Том 90, № 4 (2023)

По результатам перерегистрации и по итогам 2022 года ВАК Минобрнауки России включила издание «Тракторы и сельхозмашины» в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук (информационное сообщение исх. № 02-1198 от 06.12.2022 г.).

По коэффициенту научной значимости журнал отнесён к категории К1 (то есть к верхним 25% общего перечня из 2587 рецензируемых научных изданий).

«Тракторы и сельхозмашины» одновременно расширили список научных специальностей отраслей науки, по которым присуждаются учёные степени — к прежним четырём добавились новые шесть специальностей.

Обоснование. В работе показана актуальность задачи определения объективных значений расходов топлива в эксплуатации на основе расчетных методов. Одним из таких методов является имитационное моделирование. Современное развитие компьютерной техники существенно упрощает реализацию системных имитационных моделей, например, в программном продукте Simulink компании Mathworks. При создании модели необходимо выдержать баланс обобщения и детализации, так как излишняя детализация ведет к необоснованно глубокому рассмотрению отдельных элементов системы и к существенному увеличению времени моделирования.

Цель исследования — поиск рациональной структуры модели системы «водитель — автомобиль — окружающая среда», позволяющей обеспечить возможность испытания автомобиля в ездовых циклах или при других сценариях движения.

Материалы и методы. В работе использовалась среда имитационного моделирования Matlab Simulink. На основе анализа конструкции автомобиля и возможностей отдельных инструментов Simulink синтезировалась схема для исследования расхода топлива на примере легкового автомобиля. Полученная модель была отлажена для устойчивого движения автомобиля в различных ездовых циклах с помощью графического анализа.

Результаты. Полученные результаты показывают, что созданная системная имитационная модель работоспособна. Системы управления обеспечивают движение автомобиля согласно режимам смешанного ездового цикла с соблюдением требуемых допусков. Имеется возможность регистрации расходов топлива и других интересующих результатов моделирования.

Заключение. Модель показала относительную простоту настройки и возможность быстрой модернизации для перехода к другим моделям автомобилей. Требуется минимальное количество данных об автомобиле для приведения модели к работоспособному состоянию. Отдельные неизвестные параметры предполагается уточнять с помощью методов идентификации.

Обоснование. Необходимость интенсификации земледелия с возрастающими потребностями в продукции растениеводства, требует постоянного совершенствования почвообрабатывающих рабочих органов. Повышение продуктивности земель требует мероприятий по их рекультивации и мелиорации. Кроме того, все больше нарастает потребность в восстановлении посевных площадей, выбывших из севооборота в виду хозяйственной деятельности человека.

Цель работы ― обоснование энергоемкости процесса обработки почвы скребком с клиновидными ножами.

Материалы и методы. Выполнение поставленных нами задач исследования и расчет мощности, требуемой для работы предложенного нами ротационного механизма с клиновидными ножами осуществляем разложением на составляющие: мощность, затрачиваемую на преодоление постоянных сопротивлений, осуществления процесса резания (деформировании почвенных стружек) и отбрасывания почвы. Обработка теоретических данных производилась с использованием пакета прикладных программ Microsoft office.

Результаты. Анализируя теоретические зависимости влияния скорости перемещения и количества ножей в одной плоскости предлагаемого рабочего органа видно, что при трех ножах в одной плоскости рабочего органа, сопротивление, приходящееся на один нож увеличивается почти в два раза, что будет способствовать общему увеличению сопротивления почвы всему рабочему органу. В то же время, увеличение скорости передвижения оказывает положительный эффект на снижение реакции почвы на рабочий орган.

Заключение. Анализируя приведенные данные, мы наблюдаем, что значения, соответствующие величине сопротивления почвы с увеличением скорости, начинают изменять тенденцию в положительную для нас сторону.

Обоснование. Анализ тенденций развития промышленных технологий в области сельского хозяйства показал, что производители технологического оборудования, применяемого в фермерском хозяйстве, используют роботизацию для исключения труда человека при выполнении трудоемких цикличных операций, которые сопровождаются высокой степенью напряженности. Выполнение операций по приготовлению и раздачи корма на ферме, обслуживанию кормового стола, а также навозоуборка требует использования колесной роботизированной платформы с автоматической системой позиционирования.

Цель работы ― разработка и апробация программно-аппаратного комплекса робот Feed Pusher для автономного выполнения операций по обслуживанию кормового стола на животноводческих комплексах.

Материалы и методы. Моделирование движения колесного робота, а также математическое описание кинематических и динамических характеристик движения колесного робота осуществлялось с использованием программного комплекса Matlab, библиотеки Simscape, в приложении Simulink. Для разработки макетов интерфейсов мобильного программного обеспечения по дистанционному управлению колесным роботом осуществлялось с использованием программы для графического дизайна Figma.

Результаты. В ходе программного моделирования движения колесного робота решены прямая и обратная задачи кинематики, заключающиеся в нахождении векторов ${\omega }_1, {\omega }_2,$ при входных параметрах $x_0, y_0, {\phi }_0, x, y, \phi$, а также конечный угол курса (относительно горизонтали). Разработаны макеты интерфейсов программного обеспечения дистанционного управления роботом, а также проведена Front и Back разработка программы, адаптированная для использования посредствам смартфона. Проведена апробация колесного робота на животноводческом комплексе, в ходе обслуживания кормового стола и одномоментного выполнения операций по подталкиванию корма к ограждению и дозированию кормовых добавок.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования результатов математического моделирования движения колесного робота для настройки работы автоматической системы позиционирования. При этом фермер используя предлагаемый робот Feed Pusher обеспечит повышение технологической эффективности содержание купного рогатого скота, в частности молочного направления с прибавкой в надоях до 1-го литра в сутки на голову, что было определено в ходе испытаний на ферме.

Обоснование. Работоспособность и энергоемкость поступательно движущихся рабочих органов почвообрабатывающих машин во многом определяются параметрами их лезвий. При несоответствии параметров заданным условиям эксплуатации возможно забивание рабочего органа растительными остатками, а вместо менее энергоемкого вида резания почвы — скользящего, может иметь место более энергоемкий вид — рубящее резание. В связи с этим, для ученых, занимающихся совершенствованием конструкций поступательно движущихся в почве рабочих органов очень важно иметь методику оценки формы лезвий.

Цель ― разработка методики сравнительной оценки различных форм лезвий поступательно движущихся рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Методы. В ходе работ использовались основные положения земледельческой механики, высшей математики и теоретической механики. Объектами исследования служили лезвия различных почвообрабатывающих рабочих органов, обеспечивающие скользящее резание почвы. Исследования проводились в Горском государственном аграрном университете в период с 2022 по 2023 годы. Результаты расчетов сравнивались с материалами, изложенными в соответствующих ГОСТах.

Результаты. Разработана методика, позволяющая определять относительные значения и направления равнодействующей силы сопротивления резанию почвы поступательно движущимся лезвием рабочего органа, имеющего разнообразную форму. Приведен пример применения методики для оценки эффективности лезвий садового инструмента, режущая часть которого описывается уравнением прямой линии, окружности, спирали Архимеда, логарифмической спирали и пример оценки криволинейного лезвия для плоскорежущих лап культиваторов.

Заключение. Предложенная методика оценки влияния формы поступательно движущегося плоского лезвия рабочего органа на значение сил сопротивления резанию почвы проста в использовании и может служить основой для дальнейшего развития с целью анализа эффективности формы лезвия ножей, совершающих плоско-параллельное движение.

Обоснование. Подтверждение работоспособности узлов трансмиссий сельскохозяйственных тракторов производители машин получают на основе стендовых испытаний. Разработка технических решений стендов для испытания трансмиссий и систем управления нагрузочными режимами с приближением к эксплуатационным режимам является актуальной технической задачей.

Цель работы ― разработка технических решений стендов для испытания трансмиссий гусеничных тракторов и систем управления нагрузочными режимами на основе анализа эксплуатационной нагруженности трансмиссий.

Материалы и методы. Выполнен анализ эксплуатационной нагруженности трансмиссий гусеничных сельскохозяйственных тракторов семейств ДТ и ВТ, на основе результатов которого разработаны технические решения нагружающих устройств стендов, позволяющие воспроизводить на испытуемых трансмиссиях режимы нагружения с параметрами, статистически эквивалентными эксплуатационным нагрузочным режимам.

Результаты. Предложено техническое решение стенда с гидрозамкнутым силовым контуром, в котором гидронагружатель с вращающимся золотником позволяет за счет подъема и сброса давления рабочей жидкости в напорных магистралях формировать нагрузку на деталях испытуемой трансмиссии в соответствии с полученным в результате предварительного анализа эксплуатационным нагрузочным режимом. Предложено также техническое решение стенда с эксцентриковыми нагружателями, в котором постоянный уровень нагрузки на испытуемую трансмиссию создается воздействующими на гусеничные цепи гидравлическими нагружателями, а переменные нагрузки формируются эксцентриковыми механизмами и возмущениями от перемотки гусеничных цепей.

Заключение. Практическая ценность работы заключается в возможности использования предложенных технических решений испытательных стендов для выполнения испытаний трансмиссий гусеничных тракторов с повышением степени достоверности их результатов за счет приближения условий нагружения трансмиссий на стендах к эксплуатационным.

Обоснование. В современных технологиях уборки основной технологической операцией является механизированное теребление посевов. Льнотеребильный аппарат с поперечными ленточно-дисковыми ручьями является наиболее перспективным. Однако в нем недостаточно обоснованы основные конструкционные параметры теребильных секций, не рассмотрены особенности их компоновки, недостаточно изучены процессы перемещения растений по секциям и теребления короткостебельного льна, что снижает эффективность его применения.

Цель работы ― теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы теребильных секций аппарата с поперечными ленточно-дисковыми ручьями.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования по обоснованию параметров и режимов работы опытных теребильных аппаратов проводили по известным и разработанным методикам, а оценку льнопродукции – по действующим ГОСТам. Определялось влияние скорости агрегата и ширины захвата теребильных секций на показатели агротехнической и технологической оценки работы теребильного аппарата.

Результаты исследования. Получены зависимости для определения конструкционных параметров теребильной секции и минимальной высоты стеблестоя, пригодного для механизированной уборки, установлены условия дотеребливания и перемещения растений в зоне неподвижных направляющих. Конструкции опытных теребильных аппаратов использовали для оценки скорости агрегата; влияния ширины захвата теребильной секции и устранения разделения технологических потоков растений при тереблении на улучшение агротехнических показателей работы и повышение выхода и номера длинного волокна. В аппарате ТЛН-1,9П элементы рамы расположены над теребильными шкивами, и ширина захвата секции 0,38 м, а в аппаратах ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9К за теребильными шкивами, с шириной захвата секции 0,35 и 0,31 м соответственно. Вследствие этого треста имела более высокие показатели качества: 1,5 номера у ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9К и 1,25 номера у ТЛН-1,9П; средний выход длинного волокна у этих аппаратов составил: 13,41, 13,1 и 12,59 % соответственно.

Заключение. При компоновке теребильных аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями элементы конструкции рамы следует располагать за теребильными шкивами, применять технические решения, обеспечивающие кинематический режим работы, равный единице, при ширине захвата секций 0,31 м для уборки селекционно-семеноводческих и 0,35 м для теребления товарных посевов.

Обоснование. Одной из основных задач развития экономики является цифровая трансформация различных отраслей народного хозяйства, в том числе сельского хозяйства. Внедрение цифровых технологий в производственные процессы способствует повышению технико-экономических показателей производства за счет обеспечения своевременного принятия оптимальных управленческих решений, повышения производительности труда, снижения влияния человеческого фактора на производство. Для обеспечения цифровой трансформации сельскохозяйственного производства, в первую очередь, необходимо оценить состояние машинно-технологического обеспечения сельского хозяйства, в частности, тракторного парка, с точки зрения уровня подготовки техники для оснащения цифровыми системами и наличию штатных технических решений адаптации техники к цифровому сельскому хозяйству.

Цель ― определение с учетом текущих тенденций предполагаемые значения показателей уровня технико-технологического обеспечения сельскохозяйственного производства путем разработки прогноза развития парка сельскохозяйственных тракторов и уровня обеспеченности данными видами техники на период до 2030 года.

Методы. При оценке состояния тракторного парка были использованы данные специализированных баз данных по тракторному парку и площади пашни, выбываемой из активного сельскохозяйственного оборота, статистические материалы организаций «Росстат», «Автосельхозмаш-Холдинг». Для прогноза развития тракторного парка были применены статистические методы экстраполяции, реализованные в среде Microsoft Excel.

Результаты. Построен прогноз развития тракторного парка по двум сценариям: пессимистическому и оптимистическому, с учетом применения цифровых технологий.

Заключение. Прогноз развития позволил оценить состояние тракторного парка на 2030 год по различным сценариям.