Представлены результаты анализа диссертационных исследований научной школы Южного Урала, посвященных процессу проектирования почвообрабатывающих машин и агрегатов с применением методов математического моделирования. (Цель исследования) Установить закономерности проектирования почвообрабатывающих машин и агрегатов и на этой основе спрогнозировать перспективы их совершенствования с использованием методов математического моделирования. (Материалы и методы) Проанализировали вопросы, связанные с построением математических моделей по результатам полевых испытаний почвообрабатывающих машин в различных почвенно-климатических условиях,  акцентировали внимание на принимаемых авторами оптимальных решений по конструированию, модернизации почвообрабатывающих машин и агрегатов. (Результаты и обсуждение) Показали, что процесс конструирования почвообрабатывающих машин проходил следующие этапы: эмпирическое конструирование, вычислительный эксперимент и применение системы автоматизированного проектирования. Отметили, что результатом развития инструментов научных исследований стало постепенное приближение получаемых математических моделей к реальным условиям работы почвообрабатывающих машин и агрегатов. Это позволило обеспечить заданный уровень показателей качества выполнения технологического процесса обработки почвы путем совершенствования и обоснования параметров почвообрабатывающих машин и разработать адаптивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур применительно к почвенно-климатическим условиям различных регионов. (Выводы) Подтвердили, что дальнейшие исследования в области применения Системы автоматизированного проектирования машин для решения инженерных задач, касающихся повышения качества обработки почвы с заданными параметрами, почвообрабатывающими машинами и агрегатами направлены на создание конструкций вибрационных рабочих органов; использование силы сжатого воздуха и электромагнитных полей; создание почвообрабатывающих машин с высокой степенью автоматизации настройки на заданные условия работы; разработку систем дистанционного контроля за процессом работы рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин.
Ключевые слова: почвообрабатывающие машины, отвальная система земледелия, математическое моделирование, система автоматизированного проектирования машин. 

Рассмотрели перспективную и эффективную картофелесортировку грохотного типа, входящую в состав механизированного комплекса для послеуборочной обработки и хранения картофеля. Подчеркнули актуальность разработки эффективных методик проектирования и расчета сортирующего устройства, разделяющего клубни картофеля на фракции по размерам. (Цель исследования) Усовершенствовать привод калибрующей машины путем модификации закономерностей движения решет для повышения эффективности ее функционирования. (Материалы и методы) Задействовали методы критического анализа теории механизмов и машин с целью проектирования оптимальной конструкции привода сортировки картофеля грохотного типа. Предложили использовать двухкулисный механизм привода решет. Для сравнения закономерностей движения решет грохота применили коэффициент эффективности, рассчитав его для двух вариантов привода. (Результаты и обсуждение) Доказали, что коэффициент эффективности решет в грохоте с двухкулисным механизмом привода равен 0,30-1,65, а в случае устройства с кривошипным приводом – 0,27-1,35. (Выводы) Рекомендовали использовать более низкую скорость приводного вала – 13,12-14,76 радиана в секунду, тогда как у кривошипного механизма привода угловая скорость кривошипа составляет 20 радиан в секунду. Углы установки решет следует выбирать в интервале 6-8 градусов.

Показали, что постоянное использование горных лугов и пастбищ приводит к деградации почвы и истощению травостоя. Отметили, что подсев семян трав на изреженный травостой в горах повышает урожайность и питательную ценность лугов и пастбищ. Выявили отсутствие малогабаритных маневренных агрегатов, способных подсевать семена трав на изреженный травостой в горах. (Цель исследования) Разработать и изготовить лабораторный образец блок-модуля на базе мини-трактора Feng Shou 180 для поверхностного подсева семян трав, обеспечивающего ускоренное повышение урожайности многолетних трав и устойчивость почв к водной и ветровой эрозии (Материалы и методы) Обосновали технологию и создали лабораторный образец блок-модуля для высева семян бобовых и злаковых трав. Испытания данного агрегата и технологии проводили в горной зоне Республики Северная Осетия – Алания на высоте 1540 метров над уровнем моря. Травы подсевали на изреженном участке северного склона крутизной 13-16 градусов в местности «Сугсадтанраг». Провели техническую экспертизу агрегата согласно агротехническим требованиям и техническому заданию. Поверхностное внесение семян трав осуществляли согласно нормам. (Результаты и обсуждение) Изготовили лабораторный образец блок-модуля на базе мини-трактора Feng Shou 180 для поверхностного подсева семян трав. Установили, что лабораторный образец агрегата соответствует агротехническим требованиям и техническому заданию. (Выводы) Выявили, что уже на второй год после применения агрегата урожай травостоя увеличился на 90-170 процентов, изменился ботанический состав, что повлияло на качество корма. Обосновали целесообразность применения разработанного блок-модуля на горных лугах и пастбищах с уклоном до 16 градусов.

Отметили наличие проблемы в животноводстве с автоматизированной диагностикой физиологического состояния молочных коров, в том числе заболевания кетозом. Решили выявить возможность ежедневной диагностики физиологического состояния животных автоматическим бесконтактным способом. (Цель исследования) Разработать алгоритм комплексной оперативной диагностики физиологического состояния молочных коров по их живой массе и упитанности. (Материалы и методы) Натурные данные собирали в 2021-2022 годах на фермах хозяйств «Григорьевское» (Ярославская область), «Истринская сыроварня» и «Совхоз имени Ленина» (Московская область). Использовали коммерческую 3D ToF-камеру (Time-of-flight) O3D303, способную рассчитывать и выводить пространство точек (Point Cloud) в виде многомерного массива. В программе использовали 144 снимка, 136 из них прошли этап фильтрации, в 6 снимках не обнаружены области интересов, так как изображения имели высокую шумовую нагрузку, не был виден крестец. Исследовали 62 коровы. (Результаты и обсуждение) Доказали репрезентативность выборки и результатов: коэффициент корреляции Пирсона равен 0,849, что показывает сильную линейную зависимость между упитанностью и живой массой. Определили, что у 24 процентов коров балл упитанности был меньше нижней границы нормы. Составили алгоритм, помогающий ветеринарам в определение животных, которым нужен дополнительный осмотр. (Выводы) Выявили, что разработанный алгоритм помогает оперативно определять нарушения физиологического состояния молочных коров и в автоматическом режиме диагностировать заболевания на ранней стадии, без дополнительных трудозатрат и расходов на проведение анализов. 

Отметили, что для раннего выявления подострого ацидоза рубца может использоваться метод, основанный на постоянном контроле за уровнем кислотности рубцового содержимого с помощью беспроводных датчиков pH. Основными требованиями к таким устройствам являются надежная работа и точность измерения. (Цель исследования) Определить функциональность и точность датчиков eBolus (США) и BoviSan (Россия, ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) в течение заявленного срока службы 150 дней. (Материалы и методы) Трем дойным коровам с фистулой рубца на 154 дня вводили по два болюса от каждого производителя. В первый день измерений болюсы после активации и калибровки выдерживали последовательно в буферных растворах с pH 4 и pH 7 при регулируемой температуре (39 градусов Цельсия) не менее 2 часов. Через каждые 14 дней болюсы извлекались из рубца и повторно тестировались в буферных растворах. (Результаты и обсуждение) Средний срок службы eBolus составил 82 дня (от 28 до 126 дней). В сравнении с ними болюсы BoviSan регистрировали pH в течение всего заявленного срока службы. Доверительный интервал 95% средней разницы рН для болюсов eBolus (от –0,02 до 0,19) не показал систематической ошибки. У BoviSan доверительный интервал средней разницы предполагает систематическое отрицательное смещение pH (от –0,33 до –0,25). (Выводы) Для реального использования болюсы eBolus должны работать более надежно, а болюсы BoviSan должны обеспечивать более высокую точность измерения.  

Отметили междисциплинарность светокультуры как области знания, необходимость привлечения различных разделов технических наук в практических приемах выращивания растений в искусственных условиях. Показали, что на современном этапе целесообразно говорить об энергоэкологии светокультуры как комплексном научном направлении, основанном на учете потоков субстанции, формирующих энергетические и экологические показатели искусственной агроэкосистемы. (Цель исследования) Разработать экспериментальный лабораторный фитотрон, предназначенный для исследований по энергоэкологии светокультуры, провести его биологическое тестирование. (Материалы и методы) С позиции логико-семантического подхода обосновали суть термина «энергоэкологичность» как конъюкции его составляющих – энергоэффективности и экологичности. Изложили теоретические основы энергоэкологического подхода в светокультуре, определяющие особенности проведения экспериментальных исследований. Сформулировали требования, предъявляемые к техническим средствам проведения экспериментов. Описали устройство фитотрона и принципы его работы. Биологическое тестирование проводили на растениях томата (Lycopersicum Esculentum Mill.) сорта Благовест F1 в рассадной фазе развития. Определяли отклик растений на изменение факторов световой среды: фотопериода (нормальный и удлиненный),  спектра (с добавкой синего и контрольный) и уровня облученности (низкий, средний и высокий). (Результаты и обсуждение) В варьируемых условиях световой среды  энергоэкологичность изменялась в диапазоне от 0,075 грамма на моль (при контрольном спектре, удлиненном фотопериоде и высокой облученности) до 0,138 грамма на моль (при спектре с добавкой синего, нормальном фотопериоде и средней облученности). (Выводы) Разработали экспериментальный лабораторный фитотрон для изучения энергоэкологии светокультуры. Реализовали возможность управлять облучением в зависимости массы растений. Установка обеспечивает удобный доступ к растениям, компактна, эргономична и обладает повышенной функциональностью.  

Рассмотрели технологические аспекты и приемы приготовления льняной тресты при раздельном способе уборки льна-долгунца. Данная технология позволяет продлить созревание семян на корню. Показали, что за время вылежки льносоломы в виде лент неочесанных стеблей семена в коробочках подсыхают и дозревают естественным образом. Это позволяет снизить расход топливных ресурсов в сравнении с традиционной схемой, получить качественное волокно и пригодные для посева семена. (Цель исследования) Оценить качество льносырья на этапе приготовления тресты. (Материалы и методы) Изучили процессы и технические средства при уборке льна-долгунца в соответствии с нормативной документацией на этапах выдергивания, вылежки, оборачивания, подбора и очесывания стеблей. (Результаты и обсуждение) Определены показатели биологической урожайности тресты и семян в процессе приготовления льнотресты. При различной норме высева семян урожайность тресты достигала 23,1-24,8 центнера на 1 гектар и сроке вылежки 14 дней, а также 20,8-22,2 центнера на 1 гектар на 21-й день. Согласно исследованиям средняя урожайность при различных условиях уборки составляет 20-30 центнеров с 1 гектара. Урожайность льносемян от 2,9 до 4,1 центнера с 1 гектара при разных сроках вылежки можно считать вполне допустимой. Растянутость ленты после оборачивания возрастала по сравнению с исходной при скорости комбайна 5,3 и 7,8 километра в 1 час, не превышая допустимого значения. При скорости 9,6 километра в 1 час агротехнические требования нарушались. (Выводы) Раздельная уборка льна эффективна при вылежке льносырья в течение трех недель. При оборачивании неочесанных лент рабочая скорость не должна превышать 9 километров в 1 час.

Показали, что переход на новый низкотемпературный способ конвективной сушки зерна сокращает затраты. Подтвердили, что его внедрение потребовало расширения диапазона генерируемых температур топочным агрегатом ТБМ-1,7, которым оборудована шахтная сушилка СЗШ-16А. Отметили, что форсунка топочного агрегата в заводском исполнении стабильно работает только при расходе топлива 40-100 килограммов в час, при этом температура подогрева воздуха составляет 50-130 градусов Цельсия. (Цель исследования) Определить оптимальные параметры жиклеров для стабильной работы форсунки топочного агрегата ТБМ-1,7 на жидком топливе в расширенном температурном диапазоне подогрева воздуха 15-130 градусов Цельсия. (Материалы и методы) На форсунке горелки топочного агрегата ТБМ-1,7 исследовали конструкции четырех типов стальных жиклеров, которые различались количеством отверстий, их длиной, диаметром, наличием или отсутствием резьбы. Всего в эксперименте изучили работу 160 жиклеров. (Результаты и обсуждение) Выявили, что стабильная работа форсунки обеспечена только жиклерами с резьбовыми отверстиями, оптимальная длина которых составляет 4 миллиметра. Температуру подогрева воздуха в диапазоне 15-25 градусов Цельсия обеспечил тип жиклера с четырьмя отверстиями М3, а 25-40 градусов – тип жиклера с тремя отверстиями М4. (Выводы)Определили, что при использовании жиклеров с гладкими отверстиями, вне зависимости от их типов, горение топлива не происходит. Установили, что сокращение расхода топлива на процесс сушки после перехода на новый низкотемпературный конвективный способ позволило в опытном хозяйстве в уборочную компанию 2022 г. сэкономить 300 тысяч рублей. 

Реферат. Отметили, что рабочая температура узла трансмиссии влияет на показатели его надежности и может служить диагностическим критерием. С целью учета влияния на диагностическую температуру узла температуры воздуха, нагрева от солнечной радиации и смежных тепловыделяющих объектов предложили диагностировать техническое состояние по величине температуры в зоне трения. (Цель исследования) Обеспечить контролепригодность подшипникового узла на основе изучения термонагруженности. (Материалы и методы) Использовали результаты расчета номинальной и эксплуатационной нагруженности заднего вала отбора мощности трактора Беларус-82.1. Применили трехмерное моделирование и конечно-элементный анализ распределения температуры в условиях стационарной теплопроводности. Для поиска функциональной зависимости между температурой в зоне трения и диагностической температурой задействовали метод конечно-элементного анализа в условиях стационарной теплопроводности. (Результаты и обсуждение) Для подшипника редуктора вала отбора мощности 60310А определили максимальные нагрузочные режимы и температуры в зоне трения при агрегатировании с различными сельхозмашинами: садовой фрезой ФС-2,0У (540 оборотов в минуту) – 4300 Ньютонов и 2,4 градусов Цельсия; оросительным насосом Rovatti T3K80/90/2 (540) – 4126 и 40,7; разбрасывателем органических удобрений РОУ-6 (1000) – 956 и 13,0; косилкой-плющилкой КПРН-3,0А (1000) – 2615 Ньютонов и 36,6 градусов Цельсия. Установили диагностический критерий – предельную температуру в зоне трения, которая равна: при частоте вращения коленчатого вала двигателя 540 оборотов в минуту – 41,7 градуса Цельсия, при 1000 оборотах в минуту – 31 градус Цельсия. (Выводы) Поскольку непосредственное измерение температуры в зоне трения практически невозможно без изменения конструкции подшипников, предложили определять диагностическую температуру на поверхности узла, применимой для монтажа датчика температуры. Определили коэффициент пропорциональности конечно-элементной модели, равный 0,53. С целью практической реализации диагностирования в автоматическом режиме разработали алгоритм цифрового регистратора неисправности трансмиссии. Изготовили его конструкцию на базе программируемого микроконтроллера ATmega328 и датчиков температуры TMP36. Установили, что цифровой регистратор неисправности трансмиссии обеспечивает автоматический контроль до семи разных узлов трансмиссии одновременно с учетом температуры окружающего воздуха.

Реферат. Показали, что имитационное моделирование физических процессов дает возможность изучить взаимодействие почворежущих деталей с почвой в течении 2-6 часов наблюдений, когда требуется сжатие временной шкалы на создание новой конструкции. (Цель исследования) Разработать модели трибологического процесса абразивного износа почворежущих деталей на основе совмещения имитационного нагружения поверхностей трения с параметрами силовых эквивалентов реальных почв при последующей эксплуатации. (Материалы и методы) Применили метод имитационного нагружения. На примере плоских эпюр нагружения использовали метод сопоставления силовых эквивалентов имитационного и реального нагружения поверхностей трения почворежущей детали. Описали особенности нестандартного лабораторного оборудования, обеспечивающего построение эпюр нормальных давлений по поверхностям трения. В качестве опытного образца исследовали прямой клин-рыхлитель. (Результаты и обсуждение) Установили эпюры нагружения поверхности трения при изменении углов рыхления, при этом площадь эпюры давления изменялась от 2000 до 12 000 квадратных миллиметров. Определили величины силовых эквивалентов, действующих со стороны реальных почв предполагаемых зон эксплуатации. Отметили, что совмещение характеристик имитационного нагружения рабочих органов с параметрами силовых эквивалентов реальных почв позволяет прогнозировать надежность и срок службы создаваемых конструкций почворежущих деталей. (Выводы) Установили, что полученная модель триболотического процесса абразивного износа почворежущих деталей обеспечивает совмещение результатов имитационного нагружения с величинами силовых эквивалентов реальных почв, позволяющее при этом сократить сроки создания новых конструкций деталей в пределах 0,5-1 года и с нормативными показателями надежности и качества выполнения технологического процесса.

Реферат. Отметили негативные стороны загрязнения рабочих поверхностей сельскохозяйственной техники. Описали существующее современное оборудование для ее очистки. (Цель исследования) Разработать систему очистки машин, оборудования и инструмента в полевых условиях с помощью мобильного генератора пара, способного обеспечить давление 5 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 150 градусов Цельсия и работать на биотопливе (дровах, чурках, соломе и других отходах сельскохозяйственного производства). (Материалы и методы) Описали алгоритм работы парогенератора. Представили его основные технические характеристики, схему устройства. Теоретически рассчитали расход воздуха для систем постоянной и регулируемой подачи воздуха. (Результаты и обсуждение) Установили, что при одной загрузке 8 килограммов биотоплива и 6 литров воды время активной выработки пара составляет 20-25 минут. Генератор пара оснастили двумя системами подачи воздуха в топку, предохранительным клапаном сброса пара при избыточном давлении. В котел встроили пароперегреватель, обеспечивающий необходимые характеристики пара на выходе из котла. (Выводы) Выявили преимущества разработанного генератора пара: мобильность, использование биотоплива, непрерывная подача перегретого пара на одной загрузке в течение 20-25 минут. Заключили, что новая установка предназначена для продолжительной работы и способна не только разморозить и обработать примерзший навозоуборочный транспортер, тележку и разбрасыватель навоза, рабочие органы погрузчиков, но и разогреть более крупную сельхозтехнику. Она пригодна также для санобработки посевного уборочного и животноводческого оборудования в полевых условиях.

Реферат. В селекционно-семеноводческом процессе создания и размножения новых сортов зерновых культур особое место в сравнении с посевом семенами занимает технология посева колосьями, обеспечивающая сортовую чистоту с высокой гарантией. (Цель исследования) Разработать экспериментальный образец однорядной сеялки с диско-кассетным высевающим устройством для посева зерновых колосовых культур колосьями в селекционных и семеноводческих питомниках, определить параметры высевающего устройства и агротехнические показатели выполнения технологического процесса. (Материалы и методы) Предложили схему однорядной селекционной сеялки для посева колосьями с диско-кассетным высевающим устройством. Выполнили расчеты и определили параметры диско-кассетного высевающего устройства. Разработали методику лабораторно-полевых испытаний экспериментального образца. (Результаты и обсуждение) Разработали и изготовили экспериментальный образец однорядной колосовой сеялки. Проверили работу диско-кассетного высевающего устройства. Провели лабораторно-полевые испытания экспериментального образца сеялки на посеве озимой пшеницы сорта Ивита. Определили основные агротехнические показатели выполнения технологического процесса посева колосьями. (Выводы) Установили рациональные параметры диско-кассетного высевающего устройства: диаметр диска – 27 сантиметров; средний диаметр окружности, вдоль которой расположены отверстия под ячейки для высеваемого материала, – 21 сантиметр; количество ячеек – 16; внутренний диаметр ячеек – 3 сантиметра; длина ячеек – 15 сантиметров. Вывели формулу зависимости плотности высева колосьев от конструкционных параметров сеялки. Получили в полевых условиях ряд значений агротехнических показателей выполнения технологического процесса экспериментальным образцом: расстояние между колосьями в полосе высева составило 29,5 и 30,8 сантиметров для установочных значений глубины хода сошника 3,5 и 5 сантиметров соответственно. Показали, что средняя фактическая глубина борозды составила 3 и 4 сантиметра соответственно, ширина дна борозды – 6 сантиметров.