Modern agriculture technologies and equipment - trends of an AGRITECHNIKA 2019 exhibition

Full Text

Введение Раз в два года в г. Ганновере (Германия) на территории выставочного центра Deutdche Messe проходит масштабная выставка AGRITECHNIKA, посвященная современным тенденциям развития техники сельскохозяйственного назначения. В этот выставочный сезон экспозиция, как всегда, отличалась большим разнообразием. Были широко представлены новейшие технологические решения мирового сельскохозяйственного машиностроения (рис. 1). Предложения производителей техники дополнялись многочисленными международными семинарами и симпозиумами, на которых обсуждались тенденции развития техники, отраслей сельского хозяйства и его технического обеспечения. Главное внимание организаторов выставки было уделено демонстрации новинок тракторов и транспортных средств, а также большому ассортименту почвообрабатывающей техники, техники для посева, ухода за растениями, внесения удобрений и средств защиты растений, комплектующим и запчастям. Были представлены многочисленные средства механизации для лесоводства, овощеводства и картофелеводства (рис. 2) и выполнения коммунальных работ. В качестве глобального перспективного направления следует отметить ускоренное внедрение современной электроники, что способствует значительному повышению эффективности сельскохозяйственной деятельности (рис. 3). Всего несколько лет назад из-за высокой стоимости электронных комплектующих и соответствующего программного обеспечения эти системы применялись лишь при производстве сельскохозяйственных машин и оборудования высокого технического уровня, например уборочных комбайнов [1-4]. Экономически выгодные современные электронные системы управления сегодня успешно применяются и в технике общего назначения (машины для обработки почвы и посева, внесения удобрений и ухода за растениями). Робототехника, автоматизация управления и приводов, спутниковые системы на основе GPS - это лишь часть примеров продемонстрированных перспективных технологий (рис. 4). Цель исследований Выявление новых отраслевых тенденций развития техники, технологий и технологического оснащения изделий сельскохозяйственного машиностроения. Материалы и методы Материалом послужили официальные информационные издания ведущих компаний-производителей сельскохозяйственных машин и оборудования, рекламные брошюры, выставочные информационные сборники-дайджесты, видеоролики и визуальное наполнение. В качестве основного метода применялся сравнительный анализ, базирующийся на имеющемся опыте авторов. Результаты и обсуждение Университет прикладных наук из города Оснабрюка (Германия) на своем небольшом стенде презентовал мобильную лабораторию отбора почвы и обработки данных для ресурсоэффективного растениеводства (рис. 5). Разработка этого проекта длилась с 2016 по 2019 г., его стоимость составила €1,7 млн. Финансирование обеспечивало Министерство продовольствия и сельского хозяйства Германии. Рис. 5. Мобильная лаборатория отбора почвы и обработки данных (Amazone) Fig. 5. Mobile laboratory for soil sampling and data processing (Amazone) Основными тенденциями развития тракторов являются: расширение мощностного диапазона; применение в двигателях нетрадиционных видов топлива; снижение вредного воздействия на почву их движителей (расширение сферы применения гусеничных и трехосных колесных тракторов); использование электронной системы для управления подачей топлива, положением ходовой системы тракторов при независимой подвеске, выравниванием кабины при работе на склонах, переключением передач под нагрузкой, системой гашения колебаний сидения тракториста; регулирование навесной системы. Из основных производителей тракторов на выставке были представлены фирмы Fendt, John Deere, New Holland, Massey Ferguson, Claas, ОАО «Кировский завод» (Россия) и ПО «МТЗ» (Беларусь) (рис. 6). Трактор Fendt 942 Vario, удостоен звания «Трактор года 2020». Трактор оснащен 6-цилиндровым двигателем MAN с рабочим объемом 9 л и турбиной с изменяемой геометрией (VTG), а также трансмиссией Fendt Vario Drive, мощностью 415 л.с. (рис. 7). Также на выставке был представлен трактор Fendt 200 V/F/P Vario с автоматизированной системой управления Braun. Система автоматического управления транспортом и навесным оборудованием в виноградарстве получила серебряную медаль Agritechnica Innovation Award 2019. Это совместная разработка Fendt и Braun. Состоит из лазера, гироскопа, блока управления VPA и терминала. Компания получила серебряную медаль и за другую свою разработку - систему управления Fendt IDEAL Drive. Ее преимущество в том, что управление техникой осуществляется без рулевого колеса, а с помощью джойстика. Помимо улучшенного обзора на дорогах общего пользования увеличены комфортность и маневренность эксплуатации комбайна во время уборочных работ. Инновацией является разработка фирмы John Deere за разработку электромеханической коробки передач ЕAutoPower, с разделением потока мощности. В данной модели гидроагрегат (насос/двигатель) полностью отсутствует, вместо этого в качестве бесступенчатого привода используются два электродвигателя (рис. 8, 9). Электродвигатели разработаны таким образом, чтобы они не только питали привод, но и могли обеспечить до 100 кВт электроэнергии для внешнего потребления. В результате возможная электрификация навесного трактора демонстрируется с помощью системного решения для разбрасывания навоза, разработанного совместно с Joskin, где две оси на разбрасывателе Tridem имеют электрический привод. Корпорация John Deere, входящая в список 100 крупнейших мировых промышленных компаний, продолжает расширять сферу своего присутствия в направлении роботизаци (рис. 10). Кроме того, компания John Deere демонстрировала опрыскиватель с интеллектуальной системой внесения рабочей жидкости (рис. 11). Также был представлен ряд конструктивных решений по управлению трактором и навесными орудиями по системе ISOBUS, которая позволяет с помощью одного терминала управлять прицепными и навесными машинами. В линейке тракторов присутствуют машины основных типов: универсально-пропашные (115-330 л.с.), общего назначения (89 л.с.), полноприводные (388-543 л.с.), гусеничные (439-543 л.с.) и специального назначения (93 л.с.) Машины и орудия для обработки почвы и посева были представлены как давно известными фирмами-изготовителями Amazonen Werke, Lemken, Horsch, Rabe (Германия), Kverneland (Норвегия), Kuhn, Gregoire Besson (Франция), Vaderstad (Швеция), Gaspardo (Италия), так и менее известными Sulke, Agrisem (Франция), Vogel Noot, Pottinger (Австрия), Konskilde (Дания), Sumo (Великобритания), Ma Аg (Италия), Farmet (Чехия) и др. На выставке были широко продемонстрированы машины для традиционной отвальной системы земледелия, безотвальной, мульчирующей и прямого посева. Для отвальной системы земледелия фирмы Lemken, Rabe, Kverneland, Kuhn, Gregoire Besson, Vogel Noot представлены как оборотные, так и загонные плуги. Особый интерес представляют плуги, оборудованные пластинчатыми отвалами с предплужниками и регулируемой шириной захвата корпусов (рис. 12). Достоинством пластинчатых отвалов является снижение энергоемкости вспашки и улучшение качественных показателей (оборот пласта и крошение), особенно тяжелых и торфяных почв. Фирма Lemken представила оборотный плуг Juwel 10 (рис. 13) для отвальной обработки. Он может иметь от 3 до 7 корпусов, устанавливаемых на раме 160×160 мм, что позволяет выполнять технологический процесс обработки почвы на ширину от 108 до 385 см. Кроме того, ряд фирм, и в первую очередь Vogel Noot, представляли оборотные плуги с отклоняющейся перед началом оборота рамой, что позволяет уменьшить нагрузку на навеску трактора, а, следовательно и опасность его опрокидывания. На некоторых типах плугов имелись специальные механизмы оборота, благодаря которым стало возможным движение трактора вне борозды. Это позволяет уменьшить уплотнение почвы, а также дает возможность использовать тракторы со сдвоенными колесами. Для улучшения качества вспашки, при использовании предплужников, на некоторых плугах устанавливаются в паре с предплужником отводящие щитки, которые предотвращают запутывание растительных остатков вокруг грядиля. Кроме того, в качестве альтернативы сплошному долоту применяют составное, а дорогостоящим дисковым ножам - нож, установленный на полевую доску. В качестве защиты корпусов плуга от поломок при встрече с препятствием предлагаются «срезной болт», пружинная, рессорная или гидравлическая защита (рис. 14). При использовании плугов на вспашке под озимые культуры многие фирмы предлагают приставки для дополнительного крошения и уплотнения почвы, как навесные, так и прицепные. В качестве почвообрабатывающих пассивных рабочих органов для предварительной обработки почвы используются, в основном, дисковые рабочие органы [5], установленные на индивидуальной подвеске или собранные в батареи (рис. 16). При этом в зависимости от условий работы индивидуальные диски могут устанавливаться жестко или иметь различные типы защиты рабочих органов. Кроме орудий с дисковыми рабочими органами, для более качественной обработки почвы были представлены различные комбинации диско-лаповых комбинированных агрегатов, выполняющих одновременно рыхление на заданную глубину лаповыми рабочими органами и мульчирование дисками различных типов (рис. 16). Наряду со сферическими гладкими и вырезными дисками используются веерные и волнистые диски (рис. 16). Для посева зерновых культур на выставке были представлены как отдельные сеялки, так и комбинированные почвообрабатывающе-посевные агрегаты с различным набором почвообрабатывающих рабочих органов (рис. 17). Лауреатом серебряной медали за инновации была признана система автоматической системы контроля глубины посева Smart Depth, которую представила фирма John Deere (рис. 18). Сеялки и агрегаты демонстрировались в навесном и полунавесном вариантах. При этом наряду с пневматическими высевающими системами часть сеялок и комбинированных агрегатов имела механическую систему высева (рис. 19). Анализируя конструкции посевных машин, можно увидеть, что все фирмы, наряду с созданием новых конструкций, активно ведут работы по совершенствованию отдельных элементов систем высева и сошниковых групп. В первую очередь это касается делительных головок, приводов высевающих аппаратов, высевающих катушек, подвески сошников и загрузочных устройств. Одним из направлений, позволяющих существенно снизить затраты труда и расход топлива на обработке почвы и посеве, является прямой посев [6, 7]. Однако, несмотря на это, сеялки прямого посева используются в основном для подсева трав и промежуточных культур после уборки зерновых. Кроме того, они могут применяться для посева зерновых культур по отвальным и безотвальным фонам. Следует отметить, что на выставке было представлено большое разнообразие машин для посадки овощных культур и картофеля ведущих фирм сельскохозяйственного машиностроения: AVR (Бельгия), Grimme, Miedema (Голландия), Wifo (Голландия), JJ Broch (Испания), Plant, Ferrari (Италия) (рис. 20). Основными направлениями совершенствования данной группы машин является разработка отдельных элементов высаживающего аппарата, сошниковых и заделывающих групп: высаживающих элементов, конструкций бороздораскрывающих и бороздозакрывающих рабочих органов. Кроме того, следует обратить особое внимание на использование в конструкции высаживающих аппаратов (рис. 21, а) а также в машинах для посадки луковиц - ориентирующе-дозирующих устройств, обеспечивающих ориентированную подачу луковиц в борозду и равномерность распределения луковиц в борозде (рис. 21, б) [8], с использованием полимерных и композиционных материалов. Следует отметить, что впервые за все время работы выставки AGRITECHNIKA лауреатом серебряной медали признан российский концерн «Ростсельмаш» за разработку системы ночного видения RSM Night Vision. Выводы Анализ представленных машин и оборудования на выставке Agritechnica 2019, позволяет сделать следующие выводы. 1. В современных сельскохозяйственных технологиях и машинах широко используются сложные и разнообразные механические, гидравлические, электрические, электронные и различные комбинированные системы, в том числе различных отраслей промышленности для передачи энергии, управления, обеспечения условий труда операторов. 2. Расширяются технологические варианты работы ряда технических средств, в том числе транспортных, для дополнительной сепарации минеральных примесей из массы товарной продукции. 3. Расширяется номенклатура комплектующих изделий и запасных частей к техническим средствам, в том числе с использованием полимерных и композиционных материалов. Анализ позволил выявить следующие основные тенденции совершенствования машин. 1. Изменение геометрии рабочих органов и исследование режимных и технологических параметров почвообрабатывающих машин, позволяющих обеспечить качественное выполнение технологического процесса в зависимости от почвенно-климатических условий. 2. Исследование показателей качественной обработки почвы в зависимости от различной комбинации диско-лаповых комбинированных агрегатов, выполняющих одновременно рыхление на заданную глубину лаповыми рабочими органами и мульчирование дисками различных типов. 3. Создание комбинированных почвообрабатывающих агрегатов с новыми конструктивными и материаловедческими свойствами рабочих органов с нанесенными износостойкими покрытиями обеспечивающих повышение ресурса. 4. Разработка и исследование дисковых рабочих органов, установленных на индивидуальной подвеске или собранных в батареи. Рис. 1. Общий вид отдельных машин специализированной выставки сельскохозяйственной техники Agritechnica 2019 Fig. 1. Individual machines of the Agritechnica 2019 specialized exhibition of agricultural machinery Рис. 2. Общий вид блока машин отрасли овощеводства и картофелеводства Fig. 2. Section of machinery for the vegetable and potato industry Рис. 3. Система iQblue Connect автоматизации привода навесного оборудования через мобильный модуль Fig. 3. iQblue Connect system for automation of attachable equipment drive automation via mobile module Рис. 4. Разработки в области робототехники, автоматизации управления и приводов Fig. 4. Developments in robotics, automation of control and drives а б в г д е Рис. 6. Общий вид тракторов специализированной выставки сельскохозяйственной техники Agritechnica 2019: а - беспилотный трактор Case IH; б - концептуальный трактор Steyr Konzept; в - трактор Fastrac 4220 (JSB); г - трактор на метане New Holland Methane Power; д - трактор Belarus 952; е - трактор Claas Axion 960 Terra Trac Fig. 6. Tractors of the specialized exhibition of agricultural machinery Agritechnica 2019: a - Case IH unmanned tractor; b - Steyr Konzept concept tractor; c - Fastrac 4220 (JSB) tractor; d - New Holland Methane Power methane tractor; e - Belarus 952 tractor; f - Claas Axion 960 Terra Trac tractor Рис. 7. Трактор Fendt 942 Vario Fig. 7. Fendt 942 Vario tractor Рис. 8. Общий вид трактора John Deere с электромеханической коробкой передач Fig. 8. John Deere tractor with electromechanical transmission Рис. 9. Общий вид электромеханической коробки перемены передач John Deere Fig. 9. Electromechanical gearbox of John Deere Рис. 10. Общий вид роботизированного трактора Joker фирмы John Deere Fig. 10. Robotic tractor Joker from John Deere Рис. 11. Опрыскиватель John Deere Fig. 11. John Deere sprayer Рис. 12. Общий вид машин для отвальной обработки почвы Fig. 12. Machinery for moldboard tillage Рис. 13. Общий вид оборотного плуга Juwel 10 (Lemken) Fig. 13. Reversible plow Juwel 10 (Lemken) Рис. 14. Общий вид предохранительных устройств почвообрабатывающих рабочих органов Fig. 14. Safety devices of tillage working bodies Рис. 15. Общий вид дисковых рабочих органов почвообрабатывающих рабочих органов Fig. 15. Disk working bodies of tillage working bodies Рис. 16. Комбинация диско-лаповых почвообрабатывающих рабочих органов Fig. 16. Combination of disc-tine tillage working bodies Рис. 17. Почвообрабатывающие посевные агрегаты Fig. 17. Tillage and sowing machinery Рис. 18. Система контроля глубины посева Smart Depth фирмы John Deere Fig. 18. Seeding depth control system Smart Depth by John Deere а б Рис. 19. Системы посева: а - механическая система фирмы Amazone; б - пневматическая система фирмы Monosem Fig. 19. Sowing systems: a - mechanical system from Amazone; b - pneumatic system from Monosem а б в г д е Рис. 20. Машины для посадки овощных культур и картофеля: а - машина для посадки луковиц фирмы Wifo; б - машина для посадки чеснока фирмы JJ Broch; в - рассадопосадочная машина с револьверным высаживающим аппаратом фирмы Plant; г - рассадопосадочная машина с револьверным высаживающим аппаратом фирмы Ferrari; д - машина для посадки клубней картофеля фирмы Grimme; е - машина для посадки клубней картофеля фирмы Miedema Fig. 20. Machinery for planting vegetables and potatoes: a - machine for planting bulbs from Wifo; b - JJ Broch garlic planting machine; c - transplanting machine with a revolving planting apparatus from Plant; d - transplanting machine with a revolving planting apparatus from Ferrari; e - machine for planting potato tubers from Grimme; f - machine for planting potato tubers from Miedema а б Рис. 21. Использование полимерных материалов в конструкции высаживающих аппаратов Fig. 21. The use of polymeric materials in the design of planting devices

About the authors

A. Y.U Izmaylov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

Y. A.P Lobachevskiy

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

A. S Dorokhov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

A. V Sibirev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

V. A Kryuchkov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

N. V Sazonov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: sibirev2011@yandex.ru
Moscow, Russia

References

Supplementary files