Статья: Технология и технические средства для реализации методов воспроизводства плодородия почвы (2025)

С повышением спроса на продовольственную продукцию и ростом объемов сельскохозяйственного производства увеличивается количество образуемых отходов и побочных продуктов, в том числе в отраслях животноводства. К способам утилизации побочных продуктов животноводства относится интенсивная переработка в установках различного типа, в том числе с применением процессов биодеструкции. Однако данный процесс связан с активным образованием выбросов углекислого газа, метана, закиси азота, аммиака. Для предотвращения негативного воздействия на окружающую среду предлагается внедрить систему очистки газовоздушных выбросов в линию переработки побочных продуктов животноводства. (Цель исследования) Разработать систему очистки выбросов климатически активных газов, в частности, аммиака, образующихся при интенсивной переработке биотехнологическим методом побочных продуктов животноводства. (Материалы и методы) С учетом свойств основных загрязняющих веществ определили возможные методы их удаления из выбросов. К таким методам относится сухая, мокрая, конденсационная и биологическая очистка. Наиболее оптимальным и эффективным выбран способ биоочистки. (Результаты и обсуждение) Разработали техническое решение для очистки газовоздушных выбросов в биофильтре с полимерным и органическим наполнителем. Предусмотрена цифровая система контроля и управления рабочим процессом. Особенностью предложенной конструкции является применение сменных фильтрующих картриджей и активной системы орошения. (Выводы) Определили основные параметры образующихся выбросов и методы их очистки. Очистка выбросов с цифровой системой контроля и управления рабочим процессом осуществляется последовательно в кожухотрубчатом конденсаторе и биофильтре. Удельная поверхность охлаждения равна 1,09∙10–3 квадратного метра на 1 метр кубический, удельный расход хладагента – 0,7 литров на 1 кубический метр. Установлены оптимальные параметры среды при очистке в биофильтре: температура 30 градусов Цельсия, влажность 45-55 процентов, показатель активной кислотности 8-8,4 единиц, время нахождения в фильтрующем слое 15-30 секунд. Данные параметры обеспечивают высокую степень очистки по аммиаку при длительной эксплуатации биофильтра.

Показали, что применение автоматизированного комбинированного агрегата с универсальным адаптером для поверхностной обработки почвы является актуальным и перспективным направлением развития сельскохозяйственной техники. (Цель исследования) Разработка автоматизированного комбинированного агрегата с универсальным адаптером, улучшающим качество почвы и повышающим устойчивость движения агрегата. (Материалы и методы) Почвообрабатывающий адаптер состоит из двух дугообразных сегментов, установленных в передней части на общей оси с возможностью вращения, а задние части содержат мини-гидроцилиндр, дистанционно связанный с беспроводным исполнительным механизмом гидросистемы агрегата. На дугообразных сегментах находятся сменные режущие насадки. Длина сегментов 25 сантиметров. На общей оси вместе с сегментами установлены сверху держатель под углом 40-45 градусов к горизонтальной плоскости и снизу саблевидный щелеватель под углом 15-20 градусов. (Результаты и обсуждение) Установили, что разработанный агрегат с инновационным адаптером позволяет осуществлять одновременно три операции: подрезание почвы в горизонтальной плоскости, рыхление, уничтожение сорняков. Отметили, что изменение ширины захвата устройства автоматизировано из кабины трактора. Конструкция агрегата способствует повышению качества обработки почвы, повышает устойчивость движения, защищает сегменты от износа и сокращает затраты на изготовление. (Выводы) Предлагаемый комбинированный агрегат для обработки почвы обеспечивает крошение, выравнивание, прикатывание и щелевание почвы, позволяет улучшить инфильтрацию почвы. Расположение держателя и щелевателя с наклоном к горизонтальной плоскости соответственно 40-45 и 15-20 градусов снижает тяговое сопротивление агрегата и сокращает энергетические затраты.

В сельском хозяйстве основной технической единицей, выполняющей тяговые и приводные операции, считается трактор. Источником механической энергии для него служит дизельный двигатель с коэффициентом полезного действия около 40 процентов. У электродвигателей коэффициент полезного действия достигает 95 процентов, и это открывает возможности их использования в качестве независимого привода колес трактора. Рассмотрены существующие системы индивидуального привода колес, в которых установлено повышение эффективности работы машины до 20 процентов. Проведен анализ работы трактора с классической системой силового агрегата и с электроприводной системой. Рассмотрены факторы, влияющие на тягообразование трактора, и способы улучшения тягово-сцепных свойств мобильного средства. (Цель исследования) Оценка возможности использования индивидуального привода колес трактора при помощи электрической тяги. (Материалы и методы) Разработана концепция управления индивидуальным приводом колес. Построен алгоритм управления колесом с электроприводом. Предложена методика определения буксования для перехода электропривода колеса на соответствующий режим работы. Введен новый показатель «фактор буксования» для связи коэффициентов буксования и сцепления. Величина этого параметра служит индикатором для перехода электропривода в другой режим работы. (Результаты и обсуждение) Проведены тяговые испытания на тракторе МТЗ-82.1 при различных опорных поверхностях. Фактор буксования составляет: 0,71 для поля под посев, 0,86 для стерни, 1,19 для залежи и 1,74 для асфальтового покрытия. Для понимания реальной ситуации при работе колеса измерялся крутящий момент на колесе при помощи специального фиксирующего устройства. Получены значения углового смещения вала на 0,2 градуса при касательной силе тяги на колесе 3 килоньютона. (Выводы) Для трактора МТЗ-82.1 определен фактор буксования. Предложена математическая модель, связывающая сцепные свойства колеса с буксованием. Диапазон действия модели ограничивается предельным буксованием 30 процентов. Многофакторная характеристика позволит составить программу адаптивных условий для повышения эффективности работы колеса. Определена возможность замера крутящего момента колеса.

Сушка пищевых продуктов и материалов относится к наиболее распространенным способам и энергоемким процессам переработки сырья. Основным недостатком традиционных электрических конвективных бытовых сушилок являются потери теплоты в окружающую среду с влажным отработанным сушильным агентом. Также в подобных установках высушиваемый продукт нагревается неравномерно за счет снижения температуры и увеличения относительной влажности по мере продвижения снизу вверх. (Цель исследования) Провести лабораторные исследования процесса сушки на примере яблок для оценки энергозатрат на испарение 1 кг влаги разработанной конвективной термоэлектрической сушильной установкой и сравнить ее энергоэффективность с серийно выпускаемыми конвективными сушилками. (Материалы и методы) На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований были разработаны функциональная схема и лабораторный образец конвективной термоэлектрической сушилки с применением термоэлектрического теплового насоса. Сушка продукта осуществляется сушильным агентом (нагретым воздухом) с частичной рециркуляцией и рекуперацией теплоты удаляемого воздуха. (Результаты и обсуждение) Получены графики изменения температуры в контрольных точках и относительной влажности сушильного агента на входе и на выходе из разработанной установки. Представлены параметры яблок до и после сушки в термоэлектрической сушильной установке, а также в традиционной серийно выпускаемой конвективной сушилке бытового назначения. Разработана электрическая схема управления. Приведены выражения для расчета радиатора горячего спая термоэлектрического теплового насоса «воздух-воздух». (Выводы) Оценено среднее значение количества утилизируемой теплоты радиатором холодного спая термоэлектрического теплового насоса из удаляемого сушильного агента в процессе сушки, которое составляет около 20 процентов от общего энергопотребления термоэлектрической установки из электрической сети. Выявлено, что лабораторный образец разработанной термоэлектрической сушильной установки обеспечивает более равномерный процесс сушки продукта за счет наличия боковых воздушных каналов и более эффективной организации движения сушильного агента в рабочей камере в отличие от традиционных конвективных сушилок, что подтверждается результатами испытаний. Показали, что применение термоэлектрического теплового насоса с рекуперацией теплоты отработанного сушильного агента позволит уменьшить установленную мощность нагревателя сушильного агента и снизить расход электроэнергии на процесс сушки по сравнению с серийно выпускаемыми бытовыми конвективными сушилками.

Интеллектуальные технологии, применяемые в цифровом сельском хозяйстве, включая дистанционное зондирование, служат необходимым инструментом по сбору данных о биообъектах. Установили, что данные, собранные с помощью дистанционного зондирования и Интернета вещей (IoT), в том числе изображения, представляющие полную картину сельскохозяйственных биообъектов, и их анализ помогут решить многие проблемы при производстве агропродукции. (Цель исследования) Обосновать и разработать роботизированный оросительный комплекс для выращивания сельскохозяйственных культур, оптимизации процесса полива с учетом влажности почвы, температуры воздуха, скорости ветра и других факторов. (Материалы и методы) Оценили важность разработки, которая может оптимизировать работу при возделывании сельскохозяйственных культур. Привели описание приложений и баз данных, входящих в центральный вычислительный пункт. Контроль за текущим состоянием участка орошения, расчет и выработка управленческих решений обеспечиваются с центрального вычислительного пункта, который по мобильной связи может получать, обрабатывать и передавать команды на пульт управления дождевальных машин, насосной станции и диспетчеру машинно-тракторной бригады. (Результаты и обсуждение) Обосновали схему и основные блоки роботизированного оросительного комплекса для выращивания сельскохозяйственных культур. Разработали алгоритм взаимосвязи и операций сбора данных, расчета, контроля и управления. Установили, что такой комплекс позволит оптимизировать процесс полива, затраты и расход ресурсов на орошаемом участке, снизить загрязнение окружающей среды. (Выводы) Внедрение роботизированного оросительного комплекса позволит уменьшить расход воды, сократить издержки. Поддержание влажности почвы в оптимальных пределах создаст возможность для получения высокого и стабильного урожая качественной продукции при различных погодных условиях.

Отмечено, что в промышленных насаждениях обработку от вредителей и сорняков проводят при помощи опрыскивателей. Для установления необходимого расхода жидкости необходимо пользоваться расчетами при регулировке опрыскивателя на заданный расход жидкости. Разработанный в Горском аграрном университете малогабаритный самоходный агрегат с дистанционным управлением «ГНОМ» предназначен для разного применения, в том числе гербицидного опрыскивания растений в плодопитомниках. (Цель исследования) Обосновать оптимальные параметры распылительного узла модуля у агрегата для гербицидной обработки, исследовать зависимость расхода и качества распыла жидкости от давления в системе. (Материалы и методы) Для исследования характеристик распыла создана лабораторная установка. В зоне распыла помещали нейлоновые нити диаметром 100 и 250 микрометров, результат распыла жидкости фиксировали цифровой фотокамерой Nikon COOLPIX 58100. В каждом последующем опыте давление жидкости увеличивали на 0,05 мегапаскаля. (Результаты и обсуждение) Получены снимки факела распыла жидкости малогабаритного самоходного агрегата для определения категории распыла жидкости по размерам капель. Теоретически обосновали влияние изменения объема воздуха в баке на давление и качество распыла жидкости, а также зависимость дисперсности от давления рабочей жидкости. (Выводы) Анализ показал, что при давлении рабочей жидкости в гидросистеме от 0,65 до 0,75 мегапаскаля и угле распыла 90 градусов наблюдается наиболее качественный мелкодисперсный распыл при расходе рабочей жидкости в диапазоне 0,4-0,6 литра в минуту, что весьма существенно влияет на увеличение обрабатываемой площади при одной заправке бака самоходного агрегата.

Цифровой двойник, являясь виртуальной моделью реального объекта, становится важным инструментом для моделирования объектов и явлений в современном мире. В сельском хозяйстве он играет особенно значимую роль, обеспечивая возможность не только анализировать данные о почве, климате, урожайности и растениях, но и прогнозировать возможные изменения в этих параметрах. Благодаря накоплению и анализу огромного объема информации, цифровые двойники помогают оптимизировать использование ресурсов, таких как вода, удобрения и пестициды, что в свою очередь приводит к увеличению урожайности и снижению затрат. Кроме того, цифровые двойники позволяют автоматизировать многие процессы в сельском хозяйстве, включая управление сельскохозяйственной техникой и машинами. Они предоставляют возможность более точного и эффективного управления агрегатами, такими как тракторы и комбайны, а также помогают в прогнозировании и предотвращении поломок оборудования, что способствует уменьшению временных и финансовых потерь. (Цель исследования) Анализ программных продуктов для проектирования и создания цифровых двойников. (Материалы и методы) Рассмотрели различные виды программ, отобранных по критериям спектра функциональных возможностей и их совместимости с другими программами. (Результаты и обсуждение) Проанализировали каждую из программ на возможность выполнения поставленных задач. В представленных примерах отметили особенности каждого вида программного обеспечения. Сформировали требования для выбора программ. (Выводы) Представили характеристики рассмотренных программных продуктов, определили их функциональные возможности. Установили необходимые требования для принятия решения о выборе программ со схожими функциональными возможностями.

Отмечено, что в рамках усилий по обеспечению продовольственной безопасности планируется увеличить площади под посев овощей открытого грунта и картофеля. (Цель исследования) Изучить методы и технологии предпосадочной обработки картофеля. (Материалы и методы) Исследования проводили в Тульской области в условиях природного инфекционного фона на сортах картофеля Утро раннее и Рокко. Для защиты картофеля использовались фунгициды и биопрепараты с различными действующими веществами. Также изучалось влияние излучения ртутных ультрафиолетовых разрядных ламп низкого давления на изменение биопотенциала и рН картофеля и обработки магнитным полем. (Результаты и обсуждение) В процессе исследования уделено внимание повышению урожайности картофеля путем непосредственного воздействия магнитным полем перед посадкой. Рассмотрены особенности влияния ультрафиолетового облучения клубней на рост и урожайность картофеля. Особый акцент сделан на эффективности химических и биологических препаратов для предотвращения развития парши картофеля. Отмечено, что лучшие биометрические показатели и урожайность картофеля достигаются при воздействии магнитной индукцией 30 миллитесла. При увеличении или уменьшении дозы обработки биометрические показатели и урожайность картофеля снижаются, но остаются выше по сравнению с вариантом без обработки в магнитном поле. (Выводы) Применение протравителей фунгицидного действия в значительной степени ограничивает развитие парши обыкновенной. Наиболее эффективен против этой болезни картофеля препарат «Ровраль Аквафло 500». После ультрафиолетового облучения дозой 120-240 джоулей на квадратный метр усиливается вегетативный рост, увеличивается урожайность, повышается коэффициент размножения клубней. Лучшие биометрические показатели и урожайность картофеля достигаются в случае воздействия магнитной индукцией (доза обработки 0,23 джоуль-секунды на килограмм).

Посевной и посадочный материал с целью исключения прогрессирования различных инфекционных заболеваний необходимо подвергнуть обработке ультрафиолетовым излучением с интенсивностью 10-15 килоджоулей. Для этого необходимо изучить влияние ультрафиолетового излучения на продукцию при ее движении в потоке по ленточному транспортеру. (Цель исследования) Обоснование возможности применения ультрафиолетового излучения для улучшения показателей хранения овощных культур и картофеля, а также технологических параметров в лабораторно-производственных условиях, обеспечивающих снижение их перезаражения. (Материалы и методы) Для определения оптимальных технологических параметров машины для закладки овощных культур и картофеля на хранение в системе послеуборочной доработки создана экспериментальная установка и исследовано электрофизическое воздействие на показатели качества хранения. Для исследования выбраны наиболее распространенные для возделывания в различных почвенно-климатических условиях Российской Федерации сорта картофеля Леди Розетта, моркови столовой Витаминная 6 и свеклы столовой Бордо 237. (Результаты и обсуждение) Разработана методика оценки качества семенного материала после периода хранения с обоснованием временного интервала, температурных параметров воздушной смеси и оптических режимов ультрафиолетового излучения. Определены оптимальные параметры обработки клубней картофеля, корнеплодов моркови и свеклы. Изучено влияние на корнеплоды моркови и свеклы ультрафиолетового воздействия с установленными параметрами на степень развития заболеваний, вызываемых исследуемыми фитопатогенными микроорганизмами при температуре 2 и 25 градусов Цельсия. (Выводы) При поступательной скорости движения корнеплодов 0,7 метра в секунду, межосевом расстоянии между источниками ультрафиолетового излучения 0,1 метра, расстоянии от них до роликовой поверхности ленточного транспортера 0,05 метра и при постоянной дозе ультрафиолетового воздействия показатели распространения и развития инфекционного заболевания исследованных овощных культур имеют положительную динамику снижения.

Развитие технологий БПЛА позволяет совершать фото- и видеосъемку и при этом не отвлекаться на процесс управления полетом. (Цель исследования) Выполнить ретроспективный анализ совершенствования систем управления полетом и развития аппаратуры для аэрофотосъемки сельскохозяйственных земель с середины XIX века по настоящее время. (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 по шесть этапов развития средств аэрофотосъемки и систем управления полетом. Полученная периодизация основана на изменении вида камер, типа системы управления и конструкций летательных аппаратов. В каждом из этапов рассмотрены основные камеры, системы управления и летательные аппараты, используемые для выполнения задач в сельском хозяйстве. (Выводы) Установили параметры средств аэрофотосъемки, менявшиеся за 165 лет: фотоматериал, пространственное разрешение изображений, спектральное разрешение, масса и крепление камер, тип затворов и их приводы, инерциальный блок управления, встроенный GPS/ГЛОНАСС приемник, сенсор освещенности. Выявили параметры системы управления полетом беспилотного летательного аппарата, менявшиеся за 106 лет: тип управления полетом, число датчиков для стабилизации полета, система обнаружения препятствий, размер системы управления полетом, режимы полета, метод взлета/посадки, интерфейсы для навесного оборудования. Предположили, что дальнейшая интеллектуализация и миниатюризация систем управления полетом и аэросъемочной аппаратуры приведет к повышению производительности работы БПЛА и уменьшению экономических затрат на проведение мониторинга сельскохозяйственных биообъектов.

Отметили возможность замены в почвообрабатывающих агрегатах стальных рабочих органов на полимерные. (Цель исследования) Определение зависимости фрикционных параметров акрилонитрилбутадиенстирола (ABS-пластик) от величины абсолютной влажности почвы и скорости движения агрегата при взаимодействии рабочего органа с суглинистой почвой. (Материалы и методы) Разработана лабораторная установка для изучения фрикционных свойств полимера при контакте с суглинистой почвой. Параметры трения и адгезии определяли при изменении абсолютной влажности почвенного материала. (Результаты и обсуждение) Построены графики зависимости фрикционных параметров ABS-пластика от абсолютной влажности почвы. Выявлено, что при абсолютной влажности почвы 18, 20 и 26 процентов коэффициент трения акрилонитрилбутадиенстирола соответственно равен 0,45, 0,5 и 0,6. Величина адгезии составляет 100, 145 и 700 паскалей при абсолютной влажности почвы соответственно 18, 20 и 28 процентов. После достижения абсолютной влажности почвы 26-28 процентов наблюдается снижение показателей трения и адгезии. (Выводы) Показатели фрикционных свойств ABS-пластика ниже, чем стали, однако значительно выше, чем фторопласта. Дальнейшие исследования в данной области позволят значительно повысить эффективность при выборе материала для изготовления рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов и снизить энергозатраты.

В кассетных селекционных сеялках кассетное загрузочное устройство последовательно перемещает кассеты с семенным материалом к высевающему аппарату сеялки. (Цель исследования) Выполнить расчет геометрических параметров и выбрать материал кассеты для разработки роботизированного кассетного загрузочного устройства селекционной сеялки. (Материалы и методы) Геометрические параметры кассет определены на основе кассетного загрузочного устройства селекционной сеялки СССэ-6 и исходных данных по нормам селекционного посева. Методом ИК-Фурьеспектроскопии в диапазоне волновых чисел 400-4000 см–1 идентифицировали полимерный материал, который пригоден для изготовления кассет и направляющей пластины селекционной сеялки. (Результаты и обсуждение) Используя различные конструктивные решения кассет, применяемых ранее в загрузочном устройстве, определили геометрические параметры кассет, ячеек и блоков кассет, направляющих пластин. В задачи исследования входил выбор возможного полимерного материала для изготовления кассеты при помощи 3D-моделирования. Для этого требовалось идентифицировать вид полимерного материала образцов пластиковых кассет и направляющих пластин, которые применяются в загрузочном устройстве селекционной сеялки СССэ-6. Качественный анализ состава образцов определяли методом инфракрасной спектроскопии на ИК-Фурье-спектрометре Simex FT-801. (Выводы) Провели расчет геометрических параметров кассетного блока для их моделирования и изготовления и дальнейшей разработки роботизированного кассетного загрузочного устройства. Установлено, что оно изготовлено из сополимера акрилонитрила, полибутадиена и стирола (ABS-пластика), имеющего коэффициент трения скольжения 0,47-0,54. Для уменьшения коэффициента трения кассет при движении по направляющим пластинам при их изготовлении в состав ABS вводят шликирующие добавки, например, керамид.

При разнообразии применяемых в хозяйствах машин (по маркам, моделям, производителям и другим признакам) отсутствие нормативных рекомендаций часто приводит к нарушению принципов оптимальности и гармоничности парка техники, а также к увеличению себестоимости готовой продукции. (Цель исследования) Обобщение результатов испытаний в южных регионах России зерноуборочных комбайнов и комплексная оценка эффективности их работы. (Материалы и методы) Испытания проведены в хозяйствующих субъектах южного региона России по единой стандартизованной программе и методике (ГОСТ 28301-2015, ГОСТ 24055-2016, СТО АИСТ 8.22-2010). Проведена комплексная оценка комбайнов по эксплуатационно-технологическим показателям, энергозатратам, экономическим критериям. (Результаты и обсуждение) Техническая экспертиза двенадцати моделей комбайнов зарубежного и российского производства выявила главные характеристики, от которых зависят производительность и качество работы. Пропускная способность (класс) комбайнов находится в пределах от 6,7 (Nova S 340) до 13,8 килограмма в секунду (John Deere S690), мощность двигателей от 180 до 530 лошадиных сил. Диапазон удельной мощности двигателя на единицу пропускной способности испытанных комбайнов составляет 24,0-38,4 лошадиной силы. Аксиально-роторные комбайны отличаются высокой производительностью и низкими потерями зерна, имеют преимущество по показателям дробления и засоренности бункерного зерна. Средний расход топлива 11,2 килограмма на гектар. (Выводы) По показателям качества работы (потери зерна, дробление, засоренность, расход топлива) отечественные комбайны не уступают зарубежным аналогам и соответствуют стандартным агротехническим требованиям. Отечественным конструкторам целесообразно обратить внимание на устройство очистительных органов комбайна Lаverda, которые обеспечивают минимальную засоренность бункерного зерна. Стоимость всех сравниваемых комбайнов не пропорциональна росту их производительности, что значительно (до 40%) увеличивает затраты на уборочные работы. Комбайн «Дон-1500Б» имеет лучшие экономические показатели (прямые издержки и капитальные затраты) по сравнению с аналогами, поэтому снятие его с производства является преждевременным.

Показана эффективность восстановления деталей сельскохозяйственных машин за счет снижения расхода металла, топлива и трудозатрат. (Цель исследования) Провести анализ этапов развития системы восстановления деталей машин по мере индустриализации сельского хозяйства в России, а также роли отраслевой науки в создании методологии ремонта машин и восстановления деталей. (Материалы и методы) Изучены публикации по истории развития отрасли восстановления деталей. Особое внимание уделено постановлениям советских государственных органов, целевой комплексной программы Государственного комитета по науке и технике, Госплана СССР и Госкомсельхозтехники, направленным на формирование и расширение производственной базы по ремонту и восстановлению деталей для агротехники. (Результаты и обсуждение) На первых этапах индустриализации сельского хозяйства при ремонте техники использовались преимущественно новые запасные части, а изношенные детали списывались на переплавку. Важным достижением в области восстановления деталей стало введение ремонтных размеров коленчатых валов и гильз цилиндров. С 1975 года резко повысились расходы на содержание техники за счет затрат на новые запасные части. Дан анализ деятельности Всесоюзного научно-производственного объединения «Ремдеталь» по созданию поточно-механизированных линий и оборудования для восстановления деталей сельхозтехники. (Выводы) Показана динамика изменения объемов восстановления деталей с 68 млн рублей в 1965 году до 539 млн рублей в 1988 году при экономии металла в этот период от 136 тысяч тонн до 1110 тысяч тонн. Показана роль Академии наук СССР, ведущих научных институтов, машиностроительных предприятий в выполнении целевой программы по увеличению объемов восстановления деталей и узлов сельскохозяйственной техники.