В современных условиях ведения сельского хозяйства использование роботизированных машин позволяет создавать высокоинтеллектуальное автоматизированное производство сельхозпродукции, полностью заменять ручной труд, минимизировать негативное воздействие химикатов на человека и сокращать потери рабочего времени, связанные с человеческим фактором. Проанализированы особенности конструкции и технологического применения разрабатываемого в ВИМ робототехнического средства с опрыскивателем для низкорастущих культур и модулем магнитно-импульсной обработки растений в садоводстве. Обоснованы параметры робототехнического средства: мощность двигателя 36 л.с., ширина колеи передних колес 1260 мм, задних - 1410 мм, дорожный просвет 350 мм, общая длина агрегата 4900 мм, наименьший радиус поворота 5,6 м. Выявлена целесообразность и эффективность внедрения совмещенного технологического приема обработки садовых растений (опрыскивание и магнитно-импульсная обработка) с помощью робототехнического средства. Такая обработка позволит повысить урожайность на 25-30 процентов вследствие стимуляции обменных процессов на определенных фазах развития растений слабыми низкочастотными импульсными магнитными полями в сочетании с дополнительным синхронным облучением импульсами света 445 нм и 660 нм и адресного внесения средств химической защиты растений. Проведено имитационное математическое моделирование подвижности 3D-модели робота в виде совокупности тел с различными упругодемпфирующими характеристиками в машинных технологиях возделывания низкорастущих культур в садоводстве. Для проверки модели проведены расчеты динамического поведения корпуса робота на различных режимах движения. Представлены графики параметров движения робота, полученных по результатам моделирования динамики разгона. Предложена методика и проведен расчет показателя локальной автономности выполнения задания беспилотным робототехническим средством на опрыскивании с одновременной магнитно-импульсной обработкой растений на основе анализа совокупности единичных показателей автономности. Определены преимущества технологического применения робота в машинных технологиях в садоводстве.

На основании исследований авторы выявили актуальные задачи уборочных работ в Амурской области: обеспечение проходимости машин по переувлажненной почве, необходимость адаптирования машин к технологиям уборки сои, перевод части комбайнового парка на гусеничный ход, внедрение перегрузочных почвощадящих технологий уборки, повышение экономической эффективности машиноиспользования и послеуборочной сушки зерна колосовых и кукурузы. Показаны перспективные пути решения этих проблем: совершенствование конструкции гусеничных ходовых тележек комбайнов на резиноармированных гусеницах (РАГ); разработка и производство соезернового комбайна на РАГ или комплекта приспособлений к зерноуборочному комбайну на РАГ как опции, переводящей его в разряд соезерновых; разработка технологии, обеспечивающей сбор зерносоевого вороха полевой машиной на РАГ с одновременным измельчением и разбрасыванием соломы по полю, доставку зерносоевого вороха на стационарный пункт послеуборочной обработки для последующего разделения на семенное, товарное зерно и соевую полову как ценный белковый корм для животноводства, готовый для скармливания и хранения; разработка кормоуборочного комбайна на РАГ на блочно-модульной основе, то есть на базе универсального энергосредства на РАГ с 4-машинной схемой объемного гидропривода ходовой части; совершенствование конструкции гусеничных блоков с треугольной формой обвода; реализация перегрузочных технологий уборочных работ по системе ВИМЛИФТ. Производство уборочно-транспортных машин должно осуществляться на блочно-модульной основе - в виде комплекса самоходных сельскохозяйственных машин на базе высвобождаемого гибкого энергомодуля с комплектом сменных технологических адаптеров, обеспечивающих его загрузку в течение года. Агросрок уборки кукурузы на зерно следует перенести на более позднее время, когда зерно естественным образом достигает кондиционной влажности.

Снижение энергоемкости - важное условие при обработке почвы и выборе рабочих органов, в частности дисковых, которые устанавливаются на плугах, дисковых боронах, дискаторах, лущильниках, комбинированных агрегатах. Предположили, что трансформация внешней режущей кромки сегмента вырезного диска в сторону его вогнутой поверхности снизит энергоемкость взаимодействия. Использовали навесную лабораторную установку, на которой можно монтировать стрельчатые и долотообразные лапы, плужные корпуса, дисковые рабочие органы. Предусмотрена возможность изменения угла атаки и глубины хода с помощью опорных колес. Сегменты трех вырезных дисков диаметром 560 мм в нагретом состоянии были подвергнуты пластическому деформированию. Внешнюю режущую кромку сегмента отгибали с помощью шаблона и контролировали измерительным инструментом. Условия проведения испытаний: фон - стерня зерновых, гранулометрический состав - суглинок, абсолютная влажность - 24,47 процента, твердость - 2,44 МПа. Установили, что горизонтальная составляющая тягового сопротивления вырезных дисков с трансформированной на 1, 2 и 3 градуса внешней режущей кромкой меньше аналогичного параметра стандартного рабочего органа на 24,86; 30,92 и 27,48 процента соответственно. При этом отмечается увеличение степени заделки растительных остатков на 2,63; 5,96 и 8,30 процента в абсолютном выражении. Коэффициент крошения поверхностного слоя увеличился на 2,27; 4,51 и 20,33 процента в абсолютном выражении. Величина гребнистости поверхности уменьшилась на 12,75; 33,33 и 41,44 процента соответственно.

В засушливых регионах Российской Федерации, на долю которых приходится почти половина всего производимого в стране зерна, эффективность растениеводства во многом зависит от количества доступной для растений влаги. Однако дефицит почвенной влаги обусловлен не только недостатком атмосферных осадков, но и неэффективным их сбережением: потери достигают 70 процентов. В связи с этим важно выявить факторы, влияющие на интенсивность испарения почвенной влаги, и разработать способы снижения непродуктивных потерь влаги на испарение. По результатам теоретического исследования водного баланса почвы определены функциональные зависимости потери влаги на испарение. Установили зависимость интенсивности испарения влаги от физико-механических характеристик почвы, состояния ее поверхности и метеорологических условий. Наметили пути снижения потерь влаги на испарение. Во-первых, надо улучшить качество крошения почвы, чтобы уменьшить испаряющую поверхность почвы. Во-вторых, создать защитный мульчирующий слой, который позволит увеличить альбедо почвы и снизить ее температуру, что вкупе сократит непроизводительные потери влаги на испарение и повысит ее приток при конденсации из паров воздуха. Рассмотрены наиболее распространенные виды обработки почвы: дискование и мелкая плоскорезная обработка с мульчированием поверхности. В качестве контрольного фона выбран агрофон «без обработки». Установлено, что в сбережении почвенной влаги существенное преимущество имеет безотвальная мульчирующая обработка. Так, общие запасы почвенной влаги в варианте после дискования и в контроле (без обработки) уменьшились, соответственно, на 24,9 и 19,8 мм, в то время как в варианте с мульчирующей обработкой этот показатель снизился всего на 15,6 мм. Мульчирующий слой обладает более низкой теплопроводностью, что обеспечивает снижение непродуктивных потерь влаги на испарение.

Рассмотрен процесс дифференцированного внесения минеральных удобрений в режиме on-line, при котором наличие питательных элементов определяется с помощью сканера (сенсора). Программа исследований предусматривала изучение влияния количества сканеров, установленных по ширине захвата машины, на качество обеспечения растений питательными элементами. Определили, что одним из показателей, характеризующих качество выполнения технологического процесса внесения минеральных удобрений, является неравномерность распределения удобрений по ширине захвата машины. Отметили, что для качественного распределения удобрения необходимо обеспечить минимальную неравномерность фактической дозы внесения по отношению к требуемой. Получено выражение, позволяющее определить неравномерность распределения удобрений по ширине захвата машины, обусловленную невозможностью измерения и, впоследствии, обеспечения внесения потребной дозы в каждой точке выделенного участка. Выявлены факторы, влияющие на неравномерность распределения. Выполнена численная оценка неравномерности для разных условий внесения минеральных удобрений. Она показала, что даже при абсолютно равномерном распределении удобрений по ширине захвата машины отклонения фактических доз внесения удобрений в сравнении с требуемыми могут значительно превышать допускаемую агротехническими требованиями величину. Установили, что дополнительные сканеры позволяют пропорционально снизить коэффициент неравномерности распределения удобрений по ширине захвата машины.

Для создания внутрипочвенного экрана на глубине пахотного слоя почвы разработали навесное плужное устройство с применением интерполимерного комплекса (ИПК) на основе карбоксиметилцеллюлозы, мочевиноформальдегидной смолы и ортофосфорной кислоты. Опрыскивание раствором ИПК производится из установленной на тракторе емкости посредством форсунок, прикрепленных к трубке длиной 22-25 см и диаметром 15-20 мм. Параметры трубок определены расчетным путем. Показано, что при проведении полива хлопчатника на полях с внутрипочвенным экраном из ИПК, созданным с помощью разработанного устройства, повышается равномерность увлажнения (более быстрый добег воды в борозде), уменьшается концевой сброс воды (доувлажнение уменьшенным расходом) и снижаются потери воды на глубинную фильтрацию и испарения из нижних слоев почвы - на 30-35 процентов от подаваемой оросительной нормы. В ходе исследований установлен состав ИПК, способствующий снижению инфильтрации, определено место расположения форсунок с нижней стороны отвалов, обеспечивающее защиту от забивания почвой их отверстий. Оптимальная величина давления при опрыскивании раствором составляет 0,4-0,6 Па.

Для сушки зерна применяют различные типы топочных устройств на альтернативных и местных видах топлива с взвешенным слоем. Во взвешенном слое топливо низкого качества горит лучше, чем в плотном. При этом выбросы оксидов азота резко уменьшаются. Отметили, что экологические, эксплуатационные и экономические преимущества этих топок сегодня не вызывают сомнения. Особенно перспективны они для сжигания низкосортных топлив и различных отходов (например, отходов сельскохозяйственного производства) в циклонно-вихревом слое. Определили, что отличительная особенность таких топок - наличие вихревых контуров в камере сжигания, что повышает эффективность процесса горения. Провели испытания топочного блока с зерносушилками СЗТ-30 в ООО «Борисоглебский МЭЗ» (Воронежская область) на сушке кукурузы и подсолнечника. Сжигали лузгу подсолнечника с низшей теплотой сгорания 14 и 17 МДж на 1 кг производительностью 100, 210, 230, 250, 280, 320 и 380 кг в час на 1 топочный блок. Комплект из двух топочных блоков на растительных отходах (ТБР-2,0) при работе на лузге подсолнечника с низшей теплотой сгорания не менее 17 МДж на 1 кг обеспечит необходимую производительность сушилки СЗТ-30 на сушке зерна и семян. Установили, что максимальная мощность теплового одинарного блока ТБР-2,0 не должна превышать 1,5 МВт. При этом достигается максимальный КПД, а степень подогрева воздуха обеспечивает работу сушилки при температуре наружного воздуха не ниже 5 градусов Цельсия. Показали, что экономичный и безопасный режим работ топочного блока возможен при мощности 0,8-1,3 МВт и избытке воздуха в 1,2-1,5 раза. В этом случае выбросы окислов азота меньше допустимых величин и составляют 0,6-0,7 г на 1 куб. м.

В целях повышения производства зерна необходимо эффективнее использовать машины для послеуборочной обработки зерна. Но у них есть недостаток - неудовлетворительная работа сепарирующих органов, не соответствующая современным требованиям. В ходе исследования сепаратора с гибким цилиндром выявили, что эффективность его работы и прохождение частиц через отверстия зависят от относительной скорости слоя зерна и длины отверстий. Установлены значения относительных скоростей слоя для цилиндров, имеющих отверстия различной длины, при которых возможно наибольшее выделение частиц. Показали, что при окружной скорости цилиндра 5,17 м в секунду для отверстий длиной 16 мм относительная скорость слоя не должна превышать 1,04 м в секунду; 56 мм - 2,07 м в секунду; 96 мм - 3,43 м в секунду. Отметили, что выделение мелких частиц отверстиями цилиндров (пропускная способность) соответствует теоретическим предпосылкам. Определили угловые координаты в зоне подачи материала, где относительные скорости слоя были высокими - 2,2-4,0 м в секунду. Пропускная способность отверстий в начале зоны была равна нулю, затем с уменьшением скорости медленно возрастала. Отверстия большей длины в этой зоне (96 мм) выделяли примерно в 2 раза больше частиц, чем короткие (16 мм). В зоне основного выделения относительная скорость слоя уменьшалась с 1,8 до 0,8 м в секунду. Пропускная способность во всех отверстиях увеличивалась. Отверстия большей длины имели, соответственно, лучшую пропускную способность. Определили, что наибольшее выделение частиц через отверстия соответствует относительной скорости слоя 0,7-0,9 м в секунду. Полнота выделения, равная 0,8 и выше, достигнута в цилиндрах с отверстиями длиной 96 мм за 2 цикла обработки, а при длине 16 мм - за 3 цикла. Удельная производительность - 1,05 и 0,7 кг в секунду в расчете на 1 кв. м соответственно. Установили, что при работе сепаратора с гибким цилиндром и отверстиями длиной 56 мм достигнута чистота зерна 99,0-99,2 процента. При этом удельная производительность сепаратора с гибким цилиндром примерно в 2,00-2,25 раза выше, чем в варианте с плоским решетом.