Статья: Вклад академика В. Н. Болтинского в агроинженерную науку и образование (120-летию со дня рождения ученого посвящается) (2024)

Отметили, что содержание дойного стада на экологически чистых горных пастбищах позволяет получать молоко-сырье с меньшими затратами. Для сохранения нативных свойств молока и производства высококачественной продукции необходима своевременная первичная обработка молока, прежде всего охлаждение и хранение при низкой температуре. (Цель исследования) Обоснование технологии содержания молочного поголовья крупного рогатого скота и создание технических средств доения и первичной обработки молока в условиях горных пастбищ. (Материалы и методы) Разработаны и изготовлены опытные образцы доильных аппаратов и установки охлаждения молока от естественного источника холода. Испытания проводились в хозяйствах Кабардино-Балкарской Республики. С учетом природно-климатических условий содержания молочного скота на горных пастбищах, разработанных технических средств доения и первичной переработки сырья разработана технология производства питьевого молока. Технология включает основные операции кормления и ухода за молочным стадом, доения, первичной переработки и хранения питьевого коровьего молока. (Результаты и обсуждение) Технология позволит увеличить количество сырого молока на 10 процентов, массовую долю жира на 3 процентов, снизить на 40 процентов заболеваемость коров маститом, вызываемым машинным доении обычными для равнинных условий установками; на 15 процентов сократить энергозатраты на привод доильной техники и холодильного оборудования, повысить производительность труда. Технические и технологические разработки обеспечены патентной защитой. (Выводы) Развитие молочного животноводства в горных регионах, богатых естественно растущими, экологически чистыми пастбищными угодьями, является экономически привлекательным направлением для производства отечественной высококачественной молочной продукции. Сравнительные лабораторные и производственно-эксплуатационные испытания подтвердили целесообразность использования предложенных технологических приемов и технических средств.

Оценка фенотипа является неотъемлемой частью работы по улучшению генетического потенциала отечественных пород крупного рогатого скота. Проводятся исследования по цифровизации и автоматизации фенотипирования с использованием оптических систем распознавания и оценки линейных параметров животных. Разрабатывается макет бесконтактной системы мониторинга показателей фенотипа скота. Перемещение животных внутри макета (лабораторного измерительного стенда) ограничивается специальным прозрачным стеклом из полиэтилентерефталата, что позволяет получать трехмерные снимки экстерьера животных. Для подтверждения пригодности стекла к эксплуатации проведены лабораторные испытания. (Цель исследования) Определение степени влияния загрязнения стекла на точность работы оптической системы распознавания животных. (Материалы и методы) Приведены характеристики лабораторного стенда, объекта и оборудования, методика и условия эксперимента. Вероятность определения степени загрязнения стекла выражалось в пределах 0-1 (0,78 – высокая вероятность определения). (Результаты и обсуждение) Исследование показало, что система определения линейных параметров животных способно стабильно работать при загрязнении оградительного стекла до 30 процентов включительно. При загрязнении 50 процентов и некачественной очистке стекла возможность распознавания точек интереса снижается в 1,625 раза, а при загрязнении 80 процентов качественный сбор данных невозможен, в виду того, что камера не способна определить объект. При некачественной очистке стекла система работает нестабильно. (Выводы) Оптическая система позволяет распознавать и проводить оценку линейных параметров животных при загрязнении оградительного стекла лабораторного стенда не более 50 процентов и при условии его качественной очистки. При загрязнении стекла до 30 процентов данные оценки выше на 2,6-38 процента по сравнению с другими уровнями загрязнения.

Отметили связь увеличения масштабов применения пестицидов и агрохимикатов с их потенциальной опасностью для здоровья людей, загрязнения окружающей среды и продуктов питания. Большинство пестицидов используются путем опрыскивания посевов. Повысить эффективность и качество опрыскивания возможно за счет точного регулирования дозы и снижения потерь препаратов при переходе на дифференцированную обработку сельскохозяйственных угодий. Этому способствует внедрение роботизированных устройств для внесения средств защиты растений. (Цель исследования) Разработать систему позиционирования рабочих органов роботизированного устройства дифференцированного опрыскивания. (Материалы и методы) Посевы обрабатывали препаратами при помощи автономного полевого робота. Оценивали качество опрыскивания с применением форсунки. (Результаты и обсуждение) Установлены зависимости для расчета угла захвата форсункой одного растения и угла поднятия рычага. Создана компьютерная модель опрыскивания, позволяющая задавать различные параметры и сравнивать предлагаемый дифференцированный способ обработки растений с традиционным. Рассчитан коэффициент вариации, который отражает равномерность распределения капель по поверхности растения. Выявлена зависимость коэффициента вариации от скорости и расстояния опрыскивания при разных режимах работы: распыление на отдельное растение и на их ряд. (Выводы) Для традиционного метода опрыскивания коэффициент вариации составил 46 процентов. При дифференцированных методах опрыскивания этот показатель составил для режима обработки отдельного растения 25-28 процентов и 33-40 процентов опрыскивания рядов. В полевых исследованиях при отдельной обработке коэффициент вариации составляет 19-24 процентов против 30-35 процентов в режиме опрыскивания рядов.

Для обработки сельскохозяйственных посевов используются беспилотные летательные аппараты, несущие резервуары с жидкими химическими веществами. Отметили, что по прочности, термостабильности, устойчивости к ультрафиолетовым лучам, сроку эксплуатации емкости из полипропилена и полиэтилена уступают резервуарам из стеклопластика. (Цель исследования) Спроектировать конструкцию и изготовить резервуар из композиционного стеклопластикового материала с системой гашения гидравлического удара. (Материалы и методы) Для резервуара выбраны S-стекло и эпоксивинилэфирная смола, которые наиболее устойчивы к химическим воздействиям. Для выполнения элементов резервуара использованы методы напыления, пропитки стекловолокнистого наполнителя в замкнутой форме, намотки. (Результаты и обсуждение) Провели сравнительный анализ моделей резервуаров с системой гашения гидравлического удара и без такой системы. Эффективность предлагаемого решения подтверждена в программном обеспечении KOMPAS-3D в приложении KompasFlow, где гидравлический удар будет распространяться внутри резервуара, отражаясь от стенок и постепенно затухая. Проведены расчеты нагрузок и прочности стеклопластикового резервуара, основанные на параметрах стекловолокна, в приложении APM FEM. (Выводы) Разработали модель резервуара для жидких химических веществ для опрыскивания посадок с беспилотных летательных аппаратов. Применили инновационные методы при изготовлении элементов резервуара. Кроме того, рассмотрели возможность сервисного обслуживания и ремонтопригодности. Объем резервуара (экспериментального образца) 0,0158 метра кубического, длина 480 миллиметров, ширина 216 миллиметров, толщина 3,6 миллиметра, масса около 4 килограммов. Конструкция крепления резервуара из композиционного материала к беспилотному летательному аппарату смоделирована таким образом, что вес беспилотного летательного аппарата не оказывает влияния на резервуар.

Специфика картофелеуборочного комбайна включает разнесенный в пространстве привод его агрегатов от внешнего двигателя в условиях стохастического характера работы. Это усложняет нагруженность его элементов, в том числе трансмиссионных валов, и создает предпосылки для снижения их долговечности, увеличивая количество усталостных отказов. Противодействие указанному процессу оказывает обработка трансмиссионных валов, направленная на уменьшение концентрированных дефектов. (Цель исследования) Разработка целевой функции для управления процессом финишной обработки трансмиссионных валов картофелеуборочного комбайна по критерию максимизации выхода годных при контроле концентрированных дефектов. (Материалы и методы) Для реализации метода требуется оборудование с возможностью программного управления по каналу технического зрения. В схеме управления используются математический аппарат описания дискретных и непрерывных случайных величин, марковские процессы с дискретным временем и непрерывным пространством состояний, метод наибольшего правдоподобия, а также методы численной оптимизации в многофакторном пространстве. (Результаты и обсуждение) Получены формулы для расчета вероятностей успешного и неудачного исходов финишной обработки по критерию наличия концентрированных дефектов. Представлены результаты апробации предложенного алгоритма для прогнозных оценок выхода годных изделий предлагаемым методом на основании промежуточных замеров характеристик дефекта в процессе обработки. Предложена схема использования полученных результатов в производственном процессе изготовления трансмиссионного вала картофелеуборочного комбайна. (Выводы) Предложен алгоритм управления финишной обработкой трансмиссионного вала на основании прогнозной оценки вероятности изготовления изделия, удовлетворяющего техническим условиям совместно по геометрии и чистоте поверхности. В качестве целевой функции рассмотрена прогнозная вероятность получения поверхности с заданной чистотой при отсутствии дефектов, превышающих допустимое значение. Решение задачи достигается подбором соответствующих технологических параметров.

Отмечено, что за последние годы в России возрос интерес к органическому сельскому хозяйству как производителей, так и потребителей продовольственных товаров. Однако при переходе от интенсивного ведения агропроизводства к органическим технологиям возникают определенные проблемы. Это касается возделывания растениеводческой продукции, в частности картофеля, поскольку при запрете на использование традиционных минеральных удобрений необходим поиск рациональных научно-обоснованных альтернативных способов. (Цель исследования) Изучить влияние глубокой обработки междурядий картофеля на урожайность клубней без применения удобрений. (Материалы и методы) Для адаптации технологий возделывания культур, характерных для Северо-Западного региона, под требования органического производства на базе опытных полей Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства был заложен шестипольный севооборот, включающий картофель. Почва опытного поля дерново-подзолистая, легкосуглинистая. Использовался сорт картофеля Удача отечественной селекции. Физические параметры почвы определяли в on-line режиме с заданной дискретностью. Междурядья обрабатывали двумя способами: окучивание с боронованием пропашным культиватором КОН-2,8 + БРУ (контрольная посадка) и обработка на глубину 27 сантиметров культиватором КНО-2,8 + БРУ (опытная посадка). (Результаты и обсуждение) Комплексный агромониторинг климатических параметров окружающей среды и физических показателей состояния почвы, т. е. ее твердости и влажности, осуществлялся цифровыми средствами. Изучено влияние способа обработки междурядий на урожайность картофеля в течение трех лет. В трехлетней ретроспективе исследований максимальная урожайность 20,57 тонны на гектар была получена в 2022 году. Минимальный урожай 12,8 тонны в контроле и 14,19 тонны в опыте 2021 года был результатом экстремальных почвенно-климатических условий. (Выводы) При создании для нормального развития картофеля подходящих физических параметров состояния почвы путем ликвидации уплотнения в междурядьях прирост урожайности может достичь 27 процентов за счет разуплотнения почвы при глубокой обработке междурядий, лучшему увлажнению и сохранению в почве влаги.

Отметили роль процесса сушки в технологии послеуборочной обработки семян бахчевых культур. Для повышения эффективности сушки высоковлажных семян предложили конструкцию установки, в которой реализован принцип дифференцированного подвода тепла к принудительно перемешиваемому слою семян. Обосновали необходимость уточнения размерных, фрикционных и аэродинамических свойств семян тыквы для определения рациональных режимов работы предложенной сушилки. (Цель исследования) Установить физико-механические свойства семян тыквы по результатам определения их размерных, фрикционных и аэродинамических характеристик. (Материалы и методы) Использовали методы однофакторного экспериментального исследования с последующей статистической обработкой массива данных. Экспериментально изучались физико-механические свойства семян тыквы сорта Волжская серая с кондиционной влажностью 9,3-9,7 процентов. При определении угла естественного откоса и уточнении коэффициентов трения применялись общеизвестные лабораторные установки типа «коническая емкость» и «наклонная плоскость». При изучении аэродинамических свойств семян был использован парусный классификатор К-293 Petkus. (Результаты и обсуждение) Разработали методики исследования и описали экспериментальные установки. Установили, что с доверительной вероятностью 0,95 статические коэффициенты трения семян тыквы по сплошному стальному полотну, перфорированному стальному решету и по резине составляют 0,473, 0,418, 0,481, соответственно, а динамические коэффициенты трения в этих же условиях ‒ 0,331, 0,293, 0,337. Среднее значение угла естественного откоса семян ‒ 22 градуса, миделево сечение ‒ 97,94 миллиметров квадратных, скорость витания ‒ 7,083 метра в секунду, коэффициент парусности ‒ 0,196 и коэффициент аэродинамического сопротивления ‒ 0,136. (Выводы) Подтвердили предположение, что повысить эффективность сушки семян бахчевых культур возможно путем дифференцированного подвода тепловой энергии к непрерывно перемещающейся массе внутри установки, при условии исключения слипания семян в слои, блокирующие прохождение теплоносителя. Разработали усовершенствованную конструкцию сушилки и для обоснования ее оптимальных конструктивно-технологических параметров исследовали размерные, фрикционные и аэродинамические свойства семян.

Отметили возможность реализации вибрационного способа измельчения кормового зерна. Однако предпочтение следует отдавать таким динамическим схемам этих машин, которые способствуют энергосбережению и повышению надежности всей конструкции. В связи с этим заслуживает большого внимания вибрационный измельчитель, предложенный в Патенте RU 2688424C1. (Цель исследования) Повысить технический уровень вибрационных измельчителей кормового зерна на основе использования эффектов самосинхронизации вибровозбудителей и антирезонанса рабочих органов. (Материалы и методы) Получили математическую модель динамики рабочих органов данного типа вибрационных измельчителей кормового зерна, учитывающую их конструктивные особенности и взаимодействие рабочих органов с технологической средой. (Результаты и обсуждение) Установлено, что для эффективного осуществления технологического процесса требуются встречное вращение дебалансных валов и настройка рабочих органов на антирезонансный режим работы. Экспериментально подтверждена стабильная самосинхронизация вибровозбудителей в режиме антирезонанса рабочих органов, хотя фазировка дебалансных валов отличалась от теоретической величины 180 градусов и составляла 168-170 градусов. Такое отклонение не оказывает негативного влияния на технологический процесс измельчения. Следовательно, первоначальная гипотеза о совместном проявлении эффектов самосинхронизации вибровозбудителей и антирезонанса рабочих органов нашла свое теоретическое и экспериментальное подтверждение. (Выводы) Получены математические модели динамики рабочих органов вибрационных измельчителей кормового зерна, учитывающие их конструктивные особенности и взаимодействие с технологической средой. Установлено, что для осуществления технологического процесса на эффективном уровне требуются встречное вращение дебалансных валов, приводящее к самосинхронизации вибровозбудителей, и настройка рабочих органов на антирезонансный режим.

Отметили особую роль академика Дмитрия Николаевича Прянишникова в истории развития отечественного сельского хозяйства. С именем этого ученого связано введение в 1924 году в научный оборот понятия химизации сельского хозяйства. Как последователь Ж. Б. Буссенго, Д. И. Менделеева, К. А. Тимирязева и других великих ученых, Дмитрий Николаевич Прянишников не только выдвинул принцип, но и сформировал научно-исследовательскую программу химизации, создал необходимые кадровые условия и мужественно отстаивал ее перед оппонентами в 1930-1940-е годы. (Цель исследования) Проанализировать научное наследие и биографию академика Д. Н. Прянишникова в контексте развития химизации в отечественном сельском хозяйстве. (Материалы и методы) Изучили монографии, нормативно-правовые акты, публикации ученых с использованием биографического, хронологического, генетического и типологического методов историко-научного исследования (Результаты и обсуждение) Показали, что феномен личности Д. Н. Прянишникова в истории науки состоит как в собственных исследовательских успехах, так и формировании традиции в отечественной агрохимии. Это проявилось в организаторской и педагогической деятельности ученого. Выделили два поколения непосредственных учеников и последователей выдающегося агрохимика. (Выводы) Академик Д. Н. Прянишников придал агрохимии в нашей стране системный подход и по праву признан основателем национальной научной школы. Современные исследователи, сохраняя преемственность, продолжают работы по научному обеспечению химизации сельского хозяйства и вносят свой вклад в продовольственную безопасность страны и фундаментальные знания о живом.

Показали развитие технологий и технических средств механизации и автоматизации животноводства за период с 1930 года по настоящее время. (Цель исследования) Ввиду цикличности протекания процессов и неоднозначности современных трактовок влияния научного наследия необходимо изучить исторический опыт и вклад ученых в исследования и практическое создание средств механизации и автоматизации животноводства. (Методы и материалы) Проанализировали основные этапы развития технических средств машинного доения коров, начиная с создания первой советской трехтактной доильной машины ДА-3, вклад профильных институтов ВАСХНИЛ и отдельных ученых в разработку методики испытаний доильных аппаратов, создание и внедрение новых технических средств для электромеханизации на молочных фермах. (Результаты и обсуждение) Рассмотрели создание первых доильных залов: с параллельно-проходными станками, стационарного типа «елочка» (В. С. Краснов, В. Ф. Королев, В. П. Ларин, В. П. Похваленский, А. Н. Дормидонтов), подвижного карусельного зала типа «вращающаяся елочка», разработанного конструкторским бюро СибНИИсельского хозяйства (И. И. Тесленко, Н. В. Краснощеков, К. С. Шаповалов, Н. К. Вазенмиллер, А. В. Гольденфанг). (Выводы) Отметили актуальность и необходимость системного подхода при разработке системы машин по механизации животноводства, в которых принимал активное участие академик РАН Н. М. Морозов. Важным в развитии теории и практики процессов обслуживания животных стали разработка и создание технологии поточно-конвейерного обслуживания животных под руководством академика РАН Л. П. Кормановского. Выявили необходимость изучения опыта предшествующих поколений при создании современных образцов машин и оборудования, позволяющего избегать прямого копирования зарубежных образцов машин, а проводить собственные исследования и разработки с учетом накопленного опыта использования техники и технологий в российских условиях.

В конце XIX – начале XX века активно формировалась отечественная агроинженерная наука, которая занималась проблемами создания сельскохозяйственной техники. Внедрение в сельском хозяйстве новых технологий с учетом традиционных способов обработки земли было необходимо переводить на научную основу. Можно полагать, что история научного коллектива Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства началась с организации в Санкт-Петербурге в 1907 году Бюро по сельскохозяйственной механике. (Цель исследования) Обобщить историко-научную информацию о зарождении и развитии агроинженерной науки в Санкт-Петербурге, отразить преемственность научных традиций в решении производственных задач по направлению «Агроэкология». (Материалы и методы) Анализ выполнен по публикациям, посвященным становлению в России науки по механизации земледелия, истории Государственного сельскохозяйственного музея, а также по материалам, подготовленным к 100-летию создания Бюро по сельскохозяйственной механике. (Результаты и обсуждение) Приведены основные этапы и имена ученых, внесших вклад в работу Бюро в 1907-1917 годах. В результате преобразований был создан Всесоюзный институт механизации сельского хозяйства (ВИМ). В 1930 году институт начал свою деятельность в Ленинграде, но вскоре его перевели в Москву, а в Ленинграде созданы филиалы ВИМ и ВИЭСХ, где продолжали трудиться бывшие члены Бюро. В 1962 году ленинградские филиалы объединили в самостоятельное учреждение – НИИМЭСХ Северо-Запада, а впоследствии – в научно-производственное объединение «Нечерноземагромаш» со штатом более 1200 сотрудников. В 2018 году учреждение вновь стало филиалом ВИМ с постановкой задачи комплексных научных исследований в области обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства. (Выводы) Важнейшим результатом многолетней истории коллектива является преемственность передачи знаний. В наши дни Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства в статусе филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ продолжает славные традиции своего первого предшественника – Бюро по сельскохозяйственной механике и следует им для решения новых вызовов в сельскохозяйственной науке и практике.

Показана объективная потребность в техническом обслуживании и ремонте сельскохозяйственных машин. (Цель исследования) Провести ретроспективный анализ становления и развития системы ремонта машин от начала выпуска первого советского трактора до разработки и изготовления современной техники и оборудования. (Материалы и методы) Рассмотрены и проанализированы публикации разных периодов, посвященные проблемам организации централизованной системы ремонта и обслуживания техники и оборудования на всех этапах развития сельскохозяйственного производства. (Результаты и обсуждение). Отражена динамика выпуска тракторов в начале 1930-х годов и замещения зарубежных закупок на внутреннем рынке отечественными сельскохозяйственными машинами, отмечены этапы формирования собственной системы ремонтного обслуживания. Отмечены особенности создания мастерских для ремонта при машинных технологических станциях (1928-1957 годы) и организации ремонтной базы на предприятиях Всесоюзного объединения «Союзсельхозтехника» (1961-1990 годы). Дан анализ совершенствования методов ремонта от индивидуального до поточного. Показана роль академической и отраслевой науки в обеспечении ремонтных предприятий технологической документацией, оборудованием и оснасткой, а также в методическом сопровождении технического обслуживания и ремонтных мероприятий на уровне централизованной системы. (Выводы) Приведена информация о исследовательской и конструкторской деятельности специализированных лабораторий, отделов Всесоюзного научно-исследовательского института механизации сельского хозяйства ВИМ (1930-1961 годы). Отмечены достижения ученых и специалистов в области теории износа машин, создании типовой технологии ремонта. Отмечена роль Государственного союзного научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации тракторов и сельскохозяйственных машин ГОСНИТИ (1963-2013 годы) в формировании ремонтно-технологической базы оборудования. Рассмотрены возможности и перспективы развития системы сервисного обслуживания сельскохозяйственной техники на современном этапе.