Статья: Развитие конструкций сеялок и технологий посева семян в ленте (2025)

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.

Внедрение технологий минимальной обработки почвы требует поиска новых конструкций энергосберегающей техники. Применение ротационных разрыхлителей для поверхностной обработки почвы на глубину высева семян имеет ряд преимуществ в сравнении с традиционными орудиями как по энергоемкости; так и напряжению воздействия. (Цель исследования) Изучить характер распределения давления почвы на лопатки ротационного рыхлителя путем имитацион­ного нагружения. (Материалы и методы) Применялся имитационный метод моделирования нагружения лопаток ротаци­онного рыхлителя при взаимодействии с почвенной средой. Определялись величины нормального давления в разных точ­ках поверхности трения лопаток при их движении в круговом почвенном канале. Значения нормального давления уста­навливались косвенным методом по измерению величины износа в разных точках поверхности лопаток. Предварительно на поверхности трения носился легкоистираемый материал и измерялась интенсивность его истирания магнитоиндукци­онным методом. (Результаты и обсуждение) Траектория движения лезвия лопатки в почве описывается уравнением трахоиды. Процесс рыхления подобен «копанию» и разделяется на два периода - заглубления и выглубления лопатки с пе­ремещением части взрыхленной почвы на поверхность поля. Получены уравнение перемещения лопатки в зависимости от угла ее поворота от начала заглубления до выглубления и теоретическая зависимость характера нагружения лопатки в период перемещения. В результате имитационного нагружения лопаток измерялась интенсивность абразивного износа в разных точках поверхности трения и получены соответствующие уравнения регрессии; что позволяло судить о характере внешнего нагружения лопаток рыхлителя. (Выводы) Резание почвы при ее рыхлении ротационным рыхлителем проис­ходит тремя режущими кромками: нижним лезвием и двумя боковыми кромками лопатки рыхлителя; что характеризует особенность движения почвы по рабочей поверхности лопатки. При производстве рыхлителей следует предусматривать упрочнение нижней и боковых кромок лопаток для обеспечения необходимой износостойкости.

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.