет определить допустимый коэффициент теплоотдачи и длительность периодических отлежек. Это обусловлено необходимостью снижения градиента поверхностного влагосодержания и температуры зерна. Длительность сушки определяется выражением, в которое входят коэффициент диффузии, радиус зерновки, толщина оболочки (обезвоженной зоны) и величины влагосодержания ядра и оболочки. После испарения влаги интенсивность и безопасность сушки снижаются, поэтому отлежка необходима для перераспределения влаги. При определенных условиях ширина зоны испарения оказывается значительно меньше характерного размера высушиваемого тела, так что эту зону можно заменить, например, толщиной оболочки зерна. На основе допустимого влагосъема и плотности теплового потока при интенсивной сушке получено аналитическое выражение для расчета максимального коэффициента теплоотдачи и, соответственно, скорости агента сушки, которая зависит от его высоты, удельной поверхности зерна и доли теплоты, поступающей на испарение влаги. Для условий сушки зерна в зерносушилках скорость агента сушки не должна превышать 0,6 м в секунду. Определены значения допустимой величины коэффициента теплоотдачи (не более 40 Вт на кв. м в пересчете на один градус) и длительности отлежек, равной 10 мин. Получено, что соотношение длительности периода нагрева и охлаждения зерна равно 10:10, оптимальное значение этого соотношения - 15:20.

Разработка биодеградируемых, экоразрушающихся материалов с целью их использования в инновационной технологии посадки семян зерновых культур в ленту - важная и актуальная задача полимерной химии. Она сводится к обеспечению программируемой деструкции материала под воздействием природных факторов с учетом биохимических процессов, протекающих в ходе развития растения. На сегодняшний день в литературе отсутствуют данные, посвященные полимерным материалам, способным, контактируя с корневой системой растений непосредственно в почве, управлять их биохимическими процессами. Разработали композиции на основе синтетического полимера - полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и биоразлагаемого полимера - полилактида (ПЛА). Определили теплофизические параметры экопленок и выявили закономерности их изменения под действием ультрафиолетового излучения. Установили, что фотоокисление приводит к растрескиванию образцов с повышенным содержанием ПЛА. Обнаружили значительное снижение температуры плавления ПЛА со 165 до 152 градусов Цельсия (в некоторых композициях до 137 градусов) и степени кристалличности - в среднем на 20 процентов. При этом самое значительное снижение кристалличности (около 30 процентов) отмечается в композиции с соотношением компонентов 50:50 массовых процентов. Определили влияние состава композиции на скорость деструктивного воздействия влаги и ультрафиолета. Отметили, что бóльшая скорость этих процессов характерна для композиций, содержащих от 30 до 60 массовых процентов ПЛА. Показали, что биоразложению в почве быстрее будут подвергаться образцы с содержанием ПЛА больше 30 массовых процентов. Наибольшая потеря массы отмечается у композиции 50:50 - 18 процентов. Для остальных образцов относительная потеря массы составляет 5-10 процентов. Тест на биоразрушение продемонстрировал значительное изменение свойств полимерных образцов ПЛА-ПЭНП в зависимости от состава смеси. Это значит, что можно подобрать такое соотношение компонентов, при котором свойства материала соответствовали бы требованиям, предъявляемым к пленкам сельхозназначения.

При посеве зерна происходит его травмирование во время движения по поверхности рабочих органов. Это приводит к образованию трещин, разрушению и повреждению посевного материала, что уменьшает урожайность и снижает качество зерна. Исследовали перемещение зерновок по рабочему органу в процессе посева с учетом скорости движения, массы, сил трения, сопротивления и других факторов. При движении по распределительной пластине дискового сошника семена встречают цилиндрические штыри, покрытые резиновым материалом, установленные для равномерности распределения зерновок, которые при этом меняют направление своего движения. Чтобы определить их координаты в каждый определенный период времени, использовали систему рекуррентных алгебраических уравнений, которые позволят пошагово определять координаты частицы на пластине в любой момент времени. Доказали, что основное преимущество такого метода в том, что на каждом шаге можно знать положение частицы и при необходимости менять направление траектории ее движения. Реализовали численно решение данной задачи с помощью программы «Пластина». Для пластины шириной 0,075 м и длиной 0,175 м с шагом по времени 0,0001 с составили циклическую процедуру, описывающую траекторию движения частицы. Для дальнейшего определения направления траектории движения частицы при столкновении ее с препятствием применили вероятностный подход и привлекли генератор случайных чисел. Изучили форму распределительной пластины после моделирования движения частицы. Выявили, что расположение семян на распределительной пластине со штырями, покрытыми резиновым материалом, снижает травмирование зерновок, улучшает их качество и тем самым обеспечивает оптимальное размещение их на выровненной подошве почвы при посеве, что положительно влияет на урожайность зерновых культур.

Представили информацию по исследованиям ученых Северо-Западного федерального округа России и европейских стран, направленным на снижение экологической нагрузки сельскохозяйственного производства на окружающую среду. Привели результаты, полученные в ходе реализации международных проектов BaltHazar, ERAB, BASE, «Луга-Балт», выполненные совместно с ведущими иностранными экспертами при поддержке министерств сельского хозяйства и охраны окружающей среды Финляндии, Швеции, Дании, Германии и других стран. Показали, что наибольшее негативное воздействие на окружающую среду исходит от систем переработки и использования навоза и помета. Установили, что основную угрозу представляют потери биогенных элементов, прежде всего азота и фосфора, что может быть связано несовершенством технологий и отсутствием экологического менеджмента на предприятиях. Выявили, что обобщенным экологическим показателем работы сельхозпредприятия является коэффициент эффективности использования питательных веществ. Предложили методику принятия решений по экологически безопасному размещению и функционированию сельхозпредприятий. Определили значения потерь биогенов в ходе основных технологических операций переработки навоза и помета. Разработали математическую модель для определения потерь биогенов на стадиях производственного цикла биоконверсии отходов животноводства. Показали, что наименьшие потери биогенов достигаются по технологии переработки навоза или помета с использованием биореактора барабанного типа, на который получены патенты на полезную модель. Установили, что обобщенным показателем экологической нагрузки животноводческого предприятия на окружающую среду служит расчетное значение баланса азота и фосфора. В соответствии с требованиями Комиссии по защите морской среды Балтийского моря для расчета приняты ограничения по внесению не более 170 кг/га азота и не более 25 кг/га фосфора.