Научный архив: статьи

Объемы производства зерна и другой продукции растениеводства зависят от наличия земельных ресурсов и степени их сельскохозяйственного использования. (Цель исследования) Провести ретроспективный анализ общих тенденций изменения и взаимосвязи площади сельскохозяйственных угодий и парка тракторов. (Материалы и методы) Проанализировали этапы становления и развития системы землепользования и вовлечения в оборот сельскохозяйственных угодий в России в трех исторических периодах: 1920-1940, 1945-1990, 1991-2022 годы. Выявили эволюционные факторы и закономерности развития взаимосвязи площади сельскохозяйственных угодий и парка тракторов. (Результаты и обсуждение) Отметили, что в результате внедрения программ индустриализации и коллективизации с 1928 по 1940 год прослеживается тенденция увеличения площади сельскохозяйственных угодий с 113 миллионов до 150 миллионов гектаров и парка тракторов с 27 тысяч до 531 тысячи единиц. В 1945 году посевная площадь сократилась до минимального значения 113,8 миллиона гектаров, тракторов - до 397 тысяч единиц. В 1960 году в результате освоения целинных и залежных земель увеличилась посевная площадь до 203 миллиона гектаров, количество тракторов достигло 1122 тысячи. Выявили, что вследствие повышения уровня механизации наибольшее увеличение площади посевных угодий было зафиксировано в 1985 году - 210,3 миллиона гектаров и количество тракторов достигло 2830 тысяч. Установили, что в период 1991-2022 годов происходило системное сокращение парка тракторов, которое привело к выбытию сельскохозяйственных угодий. В 1991 году количество тракторов составляло 1344,2 тысячи, в 2022 году снизилось на 1147,4 тысячи и составило 196,8 тысячи единиц. Распад Советского Союза в 1991 году и переход от государственно-командной экономики к рыночной оказали серьезное влияние на развитие российского сельского хозяйства. (Выводы) Динамика использования почвенных угодий в разные периоды отражала как экстенсивный метод ведения хозяйства, так и интенсивный. Экстенсивный путь заключался в увеличении площади сельскохозяйственных угодий за счет освоения целинных, залежных и неиспользуемых земель. В настоящее время развитие идет по интенсивному пути за счет повышения уровня механизации, автоматизации, химизации и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Оборот пласта остается наиболее распространенным приемом основной обработки почвы. Высокой культуре земледелия в наибольшей степени удовлетворяет так называемая гладкая вспашка без образования свальных гребней и развальных борозд, которая выполняется оборотными плугами. (Цель исследования) Обосновать кинематику пласта при его обороте в собственную борозду без поперечного смещения. (Материалы и методы) При рассмотрении кинематики пласта принимается допущение, что он состоит из связной упругой среды, в процессе оборота в габаритах собственной борозды претерпевает деформации, но не разрушается. Такое допущение вполне корректно, так как известно, что задерненный и влажный пласт вырезается из почвенного массива сплошной неразрывной лентой и, практически сохраняя свои геометрические размеры, оборачивается на 180°. При обосновании траектории пласта применяются классические методы теоретической механики. (Результаты и обсуждения) Рассмотрены уравнения движения точек пласта при его обороте в габаритах собственной борозды. Все точки поперечного сечения пласта в процессе оборота изменяют свое положение в пространстве. Процессы изменений перемещения, скорости и ускорения i-ой точки теоретического пласта происходят по плавным зависимостям, описываемым тригонометрическими функциями. Однако при значении угла поворота ωt = π/2 происходит резкая смена направлений графиков перемещения, скорости и ускорения, что указывает на резко переменные нагрузки, которым подвергается пласт в области этой точки. Объясняется это сменой опорного ребра, относительно которого осуществляется вращение поперечного сечения пласта. Центр тяжести поперечного сечения движется с переменными скоростью и ускорением, что говорит о наличии инерционных сил, на преодоление которых потребуется определенная энергия. (Выводы) Величина затрачиваемой работы во многом будет зависеть от геометрических параметров пласта a, b и режимов его оборота ω. При обороте поперечного сечения пласта на угол ωt = π/2 – γ вертикальное ускорение центральной точки О принимает максимальное значение. В этом положении при определенных условиях возможен отрыв пласта от дна борозды. Исследование кинематики оборота почвенного пласта в собственную борозду позволило обнаружить новые явления, возникающие в процессе его движения и установить закономерности влияния геометрических параметров почвенного пласта на динамические характеристики.

С реализацией плана ГОЭЛРО в конце 1920-х-начале 1930-х годов применение электроэнергии стремились распространить на земледельческие работы в поле, создавая специальные машины и механизмы. Усилия были направлены на поиск возможностей по электрификации энергоемких работ в земледелии. Стали появляться различные конструкции электроплугов и электротракторов. (Цель исследования) Провести анализ работ по созданию электротрактора в СССР в период с 1930 по 1956 год. (Материалы и методы) В работе использован хронологический метод исследований. Изучались научно-технические публикации и другие источники, в которых отражены вопросы изготовления и испытания электротракторов. На основе анализа и обобщения рассмотренных материалов формировались выводы. (Результаты и обсуждение) Начальный этап электрификации операций обработки почвы ознаменовался созданием плугов, приводимых в действие электрическими лебедками. В начале 1930-х годов стали появляться тракторы, в которых тепловой двигатель (внутреннего сгорания) заменяли электрическим. Совершенствование электротракторов привело к созданию гусеничных моделей ХТЗ-15 (Харьков) и ЭТ-5-ЭНИН-ВИЭСХ (Москва). Однако всесторонняя проверка выявила, что не только по техническим, но и экономическим показателям применение электротракторов в полеводстве нецелесообразно. (Выводы) С 1930 по 1956 год в Советском союзе были построены не менее 15 типов колесных и гусеничных электротракторов. Их испытания показали положительные и отрицательные стороны электрифицированной тяговой техники. Технические проблемы, возникшие на пути внедрения электротрактора, не смогли преодолеть инженеры середины ХХ века. Тематика по этому направлению была закрыта в 1956 году.

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.

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 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.

Статья посвящена научным достижениям и разработкам выдающегося российского ученого в области сельскохозяйственного тракторостроения Василия Николаевича Болтинского. (Цель исследования) Формирование и обобщение историко-научных и инженерно-технических представлений о становлении и развитии научно-педагогических школ по исследованию работы тракторных двигателей и машинно-тракторных агрегатов на неустановившихся режимах. Вклад доктора технических наук, профессора, академика ВАСХНИЛ В. Н. Болтинского. (Материалы и методы) В исследовании применен хронологический метод. Использованы историко-научные и информационные материалы, научные публикации ученых, оригинальные научные труды самого академика. Рассмотрены и обобщены исторические факты о роли В. Н. Болтинского в совершенствовании конструкции и повышении эффективности советских тракторов и агрегатов. (Результаты и обсуждения) В. Н. Болтинский посвятил свой трудовой путь от ассистента, доцента до вице-президента ВАСХНИЛ разработке и испытаниям новых образцов зарубежной и отечественной тракторной техники. По результатам своего опыта и многолетних исследований была опубликована монография «Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке», в ней большое внимание уделено влиянию неустановившегося характера нагрузки на показатели работы двигателя. В. Н. Болтинский успешно решал задачи, связанные с повышением рабочей скорости движения машинно-тракторных агрегатов и созданием принципиально новых сельскохозяйственных машин. (Выводы) Жизнь и творческая деятельность В. Н. Болтинского являются образцом человека, ученого, педагога, посвятившего себя науке, воспитанию и профессиональному росту инженерных и научных кадров. В память о ученом ежегодно в России проходит постоянно действующий научно-практический семинар «Чтения академика В. Н. Болтинского».

Рассмотрены вопросы перемещения почвенного пласта при различных способах вспашки. Выявлен эффект продольного перемещения пласта в процессе его оборота. (Цель исследования) Изучение кинематики продольного перемещения почвенного пласта при различных способах оборота (в собственную борозду и в соседнюю борозду) и его количественная оценка. (Материалы и методы) Явление перемещения пласта в продольном направлении было обнаружено при изучении кинематики физических моделей пластов. Для проведения исследований была изготовлена пластичная модель почвенного пласта толщиной 1 сантиметр, шириной 2 и длиной 7,5 сантиметра. Закрутка пласта на 180° осуществлялась на расстоянии 5 сантиметров. Объяснением этого явления может быть тот факт, что при осуществлении оборота пласта его центр тяжести поднимается над дном борозды дважды в результате смены опорных ребер пласта. Вследствие этого средняя линия пласта приобретает изогнутый вид. (Результаты и обсуждение) Проекция изогнутой линии на плоскость дна борозды всегда короче, чем длина самой линии, поэтому, если специально не растягивать пласт, он неминуемо должен переместиться в продольном направлении в сторону защемленного конца на некоторую величину. Установлены зависимости, позволяющие определять величину продольного перемещения, а также скорость и ускорение поперечного сечения пласта при осуществлении оборота в зависимости от кинематических параметров почвенного пласта. (Выводы) Величина продольного перемещения пласта прямо пропорциональна его толщине и зависит от коэффициентов устойчивости и закрутки.

Показали, что сохранение и повышение плодородия почв сельскохозяйственных угодий остается одной из важнейших народнохозяйственных проблем. В почвозащитной системе земледелия безотвальная обработка почвы играет определяющую роль в предупреждении развития ветровой и водной эрозии, в процессах регулирования ее физических, химических и биологических свойств, способствует более полному использованию почвенных и климатических ресурсов для получения более высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. (Цель исследования) Разработка автоматизированной почвообрабатывающей машины для послойной обработки высокотурбулентной воздушной струей, повышающей плодородие почвы и снижающей тяговое сопротивление агрегата. (Материалы и методы) Разработана конструкция автоматизированной почвообрабатывающей машины для послойной обработки почвы высокотурбулентной воздушной струей, при которой по команде системы управления срабатывают пневмоэлектроклапаны и подается сжатый воздух в рабочие органы. Конструкция машины содержит: игольчатые прикатывающие катки с длиной иглы до 10 см, дисковые фрезы с глубиной обработки под корнеплоды – 15-20 и под зерновые – 8-12 сантиметров. Рабочие органы выполнены в виде двух дугообразных ножей и установлены друг за другом с интервалом 15-20 см, при этом передний нож установлен на глубину обработки 10-12, задний на 10-12 сантиметров ниже, (Результаты и обсуждение) Установили, что рассматриваемая конструкция автоматизированной почвообрабатывающей машины позволит импульсными ударами сжатого воздуха, без разрушения структуры почвы, увеличить производительность и обеспечить возможность проводить как сплошную обработку, так и рядовую с улучшением качественных показателей, сократив расход горючего. (Выводы) Разработка конструкции автоматизированной почвообрабатывающей машины для послойной обработки высокотурбулентной воздушной струей создает возможность для сохранения и повышения плодородия почвы.

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

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.

Совершенство техники для внесения минеральных удобрений и химических средств защиты растений является важным условием их эффективности и безопасного применения. (Цель исследования) Провести ретроспективный анализ развития технических средств для внесения минеральных удобрений и химической защиты растений. (Материалы и методы) Изучили монографии, оригинальные и обзорные научные публикации, техническую документацию с использованием хронологического, генетического и описательного методов. (Результаты и обсуждение) Показали, что формирование направлений развития техники для применения минеральных удобрений связано с постепенным освоением разных типов внесения, а опрыскивателей как важнейшего технического средства защиты растений – по мере внедрения разных принципов распыления жидкости. При этом границы между типами и группами сельскохозяйственных машин становятся все более условными. Представили материал о вкладе отечественных ученых и специалистов (А. П. фон Пошмана, А. Е. Зайкевича, Ф. М. Соловья) в совершенствование техники химизации. Выявили присущее как разбрасывателям минеральных удобрений, так и опрыскивателям увеличение параметров ширины захвата, рабочей скорости и производительности по мере углубления химизации. (Выводы) Развитие техники для применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений происходило от примитивных приспособлений и машин к автоматизированным и автоматическим адаптивным техническим средствам точного земледелия, основанным на широком внедрении цифровых и роботизированных устройств, возможностей искусственного интеллекта. В ближайшей перспективе технический уровень этих групп машин будет связан не столько с коренными конструкционными изменениями, сколько с внедрением идеологии точного земледелия.