В практике работы Российской академии наук установлено по основным научным направлениям периодически на конкурсной основе присуждать золотые медали имени выдающихся отечественных ученых аграрной науки. По профилю агроинженерной науки такая медаль посвящена основоположнику учения о сельскохозяйственных машинах академику Василию Прохоровичу Горячкину. (Цель исследования). Обобщить историко-научный материал для воссоздания целостной картины научного наследия последователей В.П. Горячкина, которые вошли в историю агроинженерной науки как лауреаты золотой медали его имени. (Материалы и методы). В статье приведено краткое изложение развития научных идей В.П. Горячкина в трудах крупных отечественных ученых в области агроинженерной науки (Результаты и обсуждение). Воссоздана целостная картина научных достижений учеников В.П. Горячкина с 1971 по 2022 год, удостоенных медалями его имени. За более чем 50-летний период медали имени В.П. Горячкина вручены пятнадцати выдающимся ученым: В.А. Желиговскому (1971 г.), И.И. Артоболевскому (1974 г.), П.И. Василенко (1977 г.), И.А. Будзко (1986 г.), Г.Е. Листопаду (1989 г.), Н.И. Кленину (1992 г.), Н.В. Краснощекову (1995 г.), В.И. Черноиванову (1998 г.), И.П. Ксеневичу (2001 г.), Л.П. Кормановскому (2004 г.), В.М. Кряжкову (2008 г.), В.И. Сыроватке (2011 г.), Э.В. Жалнину (2014 г.), А.И. Завражнову (2018 г.), М.Н. Ерохину (2022 г.). (Выводы) Выдающиеся российские ученые, лауреаты золотой медали имени академика В.П. Горячкина внесли огромный вклад в дальнейшее развитие агроинженерной науки и образования, формирование фундаментальных научных школ, разработку теоретических и практических основ создания инновационных технологий, систем и комплексов машин.

Показали основные пути развития машинных технологий от ручного способа доения до роботизированного. Отметили неоднозначность экспертных оценок по поводу внедрения роботизации доения. (Цель исследования) Провести историко-аналитическую и технико-экономическую оценки различных вариантов автоматизации доения коров на молочных фермах, определить общую капиталоемкость различных вариантов перехода от ручного способа к автоматизированным и роботизированным технологиям доения коров, а также капиталоемкость отдельных этапов перехода к механизированному доению в ведра, в молокопровод, к автоматизированному доению в залах, роботизированному доению в индивидуальных боксах и доильных залах. (Материалы и методы) Проанализировали революционные переходы, связанные с кардинальной сменой технологий, изменением способа содержания и организационно-экономических форм ведения производства, модернизационные переходы – с полной или частичной заменой оборудования без принципиальной смены технологии, а также реверсные обратные переходы – с вынужденным возвратом к прежней более экономичной технологии. (Результаты и обсуждение) Рассмотрели 7 основных путей развития машинного доения – от ручного способа до автоматизированного и роботизированного доения коров продолжительностью 100-110 лет. Определили, что их суммарная оценочная капиталоемкость для условной эталонной фермы на 1000 голов составляет 78,0-474,5 миллионов рублей в современных цифрах. Ввели понятие условной единицы, равной стоимости доильного агрегата ДАС-2В, то есть примерно 0,2 миллиона рублей на текущий момент. (Выводы) Установили наиболее затратные пути, а также предложили оптимальный наименее капиталоемкий  путь перехода от традиционного доения к автоматизированному почетвертному доению в залах, по функциональности не уступающему доению в роботах. Выявили возможность модернизационного перехода на роботизированное доение в залах путем поэтапной замены автоматизированных манипуляторов доения, управляемых оператором, на роботизированные манипуляторы без участия человека и без смены технологии.

Технология уборки льна льноуборочными машинами зависит от входных воздействий, включающих: качественные показатели льноуборочных машин; конструктивные размеры рабочих органов; показатели условий работы; промежуточные переменные, отражающие динамические свойства рабочих органов и динамику потока льна. (Цель исследования) Установить закономерности и степень связи между качественными показателями работы (чистота теребления, очеса, растянутость ленты); конструктивными параметрами; динамическими свойствами машин и условиями уборки (высота и густота стеблестоя льна, рельеф поля, толщина и неравномерное расположение ленты льнотресты и так далее). (Материалы и методы) Разработали на основании системного анализа математические модели технологического процесса уборки льна. Представили информационные модели исследований основных льноуборочных машин. (Результаты и обсуждение) Показали, что наиболее характерными показателями условий работы льноуборочных машин служат высота стеблестоя льна l(t), сантиметры; зона расположения семенных коробочек a(t), сантиметры; и неровность поверхности поля z(t), сантиметры. Выявили, что качество работы определяется чистотой очеса n(t), проценты, растянутостью ленты льносоломы λ(t), раз, расположением ее верхушечной y_в(t) и корневой частей y_к(t), сантиметры. Приняли в качестве оценочных показателей высоту теребления h(t), сантиметры, колебания комбайна в продольно-вертикальной плоскости Q(t), градусы, расположение верхушечной части лент льна перед очесывающим аппаратом. (Выводы) Разработали гидроустройство для регулировки высоты теребления h(t) от 10 до 40 сантиметров в зависимости от стеблестоя льна. Констатировали, что важным резервом повышения чистоты очеса служит изменение ширины зоны очеса комбайна В_к, сантиметры. Создали для этого механизм перемещения очесывающего аппарата относительно зажимного транспортера в зависимости от высоты стеблестоя льна l(t), сантиметры.

Предложили модель автономного движения роботизированной платформой адаптированной под условия промышленного плодового сада. (Цель исследования) Разработать систему управления движением автономной роботизированной колесной платформы на основе инерциальной и спутниковой навигации и расчета преодолеваемого пути для позиционирования в плодовом саду, с автоматическим выполнением различных технологических операций, таких как внесение удобрений, контроль роста и болезней, уборка урожая плодов. (Материалы и методы) Создали математическую модель для управления движением роботизированной платформы, учитывающую радиусы разворота трех типов, длину дуги выполняемой окружности, скорости движения в рядах садовых насаждений с использованием электронной карты сада. Использовали метод, который позволяет реализовать программу автоматического движения роботизированной платформы по типовому плодовому саду с применением минимального набора датчиков, существенно снижая нагрузку на процессор и память бортовых вычислителей. Разработали программное обеспечение на языке программирования Python, позволяющее строить маршрут движения роботизированной платформы, отображать траекторию движения с указанием точности позиционирования в каждой точке относительно деревьев в рядах садовых насаждений, скорости движения и угла поворота колес. (Результаты и обсуждение) Реализовали автономное выполнение роботизированной платформой заданных маршрутов, взаимодействие программы с аппаратной частью роботизированной платформы. Провели полевое тестирование разработанного программного обеспечения. (Выводы) Подтвердили заданную точность позиционирования роботизированной платформы в междурядьях садов интенсивного типа 3,5 метра, максимальное отклонение при движении по карте задания с использованием спутниковой навигации и инерциальной системы составило 164 миллиметра, что удовлетворяет агротехнические требования к механизированной уборке плодов.

Показали возможность использования дополнительного подвесного оборудования для проведения аэросъемки с помощью беспилотного воздушного судна. Отметили, что ряд параметров беспилотника и дополнительного подвесного оборудования не учитывается программным обеспечением при расчете времени полета дрона на одном заряде аккумуляторной батареи. (Цель исследования) Разработать алгоритм для расчета времени полета беспилотного воздушного судна с установленным подвесным оборудованием. (Материалы и методы) Изучили технические характеристики DJI Phantom 4 pro и DJI Matrice 200v2, а также спецификации мультиспектральных камер Parrot Sequoia, MicaSense Altum, устанавливаемых на беспилотник. Использовали результаты научных исследований по расчету времени полетного задания в зависимости от длины маршрута и емкости аккумуляторной батареи. (Результаты и обсуждение) Установили, что максимальное время полета беспилотника с дополнительным подвесным оборудованием сокращается из-за повышенной массы, потребляемой ими мощности, времени предполетной подготовки, полетной нагрузки, необходимости возврата в точку взлета и сохранения ресурса аккумуляторной батареи. Рассчитали максимальное время полета DJI Phantom 4 pro и DJI Matrice 200v2 с мультиспектральными камерами Parrot Sequoia, MicaSense Altum - 8 и 18 минут соответственно, при минимальной полетной нагрузке. Определили метод расчета количества аккумуляторных батарей для проведения аэросъемки с дополнительным подвесным оборудованием. (Выводы) Разработали алгоритм для расчета времени полета беспилотника с дополнительным подвесным оборудованием, учитывающий параметры, не включенные в расчет времени полета стандартным программным обеспечением.

Отметили, что от характеристик рабочих органов существенно зависит эффективность эксплуатации сельскохозяйственных машин или орудий. Подчеркнули важность таких параметров, как надежность и ресурс, которые в значительной степени зависят от износостойкости, прочности, а также от конструктивных особенностей. (Цель исследования) Обосновать выбор современных эффективных направлений для повышения ресурса быстроизнашиваемых рабочих органов сельхозмашин, а также видов и характеристик применяемых материалов и технологических способов их упрочнения. (Материалами и методы) Изучили многолетний опыт работы ФНАЦ ВИМ по данному направлению. Провели предметный анализ соответствующей технической информации. (Результаты и обсуждение) Представили основы и условия абразивного изнашивания деталей сельхозмашин. Раскрыли понятие «конструкционной износостойкости». Проанализировали материалы (стали, твердые сплавы) рабочих органов сельхозмашин, используемых в России и за рубежом. Привели их основные сравнительные физико-механические характеристики. Предложили методику выбора базовых конструктивных параметров исходя из прочностных характеристик применяемых материалов. Сравнили наплавочные технологии упрочнения рабочих органов сельхозмашин. Обосновали наиболее эффективные технологические варианты, отдельные технико-экономические параметры, рекомендации по применению материалов. (Выводы) Доказали, что применение наплавочных технологий повышает ресурс рабочих органов в 1,5-4,5 раза при значительной экономической эффективности.

Отметили, что эффективность функционирования технологических процессов в сельскохозяйственном производстве принято оценивать по экономическим, эксплуатационным и относительным критериям. Показали, что такая оценка при решении прикладных задач часто оказывается некорректной. Наиболее полно это несоответствие выявили при функционировании биотехнической системы «оператор – корм – машина – животное». Подтвердили необходимость и актуальность объективного анализа энергетических потоков, реализуемых в биотехнической системе, а также взаимодействие энергопотоков между собой и с внешней средой. (Цель исследования) Обосновать методологический подход к оценке эффективности производства кормов на основе биоэнергетического анализа технологий их заготовки. (Материалы и методы) Провели сравнительный анализ показателей накопления обменной энергии растениями до момента начала их уборки и параметров снижения содержания обменной энергии растительного сырья с учетом технологических воздействий на него. (Результаты и обсуждение) Выявили, что затраты 1 мегаджоуля механической энергии при возделывании злако-травяной кормосмеси обеспечивают получение 121 мегаджоуля обменной энергии. Определили расчетное содержание обменной энергии в злако-травяной кормосмеси, равное 44 850 мегаджоулей на гектар (1950 мегаджоулей на тонну) при удельных затратах механической энергии на возделывание кормосмеси 370,6 мегаджоуля на гектар (16,1 мегаджоуля на тонну). (Выводы) Установили, что динамика энергонакопления при выращивании растительного сырья и характер снижения его энергосодержания в процессе приготовления и хранения корма имеют общую и устойчивую во времени тенденцию. Доказали линейный характер тренда роста энергонакопления для различных видов кормовых культур и снижения энергосодержания кормов. Предложили критерии оценки эффективности затрат механической энергии на выращивание кормовых культур, переработку растительного сырья и хранение корма. Разработали математическую модель, которая позволяет проводить исследования неявных переменных в сложной системе накопления и энтропии обменной энергии корма, принимать оптимальные инженерные решения по обоснованию и совершенствованию технологий возделывания, уборки и приготовления кормов, а также их эффективному использованию.

Обосновали необходимость создания новых модернизированных видов перерабатывающих машин для плодов и овощей. Отметили важность универсальности такого оборудования, так как каждый отдельный вид плодов и овощей имеет свои физические особенности, характеризующиеся плотностью, вязкостью, влажностью, наличием волокон, косточек, зерен. (Цель исследования) Изучить протирочный процесс кабачков на разработанной установке вертикального типа. (Материалы и методы) Предложили улучшенную конструкцию протирочной машины: вертикальную установку с конусным шнеком внутри и ситовым барабаном. (Результаты и обсуждение) На основе проведенных расчетов определили толщину стенки корпуса, диаметр ячейки, параметры конуса и шнека, а также режимы работы машины. Установили высоту ситового барабана – 0,8 метра, диаметр – 0,4 метра, расстояние между вершиной конуса и барабаном – 0,15 метра. Изготовили конусный шнек с четырьмя рабочими витками. (Выводы) Обосновали минимальное число семян кабачка (100 штук) для последующего выбора диаметра ячеек барабана. Выявили критерии и ограничения для качественной протирки массы кабачков. Определили диаметр ячеек вертикальной протирочной установки, который составил от 0,0071 до 0,0093 метра.

Показали, что для развития молочных ферм необходимы технологии  быстрого  и неразрушающего  анализа качества молока. Отметили, что оптические методы не влияют на молочную продукцию. Подчеркнули, что модернизация доильных установок  проточным устройством  экспресс-анализа качества молока позволит обеспечить  ферму необходимой технологией. (Цель исследования) Изучить влияние проточного устройства  экспресс-анализа качества молока на поток молоковоздушной смеси,  протекающей в молочном шланге. (Материалы и методы)  Использовали имитационное моделирование в программе SolidWorks. Разработанное устройство,  как и имитационную модель, выполнили в цилиндрической геометрии для совместимости  с молочными шлангами диаметром 14 миллиметров. При измерении учитывали угловое  распределение света,  рассеянного  молоком, которое протекает внутри оптически прозрачной цилиндрической стеклянной трубки. На протекание потока молоковоздушной  смеси влияло только изменение внутреннего  диаметра молочных трубок. (Результаты и обсуждение) Отметили, что имитационная модель продемонстрировала увеличение скорости потока молоковоздушной смеси в областях перехода потока между молочным шлангом и штуцером (на меньший внутренний диаметр), а также между штуцером и измерительной камерой устройства (на больший внутренний диаметр). Зеркальный результат зафиксировали при выходе потока из измерительной камеры в штуцер и переходе из штуцера в молочный шланг. (Выводы) Выявили, что наличие устройства повышает среднюю скорость потока, равную 0,3-0,7  метра в секунду, на 14 процентов. Определили, что из-за неполного заполнения молочного шланга при доении разница скоростей потока молоковоздушной смеси до и после устройства  не оказывает негативного влияния на работу доильной установки. Доказали, что возможна модернизация доильной установки проточным устройством  экспресс анализа качества молока.

Проанализировали, что реверсивная сушка широко используется в деревообрабатывающей  промышленности, при сушке початков кукурузы, но для сушки семян трав и зерновых почти не применяется, что можно объяснить малоизученностью этого принципа. Отметили, что работу реверсивной сушилки характеризуют длительность односторонней продувки и допустимая температура агента сушки. Выявили, что повышение температуры агента сушки актуально для сушилок, предназначенных для обработки мелкосеменных культур, так как они работают на пониженных значениях температуры по сравнению с оборудованием  для зерновых. (Цель исследования) Определить эффективность реверсивной зерносушилки, заключающуюся  в снижении удельных  затрат и повышении производительности,  а также длительности односторонней продувки и допустимой  температуры агента сушки. (Материалы и методы) Определили основные параметры, характеризующие работу реверсивной зерносушилки: длительность и допустимую  температуру нагрева зерна при реверсивной сушке, а также показатели режима односторонней продувки и допустимую  температуру агента сушки. Выявили, что интенсификация процесса реверсивной сушки достигается повышенной температурой агента сушки по сравнению с сушкой при односторонней  продувке вследствие  более высокой допустимой  температуры нагрева семян. (Результаты и обсуждение) В ходе  хозяйственной проверки установили увеличение производительности и снижение удельных затрат теплоты при неравномерности сушки семян ниже нормативной. Подчеркнули, что повышение предельно допустимой температуры зерна примерно на 2 градуса Цельсия соответствует росту температуры агента сушки на 4-6 градусов и производительности сушилки на 10-12  процентов. (Выводы) Доказали эффективность реверсивной сушилки в сравнении с традиционной, заключающуюся в повышении производительности на 13 процентов и снижении удельных затрат теплоты на 10 процентов, при неравномерности сушки семян ниже нормативной. Установили,  что длительность односторонней продувки в реверсивной зерносушилке составила 0,3 часа. Определили, что предельная температура агента сушки при реверсе рассчитывается исходя из допустимой температуры семян, которая должна быть на 2-3 градуса выше предельно допустимой по сравнению с традиционной сушкой. По результатам исследования она составила 57 градусов Цельсия для семян райграса.