Показали, что приоритетным направлением научно-технологического развития агропромышленного комплекса должен стать переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, к искусственному интеллекту. Отметили важность дальнейшей эволюции агроинженерной науки и образования, сотрудничества агроинженерных учреждений, инновационных подходов и решений, отражающих современное состояние и направления развития агропромышленного комплекса. Обосновали актуальность исследования опыта становления и развития системы агроинженерных научных институтов, агроинженерных вузов, машиноиспытательных станций, совместная скоординированная деятельность которых позволила сформировать мощный научно-технический потенциал, выстроить многопрофильное комплексное агроиндустриальное производство и обеспечить продовольственную безопасность страны.

Цель исследования Выявить общие эволюционные факторы развития специализированных инфраструктурных учреждений, особенности формирования научной агроинженерной платформы для создания отечественных систем и комплексов сельскохозяйственных машин.

Материалы и методы Установили хронологические рамки исследования, отметив особенности трех основных периодов последнего столетия. Охарактеризовали реформы агроинженерных научных и образовательных учреждений.

Результаты и обсуждение Исследованы и выявлены эволюционные факторы становления агроинженерных вузов, научных учреждений, машиноиспытательных станций в 1920-2020 годах.

Выводы Доказали, что сформированный и непрерывно развивающийся научно-технический потенциал стал основой для создания систем высокоэффективных сельскохозяйственных машин и оборудования, способствовал превращению сельского хозяйства в высокоэффективное механизированное производство и обеспечил продовольственную безопасность страны.

Отметили, что технологии прямого посева No-till и посева с минимальной обработкой почвы Mini-till играют все большую роль при переводе производства продукции растениеводства на новый технологический уровень. Выявили противоречивость результатов научных исследований в ходе сравнения эффективности возделывания кукурузы на зерно при применении различных технологий обработки почвы и посева.

Цель исследования Сравнить экономическую эффективность двух технологий возделывания кукурузы на зерно – минимальной Mini-till и традиционной.

Материалы и методы Рассмотрели достоинства и недостатки традиционной технологии возделывания кукурузы на зерно в сравнении с прямым посевом и посевом с минимальной обработкой почвы.

Результаты и обсуждение В результате полевых исследований технологии, применяемой в течение семи лет в крестьянском (фермерском) хозяйстве Деревянко В.И. (Краснодарский край) и основанной на минимальной обработке почвы и внесении органических удобрений, определили эксплуатационно-технологические показатели пропашной сеялки прямого посева Optima TFmaxi в агрегате с трактором John Deere 8310RT, других машин на основных технологических операциях. Установили объемы используемых технологических материалов. Провели системный анализ источников формирования экономической эффективности по двум уровням: машинно-тракторный парк, технология в целом.

Выводы Определили, что при применении минимальной технологии по сравнению с традиционной трудоемкость механизированных работ ниже на 49 процентов, однако увеличиваются расход топлива – на 1 процент и удельные эксплуатационные затраты денежных средств – на 69 процентов, что компенсируется ростом урожайности кукурузы на зерно на 3 тонны с гектара, или 43 процента.

Обосновали актуальность цифровой трансформации технологических процессов сельскохозяйственного производства в условиях обострения глобальных проблем обеспечения продовольственной безопасности, стагнации аграрного бизнеса в регионах северного Нечерноземья, а также ESG-трансформации экономики.

Цель исследования Разработать алгоритмы управления беспилотных воздушных судов (БВС) на основе численных методов машинного обучения, обеспечивающих мониторинг состояния сельхозкультур и улучшение планирования и оперативного управления процессом производства.

Материалы и методы Использовали оригинальные методы машинного обучения, инженерии знаний и компьютерного моделирования организационных и технологических процессов жизненного цикла технических объектов в промышленности и продукции в народном хозяйстве, а также математические и алгоритмические модели, методы и опытные образцы проактивных средств автоматизации информационного, физического и энергетического взаимодействия гетерогенных робототехнических и киберфизических комплексов.

Результаты и обсуждение Создали системы искусственного интеллекта для фотограмметрической обработки изображений видимого спектра и снятых мультиспектральными видеокамерами с построением ортофотопланов, цифровых моделей рельефа. Применили численные методы машинного обучения. Показали возможность формирования рекомендаций по рекультивации, мелиорации земельных угодий. Разработали алгоритмическое, программно-аппаратное обеспечение автоматизации вертикальных ферм, установок замкнутого цикла по рыбоводству. Осуществили беспроводную регистрацию измеряемых и вычисляемых параметров с распределенных датчиков, их анализ с применением технологий больших данных и проактивное управление киберфизическими устройствами, отвечающими за функционирование систем жизнеобеспечения выращиваемых аква- и фитокультур. Привели примеры выпускаемых БВС и навесного оборудования, предназначенных для обработки сельскохозяйственных угодий, а также примеры модулей автоматизации вертикальных ферм, обеспечивающих проактивное автономное управление.

Выводы Определили, что разработанное программно-аппаратное обеспечение позволило увеличить остаточный заряд аккумулятора БВС после полета на 6 процентов. Улучшили точность идентификации участков растений с фитопатологиями по анализу изображений с мультиспектральной камеры до 99 процентов.

Показали, что мощность двигателя энергонасыщенных тракторов зачастую используется неполностью. Отметили вариант решения этой задачи: применение технологической части агрегата в качестве активного сцепного веса, для чего создано модульное энерготехнологическое средство.

Цель исследования Определить тяговый КПД блочно-модульного энерготехнологического средства при наличии кинематического несоответствия колес трактора.

Материалы и методы Систему уравнений равновесия транспортно-технологического модуля при свободной навеске на энергетический модуль представили в виде суммы проекций сил на оси. Касательную силу тяги и силу сопротивления качению каждой оси энергосредства выразили через соответствующие нормальные реакции почвы. При расчете многоосных ходовых систем приняли во внимание, что коэффициент сопротивления качению зависит от количества проходов колеса по одному следу и степени деформирования почвы предыдущими проходами. Нормальные реакции почвы на опоры энергетического модуля определили, рассматривая модульное энерготехнологическое средство в целом, приравнивая к нулю сумму проекции сил на ось OZ и сумму моментов относительно точки контакта с почвой передних колес энергетического модуля.

Результаты и обсуждение) Исследовали влияние кинематического несоответствия третьего моста относительно второго на КПД ходовой части. Анализируя зависимость КПД ходовой системы от кинематического несоответствия первого и третьего мостов при тяговом усилии 30 килоньютонов, отметили экстремумы всех зависимостей при кинематическом несоответствии третьего моста относительно второго, отличного от единицы.

Выводы Выявили закономерность изменения КПД ходовой системы модульного энерготехнологического средства от кинематического несоответствия третьего моста относительно второго при заданном кинематическом несоответствии первого моста относительно второго, которые конструктивно существуют у колесных тракторов 4К4. Определили превышение значений КПД ходовой системы при кинематическом несоответствии третьего моста, равном 1,04-1,06, если имеется конструктивное кинематическое несоответствие первого моста относительно второго в пределах 1,06-1,08.

Показали актуальность проблемы определения количества теплоты, отдаваемой двигателем внутреннего сгорания в жидкостную систему охлаждения при создании типоразмерных рядов унифицированных теплообменников тракторных и комбайновых двигателей (силовых агрегатов). Отметили, что правильно спроектированная система охлаждения в дальнейшем гарантирует поддержание оптимального теплового режима работы двигателя. Предложили медодику расчета теплоносных характеристик системы охлаждения для заблаговременного исключения возможных проблем, связанных с повышенным износом деталей, преждевременной потерей маслом смазывающих свойств, перегревом двигателя (отдельных агрегатов) и трущихся деталей, снижением мощности двигателя и ухудшением качества топливо-воздушной смеси, поступающей в цилиндры.

Цель исследования Разработать методику расчета количества теплоты, которое должно быть рассеяно масляными радиаторами жидкостной системы охлаждения (системы смазки) при различных нагрузочных и скоростных режимах работы двигателя.

Материалы и методы Предложили определить количество теплоты, которое должно быть рассеяно жидкостно-масляным теплообменником системы охлаждения смазочного масла двигателя.

Результаты и обсуждение В методике расчета масляных радиаторов представили расчет тепла, полученного маслом в процессе работы автотракторных двигателей мощностью 37-110 киловатт. Определили теплорассеивающую способность масляной поверхности. Выявили параметр, учитывающий тепловой поток масляных радиаторов. Представили графики зависимости масляной поверхности и теплового потока от мощности двигателя.

Выводы Разработали методику расчета показателей температурно-динамических характеристик охлаждающей системы автотракторных двигателей, которая позволяет проводить исследования по теплотехническим показателям радиаторов на различных режимах работы машин и теплоносителях систем, конструкционных материалах (металл, полимер) теплообменников с учетом факторов и режимов работы с погрешностью 1,5-8,0 процентов.

Показали необходимость  исследований и создания отечественных линий по переработке двухсезонного сырья технической конопли – осенней и весенней уборки с поля. Отметили, что линии должны быть эффективными и малозатратными и производить волокно различного качества.

Цель исследования Обосновать состав малозатратной линии для первичной переработки технической конопли осенней и весенней уборки в виде спутанной массы ломаных стеблей и подготовить рекомендации переработки сырья в линии.

Материалы и методы Коноплесырье осенней уборки перерабатывали по четырем вариантам: однократный, двукратный, трехкратный и четырехкратный пропуск через льняную линию первичной переработки, не изменяя настроек машин. Детализировали состав этой линии: дезинтегратор льна ДЛВ-2, горизонтальный пластинчатый разгрузчик волокна системы ВУЛ им. И.Н. Левицкого и две трясильные машины с нижним гребенным полем при частоте вращения ротора дезинтегратора 1000 оборотов в минуту, частоте качаний игольчатых валиков трясильных машин 230 оборотов в минуту. У полученной пеньки исследовали показатели качества по действующим стандартам.

Результаты и обсуждение Выявили, что средняя длина ломанных стеблей – 150 миллиметров, минимальная и максимальная длина варьируется от 24 до 485 миллиметров. Показали, что коноплесырье осенней уборки – труднообрабатываемое: однократный и двукратный пропуски конопли осенней уборки через исследуемую линию не обеспечивают нужного качества волокна, оно не соответствует даже самому низкому сорту. Определили, что третий пропуск обеспечил качественное волокно, а четвертый нецелесообразен.

Выводы Доказали, что у коноплесырья осенней уборки отделяемость и разрывная нагрузка волокна отличаются от конопли весенней уборки: 4,6 единицы против 8,2-8,6 и 9,3 килограммсилы против 13,5-16,9 соответственно. Определили показатели качества пеньки однотипной неориентированной и ее выход при различных вариантах переработки. Впервые предложили отечественную линию переработки осенней и весенней конопли с производительностью по тресте 600 килограммов в час и выше, позволяющую изменять качество волокна, увеличивать производительность в 1,5-2,0 раза, влияя на себестоимость волокна. Обосновали рекомендации для эффективной переработки конопли и необходимость создания дезинтегратора для коноплесырья.

Отметили актуальность повышения продуктивности орошаемых земель, обеспечения достаточных запасов минеральных и питательных веществ для растений в Республике Узбекистан. Показали, что для внесения минеральных удобрениий при подготовке земель к севу хлопчатника, пшеницы, сои и других культур на практике используют чизель-культиватор с двумя отдельными бункерами для минеральных удобрений вместимостью по 50 килограммов. Выявили, что в бункерах остаются крупные комки слежавшихся удобрений, что снижает производительность и качество работы агрегата. Рекомедовали использовать усовершенствованное устройство с одной емкостью, где установлены специальные измельчители минеральных удобрений.

Цель исследования Обосновать параметры измельчителя крупных комков минеральных удобрений в бункере чизеля-культиватора.

Материалы и методы Исследовали параметры и показатели измельчителя минеральных удобрений, работающего посредством вращательного движения, обеспеченного опорным колесом агрегата.

Результаты и обсуждение Установили параметры чизеля-культиватора для измельчения и внесения минеральных удобрений при подготовке почвы под посев.

Выводы Разработали агрегат с измельчительными рабочими органами в бункере чизеля-культиватора: диаметр вала – 40 миллиметров, высота зубчатой планки – 25-30, ширина – 8-10, толщина – 2-3 миллиметра. Всего в одном отсеке бункера зафиксировали 18 планок, в 10 отсеках – 180 штук. С выбранными параметрами измельчителя минеральных удобрений в бункере емкостью 350 килограммов можно внести в почву до 300 килограммов на гектар. 

Отметили высокую эффективность посева зерновых культур колосьями в селекции и первичном семеноводстве. Выявили, что сеялка с рабочими органами для посева колосьями поможет значительно (до 8 раз) снизить трудоемкость в сравнении с использованием ручного труда, при обеспечении сохранения чистоты сорта.

Цель исследования Разработать рабочую секцию сеялки с ленто-кассетным высевающим устройством для посева колосьями зерновых колосовых культур в селекционных и семеноводческих питомниках, обосновать параметры высевающего аппарата, необходимые при проектировании многосекционной колосовой сеялки.

Материалы и методы В ходе экспериментов предложили принципиальную схему, программу и методику испытаний рабочей секции кассетной сеялки для посева колосьями. Исследовали образец посевной секции в лабораторных условиях. Изучили возможности обеспечения чистоты сорта в условиях естественного осыпания зерен. Использовали техническое решение высева колосьев в капсулах.

Результаты и обсуждение Предложили оснастить кассетное высевающее устройство сеялки приспособлением для выталкивания капсулы с колосом из ячейки кассетной ленты. Разработали макетный образец секции колосовой сеялки. Проверили работу ленто-кассетного высевающего устройства.

Выводы Установили рациональные параметры ячеек кассетной ленты: внутренний диаметр – 2,3-2,5 сантиметра, длина – 14,0-16,5 сантиметра, расстояние между осями – 3-4 сантиметра. Получили формулу для расчета количества ячеек в кассетной ленте в зависимости от числа витков ленты в кассете. Разработали исходные требования и техническое задание на экспериментальный образец секции колосовой сеялки. Обобщили данные для проектирования многосекционной сеялки для посева колосьями.

Привели основные результаты трехлетних исследований применения сеялки с сошниками для разноглубинного посева зерновых и внесения минеральных удобрений.

Цель исследования Сравнить переоборудованную экспериментальными сошниками сеялку СКП-2,1 с серийной, определить урожай и качество зерна яровой мягкой пшеницы в зависимости от способа посева и нормы внесения азотных минеральных удобрений.

Материалы и методы Провели сравнительный полевой агротехнический опыт, в ходе которого сопоставили показатели полевой всхожести, урожайности по вариантам и качества зерна мягкой яровой пшеницы Омская-36. Приняли за контроль посев, выполненный серийно производимой сеялкой-культиватором СКП-2,1. Экспериментальные делянки засевали той же сеялкой, но переоборудованной комбинированными сошниками, представляющими собой стрельчатые лапы, обеспечивающие размещение гранулированных минеральных удобрений и семян в разных по глубине горизонтах почвы.

Результаты и обсуждение По результатам трехлетнего опыта максимальный экономический эффект получили при норме внесения аммиачной селитры 150 килограммов на гектар: прибавка урожая составила 0,44 тонны на гектар, стоимость дополнительной продукции – 6740 рублей на гектар. Выявили незначительное снижение экономического эффекта при увеличении нормы внесения удобрения. Определили, что максимальная урожайность и лучшие качественные характеристики зерна как на контрольных вариантах посева, так и на экспериментальных получены при внесении аммиачной селитры в норме 150 и 200 килограммов на гектар.

Выводы Установили, что использование сеялки для разноглубинного посева зерновых и внесения минеральных удобрений в зависимости от погодных условий весны и дозы внесения аммиачной селитры обеспечивает прирост полевой всхожести на 11-18 процентов; средняя ежегодная прибавка урожая зерна составила 16,3 процента. Выявили повышение содержания клейковины с 24,6 (контроль) до 29,8 процента.

Отметили, что оптическое излучение ультрафиолетового (УФ) диапазона имеет важную роль в сельскохозяйственном производстве, в частности, его недостаток ухудшает продуктивность животных.

Цель исследования Обосновать параметры энергосберегающего сельскохозяйственного электрооборудования, работающего в УФ-диапазоне.

Материалы и методы Показали возможность создания универсального терапевтического облучателя на светодиодах с длиной волны 310 нанометров. Привели методики расчета. Обосновали параметры УФ-установок для обеззараживания помещений. Выявили, что УФ-излучение повышает скорость полимеризации лакокрасочных покрытий, в том числе энергосберегающих оптических ловушек для насекомых.

Результаты и обсуждение Привели примеры реализации разработанных нами энергосберегающих систем терапевтического облучения животных. Отметили сокращение расхода электроэнергии в 13 раз вследствие замены люминесцентных ламп ЛЭ-30 на светодиоды. Выявили, что применение бактерицидных облучателей в птицеводческих помещениях уменьшает не только концентрацию микроорганизмов, но и содержание углекислого газа и аммиака. Разработали облучатели фотохимической полимеризации лакокрасочных покрытий, сокращающие время затвердевания в 2 раза. Создали оптические ловушки для насекомых на основе светодиодов с длиной волны 385 нанометров и определили наилучшую частоту пульсаций источника света – 100 герц.

Выводы Разработали оборудование и обосновали параметры облучателей, работающих в диапазоне 254-390 нанометров для различных применений в сельском хозяйстве.

Показали, что постоянное использование горных лугов и пастбищ приводит к истощению и обеднению почвы. Отметили, что жидкие биопрепараты на основе микроорганизмов способствуют восстановлению плодородия почвы. Выявили отсутствие серийных образцов малогабаритных маневренных машин для мелкоконтурных участков, которые могут поверхностно вносить растворы биопрепаратов на горные луга и пастбища.

Цель исследования Разработать и изготовить лабораторный образец агрегата для горной зоны на базе мини-трактора Feng Shou 180, обеспечивающий снижение деградационных процессов склоновых участков.

Материалы и методы Обосновали и создали лабораторный образец машины, конструкция которой адаптирована для работ с деградированными почвами в горах, с уклоном обрабатываемых участков до 15 градусов. Испытания технологии проводили в горной зоне Республики Северная Осетия – Алания на высоте 1540 метров над уровнем моря. Осуществили техническую экспертизу лабораторного образца блок-модуля для поверхностного внесения биопрепаратов по принятым стандартам.

Результаты и обсуждение Изготовили блок-модуль для поверхностного внесения биопрепаратов на горные луга и пастбища. Установили, что лабораторный образец агрегата соответствует агротехническим требованиям и техническому заданию. Рассчитали необходимые параметры: емкость цистерны – 300 литров, норма расхода препаратов – 0,109 литра в секунду, диаметр трубопроводов – 12 миллиметров. Определили, что применение блок-модуля повысило урожайность многолетних трав горной зоны за один год на 15-20 процентов, позволило укрепить дернину, что в дальнейшем будет препятствовать развитию водной и ветровой эрозии.

Показали, что при разработке региональных систем технологий и машин важно учесть все природные агроклиматические условия и производственные возможности в аграрном секторе каждого региона.

Цель исследования Разработать методику обоснования типовых сельскохозяйственных территорий в каждом регионе аграрного производства с тем, чтобы потом полученные для этой территории расчетные результаты обобщить на весь регион.

Материалы и методы Провели мониторинг производственного потенциала региона, статистическую обработку базовых критериев и выбор типовых сельскохозяйственных территорий по минимуму отклонения частных значений показателей для областей от средневзвешенных значений по региону. Все области региона группировали в однородные выборки по минимуму дисперсии показателей. Предложили алгоритм последовательности расчетных и логических операций. Оценили территории по трем критериям типичности: минимуму суммы рангов за приоритетность каждого базового критерия, количеству приоритетных базовых критериев, сравнительной значимости производственного потенциала каждой области. Для типичных объектов предложили выполнять компьютерные расчеты различных вариантов технического обеспечения.

Результаты и обсуждение Выполнили расчеты для Центрального региона Нечерноземной зоны России. Установили базовые критерии производственных ресурсов областей: общая площадь пашни, количество тракторов, тракторооснащенность, количество сельхозорганизаций, площади под посев зерновых культур, овощей, посадку картофеля. При мониторинге показателей производственных ресурсов выявили неравномерность их распределения по региону и связанную с ней необходимость определить две-три сельскохозяйственные территории, претендующие на типовые.

Выводы Предложили алгоритм выбора типовых территорий и сельхозорганизаций в регионе на примере Центральной Нечерноземной зоны России. В пределах этой зоны идентифицировали как типовые Костромскую, Ивановскую, Брянскую и Ярославскую области.

На основе систематизации знаний в области инноваций сформулировали принципы организации инновационной системы для агропромышленного комплекса (АПК) России. В указанных принципах в качестве ключевых установили следующие понятия: инновационная система, модель тройной спирали инноваций, инновационный процесс (в том числе трансфер технологий из сектора науки в сектор бизнеса и сопутствующая проблема долины смерти инноваций), комплексная классификация групп технологий и видов радикальных инноваций с точки зрения технологической парадигмы отрасли, внедрение инноваций.

Цель исследования Разработать принципы организации (формирования) инновационной системы для АПК России и раскрыть через них внутреннее содержание понятия «инновационная система».

Материалы и методы Применили нормативный подход к экономическому анализу и системный метод.

Результаты и обсуждение Показали, что успешная инновационная система АПК базируется на эффективном взаимодействии сельскохозяйственной науки, агробизнеса и государства: три институциональных участника при разработке и внедрении инноваций исходят из заранее согласованного общего понимания концепции инновационного процесса, включая необходимость преодоления долины смерти инноваций. При этом первоначальная инициатива выдвижения того или иного инновационного проекта может исходить от любого сектора, а роль государства признается критической и миссия-ориентированной. Предложили критерии потенциала внедрения научно-технической разработки на ее начальной стадии, на уровне идеи. Привели пример анализа критериев для технологии в области обработки почвы.

Выводы Предложили принципы организации инновационной системы для АПК России. Показали, что секрет успеха инновационной системы кроется в объединении усилий участников инновационного процесса – российской сельскохозяйственной науки, агробизнеса и государства. Подчеркнули необходимость своевременных реальных действий, практических шагов по организации инновационной системы.