Статья: Исследование распределения давления на лопатки ротационного рыхлителя почвы путем имитационного моделирования (2025)

Отметили; что посев семян в ленте (жгуте) является непростой для решения задачей с точки зрения меха­низации и возможности контроля качества выполнения процесса. В каждом рассмотренном изобретении применяемые конструктивно-технологические решения направлены на реализацию положительного эффекта. (Цель исследования) Проследить предпосылки появления и совершенствования агрегатируемых сеялок для посева семян в ленте; их конструк­тивные особенности и элементную базу (Материалы и методы) Работа выполнена на основе историко-аналитического метода. Исследовались публикации в научных печатных источниках; документы патентных баз Espacenet; Федерального института промышленной собственности; системы «База патентов СССР» и фотоматериалы. (Результаты и обсужде­ние ) Приведена информация о появлении первых устройств для посева семян с применением лент. Выявлены типовые конструктивные решения и технологии посева семян в ленте; предложенные в разных странах. (Выводы) Проведен обзор известных на настоящий момент изобретений и определен ряд конструктивно-технологических решений; которые могут быть перспективными при разработке новых машин этого типа. В частности; отмечены применение лентопроводящих элементов; минимизирующих частоту обрывов ленты и повреждение семян; устройства сигнализации обрыва ленты; контроля ее допустимого натяжения и др.; универсальность лентопроводящей системы; позволяющая использовать лен­ту различных видов и типоразмеров; применение в конструкции сеялки почвообрабатывающих рабочих органов; диско­во-анкерного сошника для создания ровной уплотненной полосы-ложа для семенной ленты; оборудование сеялки систе­мой локального полива для ускорения прорастания семян и процессов биоразложения ленточного носителя.

На российском рынке в последние годы появилось много новой сельскохозяйственной техники; в частности тракторов из КНР. Для определения их эксплуатационных свойств необходимы статистические данные о надежности; теоретические и полевые исследования; сертификационные испытания на государственных машиноиспытательных стан­циях. (Цель исследования) Анализ российского рынка сельскохозяйственной техники; в том числе китайских произво­дителей; технико-экономических и эксплуатационных свойств тракторов с использованием скоростных характеристик двигателей. Оценка влияния площади опорной поверхности колес на касательную силу тяги и тяговые показатели трак­тора. (Материалы и методы) На основе ранее выполненных теоретических исследований проведено сравнение эксплуа­тационных свойств различных тракторов китайских компаний с тракторами белорусского производства. Исследование и анализ эксплуатационных свойств тракторов Беларус 2122.3 и Zoomlion PL2304 с культиватором ИМТ 616.16 проводили во время полевых испытаний. Для этого использовали расчетный; расчетно-конструктивный; экономико-математический метод; а также сравнения; измерения; описания. (Результаты и обсуждение) Определены эксплуатационные свойства агрегатов и влияние на них скоростных характеристик двигателей; влияние размерности ходовых колес на реализацию тяговых свойств тракторов. На основании сравнительных расчетов можно сделать выводы об эффективности использо­вания трактора. (Выводы) Технико-экономические показатели трактора Zoomlion PL2304 (эксплуатационная масса; мощ­ность двигателя; энергонасыщенность; масса балластных грузов; удельный расход топлива; диапазон рабочих передач коробки переключения) позволяют более эффективно реализовать основные эксплуатационные свойства - производи­тельность и расход топлива.

Аэрофотосъемка для сельского хозяйства стала важным инструментом; позволяющим фермерам и агрономам получать актуальную информацию о состоянии сельскохозяйственных угодий. (Цель исследования) Выполнить ретро­спективный анализ совершенствования технологии аэрофотосъемки сельскохозяйственных угодий для формирования периодизации развития аэрофотосъемочного оборудования и воссоздания целостной картины их эволюции. (Материалы и методы) Выполнили систематический обзор литературы с помощью историко-аналитического метода. Изучили ориги­нальные работы отечественных и зарубежных авторов: монографии; научные журналы; материалы конференций; экспо­зиции музеев; фотоматериалы и исходный код программного обеспечения в открытом доступе. (Результаты и обсужде­ние ) Выделено четыре основных этапа в развитии аэрофотосъемочного оборудования. Периодизация основана на измене­нии типа камер и летательных аппаратов; на которые они устанавливались. Проведено сравнение аэрофотоаппаратов для аэрофотосъемки; начиная с камер; использующих мокрые коллодиевые пластины; до современных цифровых аэрофото­аппаратов; устанавливаемых на беспилотные воздушные суда. (Выводы) Процесс разработки и создания аппаратуры для аэрофотосъемки сельскохозяйственных земель происходил скачкообразно. В настоящее время актуально использовать беспилотные воздушные суда с камерами видимого диапазона и мультиспектральными камерами при аэрофотосъемке сельскохозяйственных угодий. Предположили; что дальнейшее развитие цифровых камер для аэрофотосъемки будет на­правлено на повышение пространственного разрешения; их гибридизацию и интеллектуализацию.

Тракторы К-700А и К-701 семейства «Кировец» производства ПО «Кировский завод» уже более пятидесяти лет используются в сельском хозяйстве и их эффективная эксплуатация была бы невозможна без созданной ремонтно-обслу­живающей базы; разработанной нормативно-технической документации; оборудования для технического обслуживания и ремонта. (Цель исследования) Провести анализ разработок и производственного опыта Целинного филиала ГОСНИТИ по повышению эффективности сервисного обслуживания энергонасыщенных тракторов; полученных при создании ре­монтно-обслуживающей базы тракторов К-700А и К-701. (Материалы и методы) Провели анализ разработанной нор­мативно-технической документации и оборудования для организации ремонта. Созданная на их основе ремонтно-обслу­живающая база для тракторов «Кировец» позволила обеспечить требуемый уровень готовности; сохранить показатели надежности. (Результаты и обсуждение) Показали; что созданная ремонтно-обслуживающая база соответствовала за­просам времени и обеспечивала высокие технико-экономические показатели эффективности в соответствии с действу­ющими ГОСТ. Существенно уменьшались затраты времени и материальных средств на поиск причинно-следственных связей параметров и условий работы тракторов; влияющих на эксплуатационную надежность; зависящую от условий эксплуатации; полноты проведенных регламентных работ по сервисному обслуживанию; оценки качества проведенного ремонта; входного контроля качества новых и восстановленных запасных частей. (Выводы) Опыт работы Целинного фи­лиала ГОСНИТИ показал; что комплексный государственный подход при реализации крупных проектов доказывает свою экономическую эффективность; которая составила в 1980-е годы 1;5-4;4 рублей прибыли на один рубль вложений госу­дарства. Итогом такого подхода явилась разработка более 75 результатов опытно-конструкторских работ и их серийное или индивидуальное внедрение; позволившее совершенствовать ремонтно-обслуживающую базу на более чем 100 тысяч ремонтов в год; что в настоящее время имеет особую актуальность для обеспечения продовольственной безопасности РФ.

На основе литературного анализа выявили; что распределение воздушных потоков и температуры внутри поме­щения зависит от нескольких основных факторов: особенностей конструкции здания; внешних климатических условий; внутренних источников теплоты и работы системы вентиляции. Показали; что в животноводческих зданиях возникает температурный градиент по высоте помещения; который может достигать 6 градусов Цельсия и более. Провели оцен­ку возможного изменения температуры воздуха по высоте для различных животноводческих помещений. Установили; что применение потолочных вентиляторов позволит более равномерно распределять воздух; обеспечить нормативную скорость движения воздуха в рабочей зоне; снизить содержания вредных газов; микроорганизмов в местах нахождения животных. (Цель исследования) Разработать рекомендации по выбору потолочных вентиляторов в помещениях сельско­хозяйственного назначения для выравнивания температуры воздуха по высоте и равномерного распределения приточно­го воздуха с учетом нормирования скорости движения воздушных масс в местах расположения животных. (Материалы и методы) Изучили возможные подходы и модели описания распространения компактных струй и приточных струй от осевых потолочных вентиляторов. (Результаты и обсуждение) Показали область возможного варьирования производи­тельности потолочных вентиляторов при обеспечении нормативной подвижности воздушной среды в зоне нахождения животных в зависимости от высоты подвеса и диаметра лопастей вентилятора. Привели общие аналитические выраже­ния для описания модели распространения компактных свободных и стесненных воздушных струй. Показан характер распространения компактных стесненных воздушных струй для помещений с наиболее характерной высотой зданий. (Выводы). Полученное аналитическое выражение связывает параметры потолочного вентилятора и характеристику воз­душной струи с учетом нормативных значений скорости движения воздуха в рабочей зоне. Приведены расчетные зави­симости и рекомендации по определению количества потолочных вентиляторов для выравнивания температуры воздуха по высоте помещения.

Отмечено; что при использовании рабочих органов плоскорежущего типа важно учитывать изменение сопро­тивления разрыву почвы в зависимости от ее относительной влажности; изменение сопротивления резанию ножами с ромбическим поперечным сечением и сопротивления резанию в зависимости от числа плоскостей резания. Работа по­священа аналитическому исследованию влияния угла заточки ножа на удельное сопротивление резанию плодородного слоя почвы. (Цель исследования) Изучение процесса разрушения слоя почвы рабочими органами плоскорежущего типа. (Материалы и методы) Предложен новый почвообрабатывающий орган; проведены его предварительные теоретические исследования. Методика опыта предусматривает измерение только вертикальной составляющей давления пласта почвы на рабочий орган. При этом боковые стойки; удерживающие нож; перемещаются по заранее подготовленным направля­ющим. (Результаты и обсуждение) Научная новизна исследований заключается в использовании зависимостей; которые отражают взаимосвязь параметров и режимов функционирования нового рабочего органа в процессе взаимодействия его c почвой. Предложена методика инженерного расчета рабочего органа при взаимодействии его с почвой. При ширине зуба на плоскорежущем рабочем органе 5 сантиметров и длине 7 сантиметров наименьшее сопротивление на тяжелом суглинке будет получено при отношении ширины зуба на рабочем органе к расстоянию между зубьями 2-3;5. (Выводы) Установлено; что длину зубьев следует задавать приблизительно равной расстоянию между зубьями. Определено влияние заточки на техническое состояние рабочих органов на производительность агрегата в целом. Приведены аналитические данные; которые позволяют сделать вывод; что для ножей с большой шириной захвата выгоднее увеличивать глубину ре­зания; так как удельное сопротивление резанию при этом уменьшается.

В рамках реализации энергосберегающей технологии выращивания зерновых культур этапы подготовки почвы и посева наиболее важны. В связи с этим актуальная задача состоит в повышении эффективности посевных машин. (Цель исследования) Разработка физического прототипа сеялки; конструкция которой позволит при максимальном упрощении по сравнению с аналогами снизить металлоемкость; повысить технологичность; обеспечить наилучшие условия роста культур. (Материалы и методы) Конструкторское решение при создании электронной модели (цифрового двойника) сеялки и ее физического прототипа базировалось на использовании методов системного анализа; математического моде­лирования; планирования эксперимента. Эксперименты выполнены с применением сертифицированного оборудования в полевых и лабораторных условиях. (Результаты и обсуждение) Сеялка представляет собой закрепленный на раме бункер для семян с высевающими аппаратами и семяпроводами. Семена подаются сквозь полые оси вращения режущих дисков сферической формы. Диски закреплены на раме; обращены к поверхности почвы вогнутой частью и расположены к ней под углом; а также под углом к направлению движения с возможностью регулирования угла наклона от 0 до 90 градусов. В одном ряду наклон дисков одинаковый; в соседнем противоположный; при этом диски второго ряда в перпендикуляр­ном направлении смещены относительно дисков первого ряда. Режущие диски третьего ряда смещены относительно дисков первого и второго рядов в перпендикулярном направлении на разный шаг; перекрывая зоны обработки почвы и исключая необрабатываемые пропуски. За третьим рядом дисков установлены разрыхлители в виде вертикальных сфе­рических дисков с чередованием зубцов и пазов по режущей кромке. Разрыхлители расположены парами над каждым ре­жущим диском с противоположным углом атаки; слева и справа относительно направления движения сеялки. (Выводы) Предложенное решение позволяет применять тракторы меньшего класса с меньшим расходом топлива для скоростного сплошного посева зерновых; бобовых и масличных культур; многолетних трав.

Для выполнения технологии посева на втором этапе селекции; сортоиспытания и первичного семеноводства зер­новых; зернобобовых и других культур обычно применяют кассетные селекционные сеялки с порционными высевающими аппаратами конусного типа. (Цель исследования) Дать обзор известных селекционных сеялок на базе самоходного шасси для второго этапа работ с кассетным загрузочным устройством и предложить усовершенствованный вариант селекцион­ной сеялки на основе роботизации процесса подачи семян зерновых; зернобобовых и других культур к порционному высе­вающему аппарату. (Материалы и методы) Дали краткий обзор кассетных сеялок на базе самоходного шасси. Обосновали конструктивно-технологические параметры и разработали сеялку для второго этапа селекционных работ с роботизирован­ным кассетным загрузочным устройством в соответствии с ГОСТ Р 60.0.0.4-2023/ИСО 8373:2021 и ОСТ 46 73-78. Провели лабораторные исследования экспериментального образца сеялки с роботизированным кассетным загрузочным устрой­ством. (Результаты и обсуждение) Отметили некоторые конструктивные особенности кассетных селекционных сеялок на базе самоходного шасси; в частности; сеялок СКС-6-10 и СССэ-6. Предложили техническое решение в направлении робо­тизации кассетного устройства для загрузки селекционных сеялок; сокращающее применение ручного труда. Разработали конструкцию устройства; ее особенности в том; что блоки кассет с высеваемым материалом расположены на вращающейся платформе; а перемещение кассет к высевающим аппаратам происходит с помощью актуатора. Представили схему и алго­ритм работы роботизированного кассетного загрузочного устройства карусельного типа. (Выводы) Применение роботизи­рованного кассетного загрузочного устройства карусельного типа взамен кассетного загрузочного устройства на кассетной селекционной сеялке создает предпосылки для повышения производительности выполнения основной операции посева за час сменного времени до 20% и снижения трудоемкости выполнения операции высева.

В зерне маша комбайнового сбора содержится много посторонных примесей; в том числе мелкие и недозре­лые зерна. По этой причине зерно необходимо очищать и сортировать по размерам. Разработанное сортировочное сито цилиндрического типа с винтовым распределителем внутри должно быть снабжено дозирующим устройством; чтобы исходный материал из бункера поступал на сортировку в соответствии с режимом работы сортировочного сита. (Цель исследования) Разработать теоретические предпосылки синхронизации режимов работы дозирующего устройства ло­пастного типа и сортировочного сита для очистки от сорных примесей и разделения на фракции зерен маша комбайново­го сбора. (Материалы и методы) Подача сыпучего материала дозирующим устройством всегда происходит порционно. Установленный на сортировочном сите винтовой распределитель также имеет порционный принцип действия. На этом основании возникает необходимость синхронизации их взаимодействия. (Результаты и обсуждение) Основными харак­теристиками работы лопастного дозатора являются производительность и коэффициент заполнения. Установлено; что коэффициент заполнения дозатора можно приравнять к максимально возможному значению; которое определяется кон­структивными параметрами; поскольку сортировочное сито работает с небольшой частотой вращения. Для синхронной работы дозатора с сортировочным ситом их производительности должны быть равны; а также необходимо обеспечить взаимную кратность частот их вращения. Высокий коэффициент кратности частоты вращения дозатора к частоте враще­ния сортировочного сита с винтовым распределителем вынуждает увеличивать частоту вращения дозатора; что приводит к повышению потребления энергии и повреждению дозируемого материала. С увеличением количества лопастей дозато­ра снижается необходимая частота его вращения. Частоте вращения дозатора; равной 6 об/мин; соответствует наружный радиус дозатора 59;6 мм; а при 4 об/мин радиус дозатора равен 71;9 мм. В первом случае для синхронной работы дозато­ра с сортировочным ситом коэффициент кратности должен быть равен 3; во втором случае - 2. Практические значения наружного радиуса дозирующего аппарата будут выбраны по результатам экспериментальных исследований с условием обеспечения синхронности. (Выводы) Для эффективной очистки и сортировки зерен маша комбайнового сбора цилин­дрическое сортировочное сито должно снабжаться дозатором; подающим исходный материал из бункера в соответствии с режимом работы сита. Порционный характер работы сортировочного сита с винтовым распределителем внутри и доза­тора лопастного типа позволяет установить условие синхронизации их взаимодействия. С целью снижения потребления энергии и повреждения зерна дозатором необходимо применять более низкие коэффициенты кратности частоты враще­ния дозатора к частоте вращения цилиндрического сортировочного сита.

Отмечен рост спроса на растительный белок в комбикормовой промышленности. Ожидается; что сырье; полу­ченное из зерновых бобовых растений; в частности сои; одной из самых высокобелковых культур; займет центральное место как источник кормового протеина. В результате аналитических исследований определены ключевые направления для разработки проекта универсальной комбикормовой линии производства высокобелковых ингредиентов из соевого шрота. С целью повышения биологической ценности и усвояемости белка экструдированный соевый шрот подвергается ферментативному гидролизу в горизонтальном смесителе непрерывного действия. Представлено теоретическое описание процесса перемещения материала шнековым рабочим органом в гидролитической камере. (Цель исследования) Провести силовой анализ движения материала в горизонтальном смесителе шнекового типа для выбора оптимальных конструк­тивных и режимных параметров гидролитической камеры. (Материалы и методы) Рассмотрена система сил; которые действуют на частицу материала; опирающуюся на винтовую поверхность горизонтального шнека и прижатую к стенке кожуха. (Результаты и обсуждение) В результате проекции всех активных сил; действующих на частицу материала; и ус­ловно приложенных к ней сил инерции получили систему уравнений. Установили; что мощность; необходимая на привод вала шнека; будет зависеть от состояния поверхностей винта шнека и кожуха; массы частицы; геометрических парамет­ров шнека; полярных координат; характеризующих расположение частицы в шнеке; а также кинематических параметров переносного вращения шнека. (Выводы) Заключили; что разработанное математическое описание процесса движения; которое учитывает физико-механические свойства и геометрию потока материала; позволит при проектировании выбрать оптимальные конструктивные и режимные параметры смесителя для эффективной транспортировки материалов.

Отмечено; что на рынке семенного материала овощных культур доля российских сортов снижается. Во многом такая ситуация обусловлена отставанием в технологическом уровне и технической оснащенности большинства учреждений-оригинаторов российских сортов от зарубежных селекционно-семеноводческих центров и компаний. (Цель исследо­вания ) Инженерное обеспечение технологии инновационного получения семян овощных культур и картофеля с автомати­ческой фиксацией и поддержанием технологических параметров и показателей качества хранения. (Материалы и методы) Для разработки автоматической системы контроля и управления процессом закладки биологических объектов на хране­ние необходимо определить основные требования к процессу электрофизического воздействия (ультрафиолетовое излу­чение) на семенной материал; а также параметры технологических режимов. (Результаты и обсуждение) Разработана; изготовлена и проходит лабораторные испытания экспериментальная установка электрофизического воздействия на по­казатели качества хранения. Автоматическая система контроля за рабочим процессом с ориентирующим модулем должна обеспечивать: изменение и поддержание поступательной скорости движения обрабатываемой продукции; а также возмож­ность изменения режима электрофизического воздействия в зависимости от фактической подачи и физико-механических свойств вороха; технологических параметров клубней и работы ориентирующего модуля. Регулируемая сила фототока УФ-воздействия задается и контролируется автоматически посредством бортового компьютера. (Выводы) Разработанная автоматическая система контроля и управления процессом закладки биологических объектов на хранение позволяет эф­фективно регулировать параметры УФ-воздействия; такие как интенсивность излучения и время облучения; в зависимости от физико-механических свойств продукции и технологических параметров работы установки. Различные способы дезин­фекции камер хранения; в частности озонирование; обработка газообразным диоксидом хлора и УФ-облучение; позволяют снизить микробиологическую порчу продукции. Исследования подтвердили; что применение УФ-воздействия в сочетании с автоматической системой контроля и управления технологическими параметрами позволяет значительно улучшить каче­ство хранения овощных культур и картофеля; особенно при повышенных температурах.

К основным причинам усиления антропогенного воздействия на окружающую среду относится интенсифика­ция сельскохозяйственного производства; в частности наращивание мощностей на предприятиях; производящих продук­цию растениеводства. Одним из подходов митигации экологических рисков является частичный переход к органическим видам хозяйствования. Однако для устойчивого развития органического производства в РФ требуется создать наукоемкую среду для интеграции последних достижений в биологических; инженерных и цифровых науках с целью формирования методов для проектирования технологий органического производства продукции растениеводства. (Цель исследования) Теоретические исследования по разработке методов проектирования машинных технологий органического производства продукции растениеводства. (Материалы и методы) Проведен анализ разработанных ранее методов проектирования; их преимуществ и недостатков. Основываясь на этом анализе; на наш взгляд; рационально интерпретировать классиче­ский метод Waterfall - каскадный метод проектирования. (Результаты и обсуждение) На начальной стадии реализации каскадной модели разработана блок-схема генерального алгоритма проектирования машинных технологий производства органической продукции растениеводства. На первом этапе генерального алгоритма проводится анализ почвенно-клима­тических и хозяйственных условий и после их фиксации происходит переход к выбору средств производства (семенной материал; система удобрений и система защиты растений). Выбор осуществляется по критериям экологической безопас­ности; качеству получаемой продукции; потенциальной урожайности и затратам денежных средств. Следующим этапом алгоритма предусмотрен выбор рациональных вариантов технологических операций и машинно-тракторных агрегатов. Выбор осуществляется согласно разработанному интегральному эколого-экономическому критерию; который представ­лен в виде суммы совокупных затрат денежных средств на выполнение единицы наработки; экономического убытка от потери питательных элементов из пахотного горизонта и экономического убытка от переуплотнения почвы при выпол­нении технологических операций. Интегральный эколого-экономический критерий должен стремиться к минимуму для каждой технологической операции. (Выводы) Предложенные методы проектирования технологий органического про­изводства продукции растениеводства позволят сформировать цифровую систему базовых технологий и машин и разра­батывать технологические карты по органическому возделыванию культур для конкретных почвенно-климатических и хозяйственных условий.

Отметили; что после предпосевного увлажнения избыточная поверхностная влажность семян затрудняет их по­сев механизированным способом. В результате экспериментально-поисковых исследований установлено; что избыточная поверхностная влага эффективно удаляется при контакте семян с влаговпитывающей поверхностью. (Цель исследования) Экспериментально-математическая оценка возможности удаления избыточной поверхностной влаги при контакте зернов­ки с влаговпитывающей поверхностью. (Материалы и методы) Прижимающее усилие зерновки к поверхности транспор­тера имитировали с помощью динамометра с плоским наконечником при дискретности создаваемого усилия 2;5 ньютона. Зерновка прижималась к фетровой ткани; пропитанной красящим раствором. Математическое моделирование процесса удаления поверхностной влаги заключалось в оценке возможности качения зерновки по поверхности. (Результаты и об­суждение ) Установлено; что для произвольно взятой зерновки ячменя с размерами полуосей эллипса в поперечном сечении a = 0;001845 метра; b = 0;00146 метра полное качение отсутствует. Зерновка с данными размерами поворачивается на 58 гра­дусов. В то же время создаваемое в плоскости продольного сечения минимальное усилие 2;5 ньютона на зерновку с полуо­сями a = 0;001845 метра и с = 0;00396 метра обеспечит прижимающее усилие 0;11 ньютона на один квадратный миллиметр. С учетом глубины погружения зерновки во влаговпитывающую поверхность и поворота зерновки на угол 58 градусов будет обеспечен необходимый контакт для удаления избыточной поверхностной влаги. Однако в частном случае; когда одна из пло­скостей продольного сечения зерновки имеет форму; приближенную к ромбовидной; контакт будет неполным. Увеличение прижимающего усилия до 0;19 ньютона на один квадратный миллиметр не дает желаемого эффекта; поскольку зерновка; пре­одолевая сопротивление впитывающей влагу поверхности; упиралась в опорную пластину. Решением проблемы стало увели­чение толщины впитывающей поверхности приблизительно до половины толщины зерновки. В этом случае обеспечивается наибольшая площадь контакта. (Выводы) Путем экспериментально-математической оценки установлено; что избыточная по­верхностная влага может быть эффективно удалена с зерновок при контакте с влаговпитывающей поверхностью толщиной; близкой к половине толщины зерновки; и прижимающем усилии порядка 0;19 ньютона на один квадратный миллиметр.