Показали, что крупные молочно-товарные комплексы на 2000 коров и более создают повышенную экологическую нагрузку на окружающую среду. Назвали основные возникающие при этом задачи: создание оптимального микроклимата в помещениях для разных половозрастных групп; обеспечение щадящих и комфортных режимов технологического и ветеринарно-санитарного обслуживания и содержания животных; переработка отходов; повышение продуктивного долголетия коров до 4-5 лактаций. (Цель исследований) Разработать методологии модульного построения расширенного типоразмерного ряда автоматизированных и роботизированных животноводческих ферм нового поколения. (Материалы и методы) Предложили основные критерии и показатели построения «умной» фермы: минимальные затраты корма на единицу продукции; пониженный расход энергии; оптимальная капиталоемкость оборудования и инженерных сооружений в расчете  на одно скотоместо; минимальная себестоимость единицы продукции при ее высоком качестве. Получили критериальное уравнение для суммарного функционала молочной  фермы. (Результаты и обсуждение) Проанализировали структурно-функциональные схемы молочных ферм различной конфигурации и размеров (Т-Нобразной формы), в том числе совмещенные фермы-хранилища, позволяющие создать объединенную функционально-логистическую инфраструктуру, состоящую из типовых модульных единиц. Предложили концепцию построения технологического модуля «умной» роботизированной фермы на 400 голов с совмещенными секционными хранилищами кормов и отходов, роботизированным доильным залом, многофункциональным электрифицированным роботизированным погрузчиком-пододвигателем-кормораздатчиком и оборудованием для дифференцированного обеспечения микроклимата. (Выводы) Разработали методы, модели и структурно-функциональные схемы модульного построения автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения различных форм и типоразмеров. Подтвердили их преимущества: оптимальные сроки возведения, щадящее воздействие на биологические объекты и окружающую среду, повышение уровня цифровизации и автоматизации производства, продуктивного долголетия животных, рентабельности молочного животноводства в целом.

Показали, что эффективность инженерных систем на животноводческих предприятиях определяется возможностью создания требуемых условий при содержании молодняка во взаимодействии с внешними температурными параметрами. (Цель исследования) Провести оценку и выбрать рациональный  метод расчета лучистого теплообмена в системе поверхностей с произвольной конфигурацией, отображающих состояние биологического объекта в условиях животноводческого помещения и распределение тепловых потоков в зонах расположения молодняка. (Материалы и методы) Рассмотрели условия комфортного теплового режима для молодняка животных  и физическую модель теплопередачи. Определили области изменения температуры облучающей панели и влияние конфигурации и оптических характеристик оболочки системы при создании комфортных условий содержания поросят, применяя различные методы расчета тепло­обмена. (Результаты и обсуждение) Установили, что расчетную модель теплообмена в системе изотермических диффузно поглощающих и излучающих поверхностей можно рассматривать в качестве расширения существующих расчетных методов. Отметили, что она учитывает дополнительные факторы, в том числе влияние «скрытых» поверхностей через многократное отражение в замкнутой термодинамической системе. Выявили соответствие результатов расчетов теплообмена различными методами, если оптические показатели оболочки такой системы близки к характеристикам абсолютно черного тела. (Выводы) Установили, что оптические характеристики оболочки системы значительно влияют на температурный режим поверхности облучающей панели, а предложенная расчетная модель определения температурного режима обогреваемой панели в системе изотермических диффузно поглощающих и излучающих поверхностей может быть применена в сельскохозяйственных помещениях, различных по своей конфигурации и геометрии.

Отметили, что повышенная влажность почвы ухудшает качество уборки корнеплодов из-за снижения полноты сепарации. Чтобы повысить сепарирующую способность щелевых устройств для очистки корнеплодов, предложили усовершенствовать обогрев сепарирующей поверхности горячим выхлопным газом. (Цель исследований) Оптимизировать конструктивно-технологические параметры сепарирующего устройства с использованием теплоты отработавших газов силовой установки машины для уборки сахарной свеклы. (Материалы и методы) В Федеральном научном агроинженерном центре ВИМ разработали сепарирующую систему машины для уборки корнеплодов и картофеля в условиях повышенной влажности с использованием теплоты отработавших газов силовой установки. Качество очистки сепарирующей системы самоходного комбайна для уборки сахарной свеклы определяли при последовательном нагружении двигателя от 0 до 100 процентов номинальной мощности. Измеряли температуру отработавших газов с учетом изменения нагрузки двигателя и его эффективной мощности. (Результаты и обсуждение) Выявили повышение полноты сепарации вороха корнеплодов с 96,0 до 98,8 процентов при 26-32-процентной влажности почвы благодаря сепарирующей системе в виде очистительной звезды, где используется теплота отработавших газов двигателя. Установили оптимальные значения рассматриваемых факторов: частота вращения сепарирующей звезды 21,8 оборота в минуту, расстояние между сепарирующей звездой и дефлектором – 128,4 миллиметра. (Выводы) Определили, что качественное выполнение технологического процесса уборки корнеплодов в условиях повышенной влажности почвы с полнотой сепарации 97 процентов возможно при оптимизации конструктивно-технологических параметров сепарирующего устройства: при частоте вращения сепарирующей звезды 20-22 оборотов в минуту и расстоянии между сепарирующей звездой и дефлектором 120-140 миллиметров. Отметили перспективность разработки данной системы и необходимость теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию конструкции и технологического процесса работы сепарирующей системы уборочных машин.

Показали, что удельная конструктивная масса почвообрабатывающего орудия влияет на ширину захвата и заглубляющую способность. Отметили, что для улучшения производительности и экономической эффективности предпочтительно минимизировать этот показатель до определенной величины, чтобы обеспечить заглубляющую способность. Приняли во внимание зависимость от фактического количества рабочих органов и рамных элементов, приходящихся на единицу ширины захвата. (Цель исследований) Разработать математическую модель для определения минимально допустимой и фактической удельной конструктивной массы в зависимости от условий эксплуатации почвообрабатывающего орудия и его конструктивно-технологической схемы. (Материалы и методы) Использовали математическое моделирование, абстрагирование, анализ, синтез, положения классической механики. (Результаты и обсуждение) Разработали математическую модель для нахождения минимально допустимой и фактической удельной конструктивной массы, которая учитывает физико-механические характеристики обрабатываемой почвы, количество рабочих органов и рамных элементов, приходящихся на единицу ширины захвата почвообрабатывающего орудия. Установили, что увеличение ширины захвата рабочего органа позволяет уменьшить фактическую удельную конструктивную массу орудия при прочих равных условиях. Предложили использовать математическую модель при проектировании почвообрабатывающих орудий, проведении силовых расчетов и сравнительной оценки металлоемкости в зависимости от установки и расположения рабочих органов различной ширины захвата. (Выводы) Установили, что при пределе прочности почвы сжатию 100 000 паскалей для обеспечения заглубления плоскорежущего орудия на заданную глубину минимально допустимая конструктивная масса орудия должна составлять 334 килограмма на метр. Фактическая удельная конструктивная масса орудия в рассматриваемых условиях будет иметь минимальное значение при ширине захвата рабочего органа 0,7 и 0,8 метра – 375 и 335 килограмма на метр соответственно.

Отметили популярность использования средств малой механизации (СММ) в сельскохозяйственных, транспортных и других работах на мелкоконтурных полях фермерских и крестьянских хозяйств, приусадебных участках и личных подворьях, на холмистых землях и неудобьях, где использование традиционной энергонасыщенной техники невозможно или экономически нецелесообразно. Показали, что СММ наряду с мощной сельхозтехникой редко проходят государственные испытания. Среди причин назвали главную – отсутствие систем показателей для агротехнической, эксплуатационно-технологической, надежностной, экономической и эргономической оценки. Подчеркнули актуальность выбора таких систем (множеств, критериев). (Цель исследования) Установить показатели оценки качества функционирования СММ путем ранжирования критериев для мощных машин на основе опытов эксплуатации  и использования мини-техники в условиях мелких хозяйств Узбекистана. (Материалы и методы) В качестве первичных материалов использовали показатели оценки качества работы сельхозтехники, предусмотренные существующими государственными и отраслевыми стандартами. Применили методы системного анализа, логического мышления, монографического наблюдения и теории множеств. (Результаты и обсуждение) В ходе ранжирования выбрали множества критериев для агротехнической, эксплуатационно-технологической, надежностной, экономической и эргономической оценки СММ. (Выводы) Установили, что для общей оценки параметров конструкции, качества технологического процесса и функциональных возможностей опытных образцов СММ целесообразно использовать 26 основных и 14 вспомогательных показателей. Прогнозировали сокращение материальных и трудовых ресурсов в процессе проведения испытаний.

Показали, что почва – особый вид природных ресурсов, который может быть возобновлен при разумном возделывании различными способами обработки. Отметили, что для этого необходимы рабочие органы, отвечающие качественным агротехническим показателям технологического процесса. (Цель исследования) Усовершенствовать конструкцию рабочего органа, соответствующего качественным показателям технологического процесса мелкой обработки почвы. (Материалы и методы) Определили основные агротехнические показатели рабочего органа культиватора. (Результаты и обсуждение) Подтвердили, что разработанные в Аграрном научном центре «Донской» рабочие органы соответствуют агротехническим требованиям, предъявляемым к показателям технологического процесса мелкой обработки почвы по качеству крошения пласта: содержание фракций размером менее 25 миллиметров в обработанном слое почвы по количественному составу составляет 81-92 процента. Выявили, что наиболее высокое качество крошения пласта на глубину мелкой обработки почвы с преобладающим содержанием фракций размером менее 25 миллиметров (в среднем 90-91 процента) стало результатом воздействия рабочего органа с углом заточки стойки 30 градусов. Определили, что при этом возрастает доля эрозионно опасных пылевидных частиц – на 1,3-3,0 процента, что недопустимо по агротехническим требованиям к мелкой обработке почвы. (Выводы) Рабочие органы с углом заточки стойки 50 и 70 градусов и углом раствора лапы 94; 104 и 114 градусов соответствуют агротехническим требованиям по всем качественным показателями технологического процесса мелкой обработки почвы и могут быть использованы в качестве противоэрозионных в составе комбинированных агрегатов, оборудованных приспособлением для мульчирования поверхностного слоя почвы на стерневых фонах без предварительной обработки.

Показали, что оборот пласта в пределах борозды – важное условие прецизионной обработки почвы. Выявили возможность создать шлейф комбинированных машин, способных за один проход готовить почву к посеву или посадке. Отметили, что цилиндроидальный плужный корпус при действии сил инерции способен удерживать на своей поверхности пласт с дерниной и без нее. В предварительных испытаниях этого рабочего органа выявили нарушения беспрепятственного прохождения почвенного пласта. Предположили, что повысить технологическую надежность плужного корпуса можно, если разместить на направляющей доске крыло, которое создаст дополнительный закручивающий эффект. (Цель исследования) Обосновать длину крыла плужного корпуса и угол его установки ко дну борозды. (Материалы и методы) На основе законов теоретической механики составили дифференциальное уравнение вращения сегмента почвенного пласта, где почва как объект обработки характеризуется коэффициентами динамической вязкости, трения скольжения, а также плотностью. (Результаты и обсуждение) Определили, что величина обозначенных коэффициентов зависит от абсолютной влажности обрабатываемого пласта. К основным критериям, влияющим на оборот пласта, отнесли абсолютную влажность почвы, скорость движения плужного корпуса, длину крыла отвала, угол установки крыла, толщину взаимодействующего пограничного слоя деформируемого сечения. В результате моделирования установили, что определяющее влияние на угол поворота сегмента почвенного пласта оказывают скорость движения плужного корпуса и угол установки крыла отвала. (Выводы) Угол поворота сегмента почвенного пласта, равный 90 градусам, достижим, если длина крыла отвала составляет 0,1 метра, а угол его установки равен 23 градусам.

Отметили необходимость расчета себестоимости применения воздушных судов для экономической оценки целесообразности их эксплуатации, в том числе в сельском хозяйстве, приобретения новых, а также обоснования тарифов на авиационные перевозки. (Цель исследования) Обосновать методику и определить себестоимость применения беспилотной авиационной системы БАС-137 ВИМ для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов. (Материалы и методы) При разработке методики расчета себестоимости применения беспилотной авиационной системы для внесения пестицидов и удобрений использовали Методические рекомендации по определению себестоимости внутренних и международных рейсов для российских авиакомпаний. (Результаты и обсуждение) Получили основные зависимости себестоимости применения БАС-137 ВИМ для внесения рабочих жидкостей: от нормы внесения, длины гона, расстояния подлета к месту заправки, рабочей скорости полета. (Выводы) Разработали методику расчета себестоимости применения беспилотной авиационной системы для внесения пестицидов и удобрений, включающую эксплуатационные расходы по статьям прямых и косвенных затрат. Установили, что при нормах внесения рабочей жидкости 5-100 литров на гектар диапазон изменения себестоимости применения БАС-137 ВИМ находится в пределах от 280,9 до 1315,5 рубля на гектар. При норме внесения 10 литров на гектар в пределах длины гона 0,3-2,0 километра себестоимость применения составляет 307,1-529,5 рубля на гектар. Определили, что при нормах внесения 5-20 литров на гектар и длине гона 0,6-1,0 километра себестоимость будет наименьшей – 264-369 рублей на гектар при рабочей скорости полета 60 километров в час и 482-587 рублей на гектар при скорости полета 30 километров в час. Показали, что с увеличением рабочей скорости полета БАС137 ВИМ в 2 раза себестоимость уменьшается в 1,2-1,5 раза.

Отметили, что деградация неиспользуемых сельскохозяйственных угодий  наносит существенный ущерб аграрному производству: участки зарастают сорными растениями, образуется поверхностный задерненный слой, нарушается сложившийся микрорельеф,  происходят самоуплотнение и закисление почвы, ухудшаются ее инфильтрационные свойства, проявляется водная эрозия. (Цель исследования) Определить технологические и физико-механические свойства задерненных почв Рязанской области, выбывших из активного землепользования в течение 2-6 лет (Материалы и методы) Исследовали параметры различных неиспользуемых почвенных участков Рязанской области: состав травостоя, толщину задерненного слоя почвы, степень ее задернения, плотность и влажность, инфильтрационные свойства. (Результаты и обсуждение) Установили, что с увеличением периода зарастания на неиспользуемом участке в течение 6 лет возрастает количество сорной растительности с преобладанием пырея собачьего (13 процентов) бодяка полевого (11 процентов), пырея ползучего (10 процентов), полевицы побегообразующей (9 процентов). Определили, что с увеличением периода зарастания участков от 2 до 6 лет происходит переуплотнение почвы, ее плотность возрастает с 1,32 до 1,56 грамма на кубический сантиметр, задерненный слой утолщается с 3 до 11 сантиметров, степень задернения возрастает с 13 до 44 граммов на кубический дециметр. Выявили, что коэффициент вариации степени задернения снижается с 21,0 до 5,1 процента, а коэффициент вариации толщины задерненного слоя – с 25,3 до 6,6 процента. (Выводы) Установили зависимость интенсивности инфильтрации почвы от степени ее задернения: даже при сильном увлажнении верхнего задерненного слоя (0-10 сантиметров), когда абсолютная влажность равна 45 процентам, в нижнем слое (20-30 сантиметров) этот показатель остается в пределах 20-25 процентов. 

Отметили, что в условиях переувлажнения почвы не всегда подходят существующие методики оценки прямых потерь зерна при уборке сои с помощью жаток низкого среза. (Цель исследования) Усовершенствовать методику оценки потерь зерна сои при уборке урожая в условиях переувлажнения почвы, с возможностью их разделения в процессе отбора проб за жаткой и молотилкой комбайна. (Материалы и методы) В основе методического подхода учитывали: влияние неоднородности посевов; принцип достаточной точности определения потерь независимо от почвенных условий при уборке; доступность, простоту и минимальную трудоемкость метода; возможность дифференциации потерь зерна за жаткой для определения основных их источников. Выделили три основные зоны потерь и рассмотрели характеристики источников их возникновения. Представили схему наложения квадратных металлических рамок с длиной стороны 1 метр на посевах и на убранном участке поля после прохода комбайна. Описали последовательность проведения лабораторно-полевой оценки и формулы определения естественных потерь зерна, потерь за жаткой и их составляющих, потерь сои за молотилкой и суммарных потерь за комбайном. (Результаты и обсуждение) Разработали методику оценки потерь зерна сои и апробировали ее в ходе испытаний комбайна Case IH AF6140 с жаткой New Holland 740CF-30DD(SF). Установили, что данный комбайн соответствует всем нормам потерь зерна сои при скорости 6 километров в час. Выявили, что наибольшую долю составляют потери за жаткой – свободным зерном. Для дополнительного снижения потерь предложили регулировать число оборотов мотовила. (Выводы) Разработали методический подход и алгоритм оценки потерь зерна с использованием жестких металлических рамок, который позволяет с высокой достоверностью, оперативностью и с меньшей трудоемкостью учитывать потери и рассчитывать фактические и допустимые (от биологической урожайности) значения по уровню удельных и относительных потерь зерна сои за жаткой и зерноуборочным комбайном в целом.

Показали, что для создания многофункциональных робототехнических платформ сельскохозяйственного применения актуально использовать модульный принцип, который позволит устанавливать различное навесное оборудование в зависимости от задач, поставленных перед робототехническим средством. Отметили, что автономная реконфигурация снизит вмешательство человека в эксплуатацию и затраты на обслуживание. (Цель исследования) Разработать масштабируемое устройство сопряжения функциональных модулей с базовой сельскохозяйственной робототехнической платформой, которое сможет обеспечить механическую фиксацию, передачу энергии и информационный обмен. (Материалы и методы) Провели анализ исследовательских работ в направлении решений для сопряжения модулей в робототехнических комплексах, отметили их достоинства и недостатки. Создали структуру механизма сопряжения для обеспечения корректного взаимного положения и фиксации модуля с базовой платформой при возможности энергетического и информационного обмена. (Результаты и обсуждение) Вывели расчетные соотношения для устройства сопряжения, позволяющие вычислять допустимые линейные смещения и допустимое угловое отклонение сопрягаемых элементов механизма. Определили основные размеры прототипа устройства по заданным допустимым линейными отклонениями в диапазоне до 10-13 миллиметров и с допустимым угловым отклонением 20 градусов. Реализовали прототип устройства сопряжения с габаритными размерами: длина – 200 миллиметров, ширина – 130, высота – 58 миллиметров. Провели с ним эксперименты, изменяя линейные и угловые отклонения сопрягаемых элементов. (Выводы) Определили, что успешное сопряжение происходит в 98 процентах случаев при соблюдении допустимых расчетных смещений. Заключили, что предложенное устройство сопряжения позволит реализовать автономную замену модулей многофункциональных робототехнических платформ.