Научный архив: статьи

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.

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.

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.

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.

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.