Выбросы аммиака представляют собой серьезную проблему для окружающей среды во всем мире. В 2017 году выбросы аммиака в европейской части России составили 80,9 тысяч тонн, из которых до 56,9 тысяч тонн пришлось на сельское хозяйство. Основным источником аммиака в этом секторе являются технологии утилизации навоза животных и птичьего помета (жидкого навоза). Технология подкисления жидкого навоза стала одним из методов снижения выбросов аммиака. (Цель исследования) Оценить перспективы применения этой технологии в российской части водосборного бассейна Балтийского моря в пределах Северо-Западного федерального округа Российской Федерации. (Материалы и методы). Исследовали территорию, включающую Республику Карелия, Калининградскую, Ленинградскую, Новгородскую и Псковскую области. Авторы рассмотрели статистические данные о структуре поголовья сельскохозяйственных животных и общем количестве (выходе) жидкого навоза в пилотной зоне. Экспериментально определили динамическую картину рН навоза свиней. Рассчитали экономическую эффективность технологии подкисления жидкого навоза для двух действующих животноводческих комплексов. (Результаты и обсуждение) Согласно статистическим данным, в пилотной зоне ежегодно производится около 11,8 миллиона тонн навоза и птичьего помета, в том числе около 7,4 миллиона тонн жидкого навоза, который потенциально может быть подкислен. Для российских условий рассмотрели три варианта технологий подкисления жидкого навоза: в стационарных условиях, в период хранения и в полевых условиях. Определили основные ограничивающие факторы для применения технологии подкисления жидкого навоза. Сопоставили затраты на внедрение технологии подкисления жидкого навоза и рассчитали экономическая эффективность. (Выводы) Оценили перспективы внедрения технологии подкисления жидкого навоза в пилотном регионе. Установили необходимость проведения комплексных исследований в российских условиях с участием инженеров, биологов, почвоведов, экологов и других специалистов, которые могли бы доказать целесообразность и экономическую эффективность технологии подкисления жидкого навоза.

При посеве большинство сошников сеялок входят в почву сверху. Они встречают твердые комья почвы, подскакивают, изменяя глубину заделки семян. Некоторые семена выбрасываются на поверхность. В результате снижается посевная всхожесть, а значит, и урожайность. (Цель исследования) Разработать инновационную почвообрабатывающую стрельчатую лапу, исключающую отбрасывание почвы и формирование невыровненной поверхности, а также повышающую производительность культиватора. (Материалы и методы) Определили установочные параметры разработанной дефлекторной стрельчатой лапы с привлечением математического аппарата и учетом требований, предъявляемых к рабочим органам  почвообрабатывающих агрегатов. (Результаты и обсуждение) Разработали инновационную дефлекторную 
стрельчатую лапу. Расположили дефлектор треугольной формы над лемехом. Определили оптимальный угол наклона дефлектора в горизонтальной плоскости – 15-25 градусов, а высота установки стрельчатой лапы над лезвием – в 1,5 раза превышает глубину обработки почвы. Выяснили, что задняя часть дефлектора, имеющая зубчатую форму и изогнутая вниз, позволяет измельчать почву, формируя мелкокомковатую структуру. Показали, что почва, перемещаясь по дефлектору, при столкновении с изогнутой частью возвращается на поверхность, закрывая и выравнивая образовавшуюся борозду. Треугольная форма стойки между лемехом и дефлектором существенно снижает забиваемость сошников растительными остатками. (Выводы) Доказали, что выровненную поверхность почвы с мелкокомковатой структурой верхнего слоя можно получить, используя дефлекторную стрельчатую лапу, что исключает применение катков. При этом уменьшаются материалоемкость культиватора, расход топлива, а производительность повышается на 50 процентов в результате увеличения скорости обработки почвы до 18 километров в час.

Колебание тягового сопротивления лемешно-отвального плуга при смене условий работы можно уменьшить, усовершенствовав конструктивную схему орудия. (Цель исследования) Снизить или исключить изменения тягового сопротивления плуга при помощи автоматических регуляторов глубины вспашки, что позволит уменьшить энергозатраты агрегата и, следовательно, повысить его производительность. (Материалы и методы) Рассмотрели две группы лемешно-отвальных плугов, отличающихся способом соединения рамы с осью подвеса трактора. Изучили их достоинства и недостатки. Для определения рациональных конструктивных параметров плуга оценили влияние взаимного расположения рабочих органов (корпусов) на тяговое сопротивление и глубину обработки почвы, а также на изменение формы и поперечной площади почвенного пласта. (Результаты и обсуждение) Представили расчетные зависимости, по которым видно, что при увеличении угла постановки рабочего органа в поперечной плоскости происходит скачок тягового сопротивления, зависящий от величины перекрытия рабочих органов. Выявили зависимость тягового сопротивления от положения оси вращения плуга: чем меньше величина отклонения положения плуга от оси вращения, тем интенсивнее падает тяговое сопротивление. Проанализировали три схемы плугов на почве с удельным сопротивлением 0,8 килограмма на сантиметр квадратный и выбрали предпочтительную. Определили, что изменение тягового сопротивления на единицу изменения средней глубины вспашки составляет для плуга первой схемы 146 килограммов на сантиметр, для второй – 128, для третьей – 210 килограммов на сантиметр. (Выводы) Выявили, что наилучшая конструктивная схема – у полунавесного плуга, имеющего шарнирное соединение с трактором в поперечной плоскости и опорные колеса, установленные на поверхности поля. На испытаниях плуг с данной схемой показал высокую технологическую надежность, существенное увеличение производительности (при силовом регулировании до 10-11 процентов) без ухудшения условий труда тракториста и агротехнических показателей.

Высокая энергоемкость фрезерования почв служит сдерживающим фактором их широкого применения. Фрезы применяют в тех случаях, когда нет альтернативы по качеству обработки, особенно тяжелых и задернелых почв. Показали, что модернизированные почвообрабатывающие фрезы имеют зубцеобразную форму. Рассмотрели вопросы оптимального расположения ножей относительно барабана. (Цель исследований) Получить зависимости для расчета шага зубцеобразной фрезы почвообрабатывающей машины для предпосадочной обработки почвы перед посадкой картофеля. (Материалы и методы) Отметили отсутствие методик при выборе основных параметров и режимов работы почвообрабатывающих фрез с зубцеобразной формой. Подтвердили необходимость нового подхода в выборе профиля рабочей поверхности ножа фрезы с целью уменьшения энергоемкости фрезерования и улучшения качества обработки. Использовали математические и графические расчеты для определения оптимального шага ступни. (Результаты и обсуждение) Представили выражение для определения объема рыхления почвы при работе почвообрабатывающих фрез. Рассчитали, что с увеличением глубины обработки почвы от 0,10 до 0,15 метра шаг ступни повышается с 0,04 до 0,06 метра и оптимально составляет 0,05 метра. Для ориентировочных инженерных расчетов приняли, что оптимальный  параметр шага ступни равен 0,25-0,45 от значения подачи на нож. (Выводы) Установили, что количество ножей в одной секции и ширина захвата ножа не влияют на величину оптимального шага зубьев. Определили, что этот показатель линейно зависит от глубины обработки почвы: с ее увеличением на 0,05 метра оптимальный шаг ступни возрастает на 0,025 метра. Показали, что с увеличением рабочей скорости фрезы уменьшаются удельные затраты энергии на обработку пласта, а эффективность обработки почвы улучшается.

Показали, что при возделывании зерновых культур в Сибири преимущественно используют экстенсивные технологии на фоне недостаточного технического обеспечения, что делает продукцию неконкурентоспособной. Дальнейшая интенсификация земледелия требует повышения точности выполнения технологических операций. Однако обеспеченность современной техникой остается основным лимитирующим фактором технологической модернизации земледелия. Выявили, что резервом роста эффективности в машинных технологиях возделывания зерновых культур может стать обработка почвы, на которую расходуется 30-40 процентов всех энергозатрат. (Цель исследования) Обосновать методологические принципы автоматического управления энергоемким процессом основной обработки почвы в агротехнологиях возделывания зерновых культур. (Материалы и методы) Использовали методы статистического анализа и синтеза технических средств управления. (Результаты и обсуждение) Подтвердили необходимость интеллектуализации сельскохозяйственного производства. Разработали систему автоматического управления режимами, которая относится к классу автоматических адаптивных систем с программным позиционным управлением на входе и обеспечивает нахождение машинно-тракторного агрегата в оптимальной зоне энергетических режимов. В качестве критерия качества системы позиционного управления приняли минимум динамической ошибки. Для ее измерения применили метрику махалонобисского типа – хемминговым расстоянием. Работу машинно-тракторного агрегата контролировали посредством силового и кинематического управления режимами работы двигателя на тракторах с гидрофицированной коробкой передач, двигатель которых форсирован газотурбонаддувом. Направили воздействие  непосредственно на рейку топливного насоса или рычаг управления топливоподачей, на рычаг переключения скоростей коробки передач и на рычаги гидронавесной системы. (Выводы) Выявили случайный характер изменения тягового сопротивления машинно-тракторного агрегата из-за неоднородности почвенного покрова. Определили, что следствием этого стали повышенная энергоемкость, а также недостаточная эффективность применения встроенных информирующих систем о текущих энергетических режимах работы. Для контроля и управления неоднородностью почвы по ее твердости предложили новое техническое решение. Доказали, что разработанные и апробированные теоретические основы и технические средства автоматического управления энергоемкими технологическими процессами обработки почвы обеспечивают требуемые показатели качества.

Оценить исходные требования к теплоносителю при проектировании установки для получения энергии фазового перехода «вода – лед», необходимо провести экспериментальные исследования по теплофизическим и электрофизическим параметрам теплоносителя. Выбор теплоносителя определяет мощность разработанной установки. (Цель исследования) Экспериментально определить теплофизические и электрофизические параметры теплоносителя при воздействии на него электромагнитным полем сверхвысокой частоты, с перспективой применения этого теплоносителя в разработанной установке. (Материалы и методы) Использовали в качестве теплоносителя в разработанной экспериментальной установке для получения энергии фазового перехода «вода – лед» воду и солевой раствор хлорида натрия концентрацией 1-20 процентов. При воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (микроволновая печь Mystery MMW-2315G) мощностью 800 Ватт, при частоте магнетрона 2450 мегагерц изменяли продолжительность обработки: 30, 60 и 120 секунд. Измерили температуру замерзания, pH воды и растворов, удельную  электропроводность, концентрацию соли. (Результаты и обсуждение) Выявили, что при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты на раствор хлорида натрия концентрацией 20 процентов температура его замерзания понижается с минус 16,6 до минус 18,5 градуса Цельсия, для эвтектического раствора – с минус 21,2 до минус 25 градусов Цельсия, pH и концентрация соли повышается, а удельная электропроводность уменьшается. (Выводы) Подобрали оптимальный теплоноситель для разработанной экспериментальной установки: солевой раствор хлорида натрия концентрацией 20 процентов, температура замерзания составляет минус 16,6 градуса Цельсия. Рекомендовали предусмотреть дополнительную емкость для электрофизической обработки теплоносителя. Определили, что после обработки электромагнитной обработки сверхвысокой частоты температура замерзания солевого раствора понизилась до минус 18,5 градуса Цельсия.

Цифровое сельское хозяйство предопределяет развитие роботизированных агротехнологий применения пестицидов и удобрений с использованием беспилотных авиационных систем, основу которых составляют беспилотные летательные аппараты с определенной полезной нагрузкой для мониторинга сельскохозяйственных угодий и внесения агрохимикатов. (Цель исследований) Разработать технологию дифференцированного внесения пестицидов и удобрений с помощью беспилотных летательных аппаратов в цифровом сельском хозяйстве. (Материалы и методы) В ходе работы использовали Методические рекомендации по применению средств химизации в системе точного земледелия (ВИМ), нормативно-техническую документацию на беспилотные авиационные системы. (Результаты и обсуждение) Показали, что разрабатываемая технология включает последовательное выполнение информационных и технологических операций в режимах off-line и оn-line. Установили, что норма внесения рабочей жидкости пестицидов 10-20 литров на гектар сокращает потери вследствие сноса из зоны обработки и обеспечивает наибольшую производительность внесения пестицидов с применением беспилотных летательных аппаратов. Определили, что производительность обработки поля возрастает с повышением длины гона и уменьшается с увеличением нормы расхода рабочей жидкости. Выявили рациональные значения длины гона – 0,8-3,2 километра. Установили требования к качеству авиационного опрыскивания. Доказали, что для увеличения производительности беспилотных летательных аппаратов при подкормке растений необходимо использовать их с большой полезной нагрузкой – 300-400 килограммов. (Выводы) Разработали технологию дифференцированного внесения пестицидов и удобрений с помощью беспилотных летательных аппаратов, алгоритмы подготовки аппаратов к полету, мониторинга сельскохозяйственных угодий, создания ортофотоплана полей, электронных карт вегетационных индексов, фитосанитарного состояния посевов, дифференцированного внесения пестицидов и удобрений.

Основные качественные показатели тракторных поездов (количество прицепов и их общая грузоподъемность, скорость и устойчивость движения, длина тормозного пути) во многом зависят от правильного выбора типажа базового трактора. Существующие методологические принципы оптимизации типоразмерного ряда сельскохозяйственных тракторов не учитывают типаж прицепов. Поэтому важной задачей стал рациональный выбор типажа базового трактора с учетом наиболее полного использования грузоподъемности существующих прицепов и мощности двигателя. (Цель исследования) Выбрать модель трактора для агрегатирования с группой двухосных прицепов 2ПТС-4-793-03А по критериям грузоподъемности  и энергозатрат тракторного поезда. (Материалы и методы) Изучили массовые, весовые и скоростные параметры двухосного прицепа 2ПТС-4-793-03А, а также параметры, характеризующие механические возможности искомого трактора. Использовали методы комплектования машинно-тракторных агрегатов и элементы теории трактора. (Результаты и обсуждение) Предложили алгоритм решения задачи по подбору модели трактора. В качестве энергетической базы тракторного поезда выбрали трактор ТТЗ 60.10 с колесной формулой 4К2, состоящий на балансе фермерских хозяйств, машинно-тракторных парков и кластеров. Вычислили число прицепов, которое оказалось равным четырем, диапазоны скоростей движения тракторного поезда – 4-28 километров в час, мощностей двигателя трактора – 8,5-59,5 киловатт, изменения критических значений эффективной мощности двигателя – 13,492-94,444 киловатта и другие критерии. (Выводы) Признали оптимальным выбор трактора ТТЗ 60.10 с колесной формулой 4К2 и эффективной мощностью двигателя 46,7 киловатта. Показали, что он может передвигать четыре двухосных прицепа модели 2ПТС-4-793-03А общей массой 15 600 килограммов на дорогах с асфальто-бетонным покрытием с рациональной скоростью 9,505 километра в час. Доказали рациональность выбора с помощью расчетов критериев энергосбережения: полный тяговый коэффициент полезного действия составляет 60 процентов, коэффициент загрузки двигателя – 89 процентов, коэффициент использования тяговой мощности – 96 процентов.

Снижение энергозатрат на зерноочистительно-сушильных комплексах – актуальная, но сложная задача для сельхозпроизводителей. При организации работы зерносушильного комплекса возникает задача формирования оптимальных с позиции энергосбережения вариантов конфигурации поточных линий с учетом свойств исходного материала и товарной продукции, состояния и технического уровня оборудования и других факторов. Применение метода энергосберегающей оптимизации для повышения энергоэффективности и сокращения энергозатрат зернокомплекса в научно-методической литературе освещено недостаточно. (Цель исследования) Адаптировать критерии и алгоритм энергосберегающей оптимизации полевой технологии к оценке и повышению статуса энергоэффективности, снижению энергозатрат и выявлению максимально доступного потенциала энергосбережения зернокомплекса при энергоаудите. (Материалы и методы) Рассмотрели проблему снижения энергоемкости поточных линий зернокомплекса. Обосновали применимость метода и частных критериев энергоэффективности послеуборочных технологий к задаче его энергосберегающей оптимизации. Разработали алгоритм оптимизации с математическим описанием и набором входных данных. (Результаты и обсуждение) Сформулировали условие присвоения зернокомплексу статуса энергоэффективного. Установили, что при использовании эталонного базового аналога, дефиците финансовых средств у производителя и отсутствии спонсоров данный статус недостижим, а ожидаемый потенциал прямого энергосбережения практически нереализуем. Предложили целевую функцию энергосберегающей оптимизации зернокомплекса – максимум доступного потенциала прямого энергосбережения и метод вычисления. (Выводы) Обосновали критерии, разработали алгоритм энергосберегающей оптимизации зернокомплекса, обеспечивающей снижение прямой энергоемкости поточных линий и энергозатрат. Разработали методики определения и анализа входных и выходных данных, оценки статуса энергоэффективности, принципы обновления оборудования. Предложили метод вычисления потенциала прямого энергосбережения в рамках существующих технико-технологических и финансовых ограничений. Практическое применение результатов работы обеспечит корректную, достоверную и оперативную оценку энергозатрат на зернокомплексе и их снижение до доступного минимума.

Транспортировка зерна от зерноуборочного комбайна до пункта послеуборочной обработки зерна (условно «ток») в условиях Республики Казахстан имеет свою специфику: значительные расстояния перевозок зерна – более 5 километров, проселочные дороги без специального покрытия, с неровным рельефом и по пересеченной местности, большие размеры полей, неопределенность маршрутов перевозки зерна от поля до тока. Это снижает скорость транспортировки зерна, увеличивает время нахождения транспорта в пути, требует много транспортных средств, создает трудности в обеспечении ритмичного взаимодействия транспорта и комбайна. Особенно важно это учитывать при перевозке семян в семеноводческих хозяйствах, в которых применяется технология предпосевного облучения семян для повышения урожайности. (Цель исследования) Классифицировать регионы Казахстана по масштабам производства зерна, обосновать параметры типовых семеноводческих хозяйств и для них рассчитать параметры транспортного зернопотока с одновременным облучением зерна во время перевозки, максимально снизив вероятность взаимных простоев комбайнов и транспорта в ходе уборки зерновых культур в Республике Казахстан. (Материалы и методы) Исследование проводили с применением наиболее типичных для Казахстана комбайнов СК-5М «Нива» и автомобиля типа ГАЗ-53. Кузов автомобиля оборудовали  низкочастотными электромагнитными излучателями и специальным разравнивающим устройством для зерна, поступающего из комбайна по зерновому шнеку. Разработали методику выбора параметров зональных типовых хозяйств. За базовые параметры транспортного зернопотока приняли продолжительность циклорейса по маршруту «поле – ток – поле», количество циклорейсов в день, грузоподъемность транспортного средства, продолжительность, объемы, дальность и скорость перевозки, коэффициент использования грузоподъемности. Выявили, что наиболее варьируемым параметром стала продолжительность циклорейса. (Результаты и обсуждение) Предложили алгоритм расчета параметров типовых (модельных) семеноводческих хозяйств Казахстана на основе статистических данных Статуправления республики. Выделили три категории зернопроизводящих областей, для каждой из которых определили количество семеноводческих хозяйств: для I категории – 171, для II – 128, для III – 282 хозяйства, всего 581. Средние площади каждого хозяйства равны, соответственно, 2760; 656 и 276 гектаров; время циклорейсов – 68,4; 49,5 и 35,5 минуты. (Выводы) Определили, что общая потребность в семенах зерновых культур для Казахстана составляет около 2 миллионов тонн. Рассчитали необходимое для их производства число семеноводческих хозяйств – 581. Вычислили общую потребность в транспортных средствах, оборудованных низкочастотными электромагнитными облучателями, – 5700 единиц.

Повреждение и разрушение семян рабочими органами машин в результате предпосевной обработки сказывается на качестве будущего урожая. Предпосевную обработку семян обычно осуществляют машинами периодического циклического действия. (Цель исследования) Определить степень травмирования семян при предпосевной обработке химическими и биологическими препаратами в машинах циклического действия, провести анализ процессов взаимодействия семян с рабочими органами протравливателей, предложить пути снижения механических повреждений семенного материала. (Материалы и методы) Изучили возможные варианты последовательности взаимодействия рабочих органов машин с семенами. Определили влияние ударного механического воздействия рабочих органов машин на семена. На основании исследований ученых, опираясь на широкий спектр теоретических, экспериментальных работ и производственный опыт, сравнили существующие технологические схемы. (Результаты и обсуждение) Рассмотрели влияние рабочих органов на степень повреждения семян на различных этапах протравливания: во время загрузки, смешения, выгрузки. (Выводы) Выявили наиболее щадящий технологический процесс, включающий загрузку барабана ковшовой норией и выгрузку материала в бурты или эластичную тару. При этом повреждение семян зерновых культур составит 2,2-4,5 процента, а бобовых – не более 6 процентов. Рекомендовали при конструировании машин циклического действия не использовать шнековые погрузчики и лопастные мешалки, так как они сильно травмируют семена, особенно бобовых культур – до 20-32 процентов. С целью снижения степени повреждения семян в конструкциях протравливателей предложили применять современные материалы, обладающие высокой эластичностью, способные испытывать значительные растяжения в пределах упругих деформаций.