Статья: Известкование почв – путь к повышению эффективности растениеводства (2025)

Разработка отечественных технологий повышения надежности сельскохозяйственной техники, в том числе сборных элементов, узлов, механизмов и отдельных деталей, составляет один из важных этапов сельскохозяйственного производства. С целью выбора износостойкого материала при изготовлении рабочих органов и оценки эффективности упрочняющих технологий их рабочих поверхностей под конкретные условия эксплуатации необходимо проводить ускоренные ресурсные испытания соответствующими современными методами и средствами. (Цель исследования) Разработать установку, обеспечивающую ускоренные испытания на коррозионно-механическое изнашивание рабочих органов сельскохозяйственных машин и оборудования, применяемых в животноводстве при изготовлении и подготовке кормов. (Материалы и методы) Разработана методика ресурсных испытаний режущих элементов сельскохозяйственных машин для животноводства и кормопроизводства. Представлены кинематическая схема установки и возможная фиксация рабочих органов на рабочем валу установки. Дана оценка уровня механического и коррозионного изнашивания рабочих органов при ускоренных ресурсных испытаниях. (Результаты и обсуждение) Модуль управления установкой включает в себя электрическую схему и пульт управления, позволяющий регулировать частоту вращения испытуемых рабочих органов, изменение направления вращения (прямое и обратное) вала установки, экстренное торможение. Выбраны электродвигатель установки, частота вращения вала. Рассчитаны параметры клиноременной передачи привода установки: тип и количество ремней, диаметры ведущего и ведомого шкивов, передаточное число, обеспечивающие необходимую частоту вращения вала. Проведен прочностной расчет в случае заклинивания рабочего вала одним из держателей среднего ряда ножей, подтверждающий прочностной запас. (Выводы) Предлагаемая установка обеспечивает ускоренные ресурсные испытания рабочих органов машин и оборудования, позволяет оценивать эффективность технологий упрочнения рабочих поверхностей. Суть методики заключается в определении коррозионно-механического изнашивания рабочих органов в субстрате, имитирующем физико-химическое свойства растительной среды, при осуществлении процесса резания в установленных режимах испытаний. Предлагаемая установка полностью соответствует прочностным характеристикам и сохранит свою работоспособность при возможных перегрузках.

Производство питьевого молока на альпийских пастбищах связано с рядом особенностей и сложностей. Отсутствие адаптированных технических средств для получения и первичной обработки молока может привести к экономическим потерям, даже если район обладает экологически чистыми ресурсами и богатой кормовой базой. (Цель исследования) Разработка технических средств и технологии замкнутого цикла производства коровьего питьевого молока в условиях альпийских пастбищ. (Материалы и методы) Рассмотрены основные аспекты организации замкнутого цикла производства молока с применением технических средств для получения и первичной обработки молока за счет возобновляемого источника энергии горных ледниковых рек. Данные технические решения обеспечены патентной защитой, опытные образцы успешно апробированы в горных хозяйствах Кабардино-Балкарской Республики. (Результаты и обсуждение) Предлагаются технические средства молоковыведения, адаптированные для щадящего воздействие на вымя коров при доении. Парное молоко поступает в охладительную установку с естественным источником холода от ледниковых рек. Начальная степень чистоты молока соответствовала 1-й группе, средняя жирность 3,65 процента, бактериальная обсемененность 280,7 тысяч микроорганизмов на 1 миллилитр. Среднесуточный удой составил 12,5 килограмма при поголовье 100 коров. Выдоенное молоко охлаждается в течение 25 минут и его температура поддерживается до дальнейшей транспортировки или переработки. Предлагаемый подход соответствует эффективным условиям хранения молока в горах. (Выводы) Внедрение рассмотренных технических решений существенно повышает рентабельность производства коровьего молока на альпийских пастбищах. В технологическую линию включены кроме доения и первичной обработки молока операции по поддержанию плодородия и состояния почвы пастбищных угодий с утилизацией отходов жизнедеятельности поголовья при доильном центре.

Коллаборативная робототехника в сельском хозяйстве ориентирована на автоматизацию трудоемких процессов. Коллаборативные мультиагентные робототехнические системы (КМРТС), в отличие от традиционных автономных систем, предполагают активное взаимодействие между роботами и операторами-людьми, что требует разработки новых методов координации, адаптации и обеспечения безопасности в условиях неопределенности и динамично изменяющейся среды. (Цель исследования) Разработка теоретических и прикладных подходов к моделированию поведения и управлению коллаборативными мультиагентными робототехническими системами, направленных на обеспечение эффективного распределения задач, координации действий агентов и их безопасного взаимодействия с людьми при выполнении операций по сбору урожая плодовой продукции. (Материалы и методы) Для достижения поставленных целей использовались методы теории игр, машинного обучения и управления с учетом рисков. Построена математическая модель, описывающая взаимодействие агентов с учетом вероятностной природы среды и наличия оператора. Валидация предложенных решений осуществлялась посредством численного моделирования, а также на основе данных, которые получены в условиях экспериментального полигона, имитирующего реальные сельскохозяйственные сценарии. (Результаты и обсуждение) Разработаны алгоритмы координации, адаптации и перераспределения задач между агентами коллаборативной мультиагентной робототехнической системой, обеспечивающие устойчивость к ошибкам сенсорного восприятия, задержкам передачи данных и внешним возмущениям, характерным для сельскохозяйственной среды. Особое внимание уделено адаптации поведения агентов в ответ на действия операторов-людей, включая возможность приоритизации задач и контекстно-зависимого изменения стратегии взаимодействия. Симуляционные эксперименты продемонстрировали повышение производительности системы за счет более равномерного распределения нагрузки между роботами, уменьшения числа конфликтов при выполнении совместных задач и сокращения простоев. Также зафиксировано улучшение показателей безопасности, в частности, снижение вероятности столкновений и некорректных реакций на присутствие человека в рабочей зоне. (Выводы) Разработанные модели и алгоритмы могут быть использованы для построения интеллектуальных коллаборативных мультиагентных робототехнических систем, способных к адаптивному и безопасному взаимодействию в условиях сельскохозяйственного производства, что способствует росту эффективности автоматизированного сбора урожая и снижению зависимости от человеческого труда.

Отметили, что в условиях нарастающих климатических изменений в регионах Российской Федерации в виде учащения засух, неравномерных осадков и роста температур технологии точного земледелия становятся важнейшим инструментом обеспечения устойчивости сельскохозяйственного производства. Одним из направлений точного земледелия является фертигация – метод одновременного орошения и внесения удобрений. (Цель исследования) Оценка потребности российского аграрного сектора в технологиях фертигации, анализ тенденций и региональных особенностей внедрения. (Материалы и методы) На основе анализа данных Росстата и Росгидромета проведена оценка взаимосвязи параметров развития растениеводства в 28 выбранных регионах Южного, Северо-Кавказского и Приволжского федеральных округов с климатическими и производственными характеристиками. Исследование тенденций развития технологий фертигации в Российской Федерации основано на патентном обзоре, экспертных оценках, данных отраслевых отчетов и информации от производителей. (Результаты и обсуждение) Корреляционный анализ показал зависимость урожайности основных сельскохозяйственных культур от внесенных объемов минеральных и органических удобрений. Однако эффективность применения удобрений существенно варьируется в зависимости от региональных особенностей. Полученные результаты сопоставлены с динамикой климатических рисков, наиболее часто проявляющихся на территории выбранных регионов. Нарастающее воздействие неблагоприятных климатических факторов в регионах растениеводческой специализации обусловливает значительный потенциал фертигации. Анализ отечественного рынка данных технологий показал, что доля российских разработок остается недостаточной для импортозамещения. Исследование российской и международной баз данных о патентах подтвердил глобальный тренд на цифровизацию и автоматизацию фертигации. (Выводы) Фертигация как важнейшая часть технологий точного земледелия имеет высокую значимость для перехода к климатически оптимизированному сельскому хозяйству в условиях аридизации. Региональный анализ выявил зависимость урожайности от объемов удобрений, однако эффективность их применения варьируется под влиянием климатических факторов и агротехнических условий. Для снижения импортозависимости и внедрения интеллектуальных систем фертигации необходимы государственная поддержка НИОКР и локализация технологий, учитывающих специфику российских регионов.

Отметили, что традиционные методы наблюдения за посевами относятся к трудоемким, затратным по времени и стоимости, а применение спутниковых снимков ограничивается погодными условиями, низким разрешением и большим интервалом между съемками. Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет оперативно проводить мониторинг, своевременно обнаруживать отклонения и нарушения в развитии растений. (Цель исследования) Разработать информационную модель оперативного мониторинга с применением БПЛА и поддержки принятия решений. (Материалы и методы) К ключевым операциям ухода за посевами относятся дифференцированное опрыскивание с учетом карты обрабатываемых зон, точечное и зональное внесение удобрений по значениям индексов NDVI/NDRE, выявление болезней и вредителей, а также прогнозирование урожайности на основе статистической обработки временных рядов. Проведен системный и контент-анализ существующих материалов. Учитывая значительный объем и разнообразие данных, получаемых с БПЛА, особенно при производстве зерновых культур, обосновали выбор метода информационного моделирования. (Результаты и обсуждение) Выделены преимущества и недостатки применения БПЛА в сельском хозяйстве. Показали, что большой объем разнообразной информации с БПЛА необходимо собирать, систематизировать и качественно обрабатывать. Предложена схема информационной модели оперативного мониторинга посевов и поддержки принятия решений в точном земледелии на основе данных с БПЛА. В схеме предусмотрены блоки получения и предварительной обработки данных, вычислительный модуль для выполнения математического анализа с применением методов моделирования, машинного обучения и экспертной системы для выдачи рекомендаций по проведению агротехнических мероприятий. (Выводы) Обосновали, что внедрение БПЛА при грамотной организации процесса позволит снизить затраты на ресурсы топлива, воды, удобрений и пестицидов. Кроме этого, применение БПЛА будет способствовать повышению урожайности и эффективности использования трудовых ресурсов за счет точного мониторинга, автоматизации и оптимизации агротехнических мероприятий.

В связи с развитием техники для посева в целях повышения качества и снижения трудоемкости производственных операций первого этапа работ необходимо совершенствование селекционной сеялки в направлении роботизации процесса посева. (Цель исследования) Разработать конструкцию и алгоритм работы роботизированной сеялки для зерновых, зернобобовых и других культур на первом этапе работ селекции и обосновать параметры подачи семян при посеве. (Материалы и методы) Схема сеялки разработана в соответствии с требованиями отраслевой нормативной документации, обоснованы конструктивно-технологические параметры подачи семян при посеве при помощи роботизированного кассетного загрузочного устройства карусельного типа. (Результаты и обсуждение) Отметили некоторые конструктивные особенности селекционных сеялок для первого этапа работ при помощи роботизированного кассетного загрузочного устройства карусельного типа. Составлены схема и алгоритм работы сеялки, формулы скорости подачи кассет с семенами при многорядном посеве и скорости перемещения заслонки распределителя при однорядном посеве. Выявлен новый тип высевающего аппарата распределительного типа с дозирующей заслонкой. Разработан экспериментальный образец сеялки СССР-1 и проведены лабораторные испытания посева семян яровой пшеницы в 6 рядов с междурядьями 15 см и расстоянием между семенами 20 см на делянке шириной 1 м. (Выводы) При рабочей скорости движения сеялки 1 километр в час и расстоянии между семенами в одном рядке от 0,1 до 0,3 метра скорость перемещения кассет при многорядном посеве составила от 0,056 до 0,168 метра в секунду, при однорядном посеве скорость перемещения заслонки распределителя варьируется от 0,028 до 0,084 метра в секунду. Отклонение от нормы высева составили 1 процент, коэффициент вариации расстояний между семенами в одном рядке не превышает 5 процентов. Роботизированная селекционная сеялка обеспечит контролируемое качество выполнения посева зерновых и других культур на первом этапе работ в селекции и семеноводстве, создаст предпосылки для повышения производительности и снижения трудоемкости основной операции посева.

Отметили, что приготовление тресты является важным этапом производства льна. Средства механизации, которые задействованы в этих процессах, существенно влияют на показатели качества подготовки тресты. (Цель исследования) Анализ динамики работы подборщика лент льна и исследование взаимодействия со стеблями пальцев подбирающего барабана в зависимости от его конструкционных параметров в трудных условиях уборки. (Материалы и методы) Изучение процесса подъема льнотресты подбирающим барабаном с применением уравнения Лагранжа II рода. (Результаты и обсуждение) Определены закономерности взаимодействия барабана и пальцев подборщика с группой стеблей. Получена зависимость полярного радиуса группы сцепленных стеблей от времени и условия их транспортирования без смещения с пальцев. Установлено, что необходимо обеспечить такие режимы, чтобы относительная скорость равнялась или была меньше нуля и направлена от конца пальца к центру вращения пальцев. Графически представлено влияние параметров угловой скорости вращения барабана, угла отклонения расстояния, радиуса барабана и коэффициента трения скольжения на изменение полярного радиуса группы стеблей. (Выводы) Для транспортирования группы сцеп ленных стеблей без смещения с пальцев относительная скорость должна быть равна или меньше нуля и направлена от конца пальца к центру вращения пальцев. Отмечено, что наиболее интенсивно полярный радиус реагирует на изменение угловой скорости. Результаты исследования использованы при проектировании подбирающего барабана инновационного подборщика-оборачивателя.

Возможность своевременно отличать заболевшие сельскохозяйственные культуры от здоровых играет реша­ющую роль в обеспечении продовольственной безопасности и минимизации экономических потерь. Машинное зрение в сочетании с алгоритмами глубокого обучения позволяет эффективно и точно отслеживать состояние посадок картофеля, выявляя симптомы заболеваний, что является более продуктивным подходом по сравнению с традиционными методами визуальной оценки. (Цель исследования) Сравнительный анализ одноэтапного и двухэтапного подходов к распознаванию заболевших и здоровых растений картофеля на основе алгоритмов глубокого обучения. (Материалы и методы) В исследовании использовали два подхода к процессу обучения нейронной сети с целью распознаванию заболевших и здоровых растений картофеля: одноэтапный и двухэтапный. В рамках одноэтапного подхода применялся один алгоритм глубокого обучения для одновременной классификации и локализации растений. Двухэтапный подход включал использование двух алгоритмов: первый определял границы растений, а второй классифицировал их как здоровые или заболевшие. С целью обучения алгоритмов использовались различные базы данных, включая снимки листьев и кустов картофеля. (Результаты и обсуждение) Проведен сравнительный анализ эффективности одноэтапного и двухэтапного подходов к распознаванию заболевших растений картофеля с использованием алгоритмов глубокого обучения. По каждому методу обучения было определено общее среднеквадратичное отклонение и среднеквадратичное отклонение для координат, построены матрицы запутанности. (Выводы) Двухэтапный подход продемонстрировал высокую эффективность в дифференциации больных и здоровых кустов картофеля, несмотря на небольшое снижение точности определения координат по сравнению с методом двухэтапного обучения, где использовались снимки как отдельных листьев, так и растений в целом. Данные методы имеют уникальные преимущества и могут быть интегрированы с современными технологиями для более эффективного выявления фитопатологий.

Проведенный ранее анализ показал перспективность использования технологии магнитного подвеса для создания левитирующей модели доильной платформы карусельного типа на постоянных магнитах и проведения ее экспериментальных исследований (Цель исследования) На основе предложенных технологических схем провести экспериментальные исследования и магнитостатический расчет левитирующей доильной платформы «Карусель» с использованием аксиально намагниченных постоянных магнитов прямоугольной формы. (Материалы и методы) Рассмотрено три варианта расположения постоянных аксиально намагниченных неодимовых магнитов кубической формы (0,01×0,01×0,01 метра) на подвижной вращающейся и неподвижной частях карусели и методика определения левитирующих и боковых зазоров между подвижными и неподвижными магнитами на холостом ходу и под нагрузкой. (Результаты и обсуждение) Разработана экспериментальная модель левитирующей доильной платформы карусельного типа на 24 места в масштабе (1:33), проведены экспериментальные исследования. Установлено, что наиболее предпочтительным вариантом является размещение магнитов друг над другом одноименными полюсами навстречу друг другу с тангенциальным зазором (0,004-0,002 метра) на подвижной и неподвижной частях платформы на окружностях одинакового радиуса. Левитирующий зазор между магнитами обратно пропорционален создаваемой нагрузке, которая увеличивается от 9 до 26,8 ньютона с уменьшением радиуса расположения магнитов (от 0,1 до 0,06 метра) и соответствующим уменьшением тангенциального зазора между магнитами (с 0,013-0,016 до 0,004-0,002 метра) при сохраняющемся левитирующем зазоре 0,013 метра. (Выводы) Максимальная удельная грузоподъемность платформы с учетом собственной массы подвижной части платформы (26,8 + 8 ньютонов), отнесенная к установленной массе 48 магнитов (48 × 0,0074 = 0,355 килограмма) составила 98 ньютонов на килограмм, что близко к расчетным значениям (84 ньютона на килограмм).

Сельское хозяйство все меньше зависит от традиционных механических систем по мере внедрения интеллектуальных систем управления. Использование адаптивных алгоритмов и нейронных сетей позволяет оптимизировать работу двигателей, аккумуляторов и гидравлических систем при переменной нагрузке и сложных условиях эксплуатации. (Цель исследования) Разработать электронную систему управления (ЭСУ) для последовательного гибридного трактора с мотор-колесами. (Материалы и методы) Исследования включали анализ компонентов гибридного трактора, таких как дизель-генератор, тяговая батарея, мотор-колеса и электронные блоки управления (ЭБУ). В основе архитектуры лежит использование микропроцессорных модулей с системами обратной связи (в основном CAN-шина для обмена данными), а также разрабатываются модели алгоритмов управления для обеспечения точной и адаптивной работы систем с учетом динамических условий эксплуатации. (Результаты и обсуждение) Предлагаемая электронная система управления позволяет повысить энергетическую эффективность и экологическую безопасность последовательного гибридного трактора с мотор-колесами. Внедрение адаптивных алгоритмов позволяет увеличить коэффициент полезного действия дизельного двигателя-генератора до 42 процентов, снизить расход топлива на 12-15 процентов и уменьшить выбросы CO2 на 15 процентов. Точные системы гидравлики и торможения обеспечивают снижение тормозного пути на 8-12 процентов, а нейронные сети позволяют прогнозировать параметры торможения с точностью до 95 процентов. Модернизированные аккумуляторные системы демонстрируют стабильную работу при температурах от 0 до 100 градусов Цельсия, что способствует долговечности и надежности оборудования. Эти результаты подтверждают перспективность применения интеллектуальных систем для повышения эффективности и экологической безопасности сельскохозяйственной техники. (Выводы) Разработанная электронная система управления позволяет оптимизировать работу компонентов сельскохозяйственной техники последовательного гибридного трактора с мотор-колесами. Адаптивное и точное регулирование параметров в реальном времени улучшает маневренность и безопасность работы трактора в различных условиях эксплуатации, что способствует продлению срока службы компонентов и повышению производительности.