Качество выполнения уборочной операции определяется сохранением товарной продукции с минимальным количеством почвенно-растительных примесей. С целью повышения качества процесса уборки картофеля разработан и изготовлен автоматизированный модуль сепарации картофеля от почвенных примесей. Автоматизированный модуль сепарации позволяет получать изображения движущихся биологических объектов, распознавать и обрабатывать их, формировать изображения в образы с последующей классификацией их по уровням (картофель и комок почвы), разделять клубни картофеля и комки почвы потоком сжатого воздуха. Разработанная оптическая система идентификации биологических объектов сочетает модуль подачи и оптическую систему идентификации с системой подсвечивания. Модуль подачи продукции представляет собой конвейер с регулируемой скоростью подачи от 0,5 до 3,0 м/с. Оптическая система идентификации включает в себя техническое зрение и блок управления с системой подсвечивания биологических объектов. Система технического зрения предусматривает наличие камеры с разрешением не менее 5400 пикселей и режимами работы в диапазоне спектров RGB+RGB или NIR+RGB. Лабораторно-полевые испытания автоматизированного модуля сепарации картофеля от почвенных примесей выполнили на уборке картофеля сорта Прайм с урожайностью 236,0 ц/га при глубине хода подкапывающих рабочих органов картофелеуборочного комбайна до 20 см. Поступательная скорость движения комбайна варьировалась в диапазоне 1,0…1,8 м/с, поступательная скорость движения полотна пруткового элеватора достигала 1,55…1,67 м/с. Установили, с ростом поступательной скорости движения элеватора от 1,0 до 1,8 м/с увеличиваются повреждаемость клубней картофеля от 1,2 до 1,9% и полнота сепарации клубненосного вороха от 94,5 до 98,8%. Показатели качества уборочной операции при глубине хода рабочих органов 14,9 см не превысили требований технического задания: полнота сепарации картофеля составила 97,1%, потери клубней картофеля – 2,9%, количество клубней в составе вороха – 80,3%. Результаты исследований послужат в качестве основы для дальнейшего совершенствования автоматизированных систем уборки картофеля и разработки рекомендаций по оптимизации процессов сепарации и повышению качества продукции.

Водосберегающие решения, направленные на снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду, не всегда применяются при проектировании ферм КРС. Разработка техникотехнологических решений (ТТР) является весьма трудозатратной. Исследования проведены с целью разработки алгоритма проектирования водосберегающих технико-технологических решений на молочной ферме КРС, облегчающего выбор эффективной технологии и оборудования. Алгоритм разработан на основе теоретического анализа водосберегающих решений, ранее разработанного алгоритма расчета расхода воды и образования стоков и результатов экспериментальных исследований водосберегающих технических средств. Разработанный алгоритм проектирования водосберегающих технико-технологических решений позволяет оценить эффект от применения устройств и технологий на фермах КРС поголовьем от 50 до 3000 дойных коров с одним доильным залом и наиболее распространенными типами оборудования. Апробация алгоритма проведена для молочной фермы беспривязного содержания на 1200 гол. дойного стада со шлейфом и среднесуточной продуктивностью 28 кг/гол. при доении на доильной установке типа «Карусель». В предлагаемом ТТР с наименьшим расходом воды предусмотрены мытье поилок и очистка образующихся стоков техническим средством мытья поилок, их дальнейшее использование при поении животных. Предусмотрено водосберегающее оборудование: скребок предварительной уборки, мойка высокого давления для уборки пола доильного зала, пенообразующая установка для обработки копыт, скруббер для очистки сосков вымени. Рассчитали, что внедрение водосберегающей технологии и оборудования приведет к снижению объема используемой воды на 7,0 тыс. м³/год (на 10%) и стоков почти на 7,0 тыс. м³/год (на 64%), к снижению количества выбросов СО₂ на 12,3 т/год. При этом капитальные затраты снизятся на 14,8 млн руб., эксплуатационные – на 645 тыс. руб./год, а приведенные – более чем на 2,1 млн руб. Применение алгоритма снизит трудозатраты при проектировании молочных ферм КРС и подборе эффективной технологии и оборудования.

Выбор эффективных технологий уборки и ресурсосберегающих способов подготовки фуражного зерна к скармливанию является важной задачей развития кормовой базы животноводства в регионах повышенного увлажнения. Технологическую и техническую политику уборки зерновых культур в условиях вероятностного характера прогноза изменяющихся погодных условий помогает построить математическое и компьютерное моделирование – в частности, Марковские цепи. Исследования проведены с целью разработки математической модели управления технологическим процессом уборки зерновых культур на основе использования Марковских цепей. В качестве резерва расширения уборочного периода фуражных посевов зерновых культур предложили применить технологии заготовки зерносенажа, уборки колосьев безобмолотным способом, плющения и консервирования зерна, осуществляемых в фазах молочной и восковой спелости. Разработаны оптимизационная математическая модель и программа определения рациональных площадей уборки зерновых культур, которые учитывают вероятность погодных условий и состояние спелости зерновых. Апробация модели и программы проведена для условий Северо-Западного региона Российской Федерации при заданной вероятности неблагоприятных погодных условий 0,6 и доле получаемого семенного зерна в объеме 10%. Частным решением модели предусмотрена заготовка зерносенажа на 56,8% площадей зерновых культур. Очесом колосьев безобмолотным способом планируется убрать 19,7%, на плющение и консервирование зерна придется 7,1%, на производство фуража сушкой остается 4,0% площадей. Разработанная модель показывает, сколько площадей зерновых культур можно довести до полной спелости с приемлемым риском потерь. Предлагаемая модель применима к группе полей, отдельным полям или их частям (с учетом микрорельефа), что актуально для точного земледелия. Предложенный подход оптимизации структуры урожая зерновых культур поможет осознанно управлять долей семенного и фуражного зерна с различными технологиями заготовки.

Разработка селекционных сеялок возможна при детальном изучения закономерности перемещения семян в центробежном распределителе на основе исследования скорости, времени и углового перемещения семян. Оптимальные параметры перемещения семян в центробежном распределителе должны обеспечить точное и бесперебойное распределение семян по патрубкам в семяпроводы для равномерного высева семян в борозду при рядовом посеве. Целью исследований являлось определение параметров перемещения семян в центробежном распределителе селекционной сеялки при взаимодействии его лопаток с потоком семян зерновых или зернобобовых культур. Методология исследований включала в себя анализ физико-математических зависимостей и имитационное моделирование процесса выпадения семян в центробежном распределителе сеялки типа Wintersteiger Plotseed S-ВИМ с частотой вращения распределителя до 3100 об/мин. Разработанная 3D-модель процесса движения семян в центробежном распределителе позволила установить нелинейную зависимость коэффициента трения семян о материал лопаток на динамику процесса. При увеличении коэффициента трения с 0,2 до 0,38 скорость семян при сходе с лопатки снижается с 8,59 до 6,3 м/с (на 36%), время движения по лопатке возрастает с 0,0065 до 0,0086 с (на 32%), а угловое перемещение увеличивается с 1,59 до 2,24 рад (на 40%). Дальнейший рост коэффициента трения до 0,57 приводит к дополнительному снижению скорости на 8% и увеличению времени движения на 54%. Угол схода семян линейно возрастал с 54 до 68 град. Установлено, что качественный посев семян зерновых и зернобобовых культур для сеялки Wintersteiger Plotseed S-ВИМ возможен при условии, когда коэффициент трения семян о материал лопатки равен 0,38, угол схода семени с лопатки соответствует 62,5 град. и скорость семени при сходе достигает 6,3 м/с. Разработанная 3D-модель процесса движения семян в центробежном распределителе поможет в дальнейшем разработать высевающий аппарат с электроприводом для сеялки 3-го этапа селекционных работ с роботизированным кассетным загрузочным устройством.

Существующие вспушиватели лент льна, несмотря на высокую производительность и надежность, не способствуют увеличению выхода длинного волокна. Исследования проведены с целью оценки влияния способа вспушивания на структурные параметры слоя стеблей и разработки рекомендаций для повышения эффективности процесса вспушивания. Созданный новый двухпоточный вспушиватель лент льна ВЛ-2К лишен недостатков серийных машин. Сравнительные исследования структурных параметров слоя стеблей показали минимальное изменение относительной растянутости стеблей при работе вспушивателя ВЛ-2К по сравнению с серийной машиной ВЛ-3, у которой этот показатель почти на 2 п.п. превышает допустимые значения. Вероятность перекашивания стеблей вспушивателем ВЛ-2К составила P (>28°) = 0,004, в то время как угловая дезориентация стеблей, произведенная серийной ворошилкой ВЛ-3, с вероятностью нарушения агротребований достигла P (>28°) = 0,21. Однако для увеличения выхода длинного волокна необходимо добиться снижения растянутости и перекашивания стеблей при выполнении операции вспушивания лент. Поскольку возможность эффективного уменьшения растянутости зависит от угловой дезориентации стеблей, для повышения пригодности слоя к последующей выработке длинного волокна необходимо сначала минимизировать имеющиеся перекосы стеблей, а потом приступать к устранению растянутости слоя. Для профилактики возникновения перекосов стеблей целесообразно соблюдать следующие условия: перемещать ленту стеблей льна над подбирающим барабаном с показателем кинематического режима его работы, равным единице; пальцы подбирающего барабана вспушивателя должны свободно выходить из вспушенной ленты под действием беговой дорожки; льноуборочные машины должны выполнять расстил лент льна принудительно и максимально близко к поверхности поля; не допускать необоснованного уплотнения стеблевой массы в лентах тресты. Растянутость стеблей в слое можно снизить комлеподбиванием. Соблюдение рекомендаций поможет добиться увеличения выхода длинного волокна на льнозаводах.

Измельченное пророщенное зерно целесообразно использовать в качестве витаминной добавки к кормам. Разработана дробилка пророщенного высушенного зерна с двумя соосно расположенными барабанами. Внешний барабан оснащен молотками, а внутренний – ножами. Исследования проведены с целью определения конструктивных параметров дробилки и оптимальных параметров режима ее работы для получения модуля помола зерна 1,2…1,3 мм. Измельченную массу из пророщенных высушенных зерен ячменя и пшеницы просеивали на рассеве У1-ЕРЛ. В результате просеивания массы ячменя получили 90,26% требуемой фракции, 9,6% недоизмельченной фракции и 0,14% потерь. После просеивания пророщенной пшеницы получили 92,19% требуемой фракции, 7,6% недоизмельченной фракции и 0,21% потерь. Полученный состав фракций частиц ячменя достигнут в результате пропускной способности дробилки 510…518 кг/ч; при измельчении пшеницы производительность дробилки достигала 520…535 кг/ч. В результате регрессионного моделирования установлены факторы, влияющие на модуль помола зерна. В частности, для достижения требуемого модуля помола зерна 1,2…1,3 мм необходимо обеспечить: частоту вращения внешнего барабана 2550…2580 мин^-1; диаметр внешнего барабана 0,6…0,62 м; толщину молотков 0,002…0,003 м; частоту вращения барабана с ножами 2820…2840 мин^-1; расстояние между ножами 0,012…0,014 м; угол заточки ножа 14…15 град. Полученные значения конструктивно-режимных параметров помогут в дальнейшем разработать агрегаты для измельчения неоднородных продуктов путем дробления и резания.

Повысить эффективность возделывания картофеля можно с помощью фрезерного почвообрабатывающего агрегата с одновременным внесением органических удобрений в виде пеллет, но для этого нужен специализированный дозатор. Исследования проведены с целью определения типа и конструкции дозирующего устройства органического удобрения в виде пеллет для комбинированного почвообрабатывающего агрегата. Предварительные исследования дозаторов показали, что шнековый дозирующий аппарат по сравнению с катушечным вариантом более простой по конструкции и менее энергоемкий при использовании. Производительность спроектированного шнекового дозирующего аппарата определяли в стационарных условиях на стенде согласно ГОСТ 28714-2007. Исследовали пропускную способность пеллет при 9 частотах вращения вала дозатора. Средние значения по каждой частоте вращения дозирующего вала не превысили заданную неравномерность между повторностями. Установлена функциональная зависимость частоты вращения шнекового вала от заданной дозы и скорости движения фрезерного почвообрабатывающего агрегата. Полученная математическая функция и экспериментальные данные имеют удовлетворительные статистике согласованности, что позволяет использовать полученную зависимость при настройке агрегата к работе. Установлено, что спроектированный дозатор способен вносить под картофель необходимую максимальную дозу птичьего помета в виде пеллет 4 т/га при движении фрезерного почвообрабатывающего агрегата в пределах 5 км/ч. Других норм внесения удобрений можно добиться путем снижения частоты вращения шнекового вала дозатора. Дальнейшие исследования будут направлены на достижение равномерности внесения удобрений шнековым дозирующим аппаратом как по ширине захвата, так и по длине работы машины.

В ремонтном производстве процесс очистки деталей двигателя от нагара осложнен в связи с высокой степенью адгезии нагароотложений к поверхности деталей и устойчивостью их к воздействию моющей жидкости. Исследования проведены с целью обоснования способа удаления нагароотложений и установления оптимального режима очистки выпускных клапанов газораспределительного механизма двигателя. Нагароотложения целесообразно удалять с помощью акустической кавитации. Это связано с тем, что кавитация сопровождается образованием гидродинамических микроударов, под воздействием которых углеродистые отложения разрушаются. Эксперимент по очистке выпускных клапанов газораспределительного механизма двигателя провели в ультразвуковой ванне ODA-DS100. Активность акустической кавитации измеряли кавитометром. Влияние параметров технологического режима очистки – таких, как концентрация моющего средства, температура моющего раствора и продолжительность очистки, на эффективность удаления нагара определяли при последовательном изменении их значений. Качество очистки, оцениваемое по остаточной загрязненности (г/см²), определяемой весовым способом, приняли в качестве критерия оптимальности. Так, качество очистки определяли при концентрации моющего средства Контраст-107 в растворе 10, 20, 30, 40, 50 г/л, температуре моющего раствора 40, 50, 60, 70, 80°C и продолжительности очистки 5, 10, 15, 20, 25 мин. Отметим, что наибольшая активность кавитации достигнута при частоте колебаний 25 кГц. Установили оптимальный режим очистки выпускных клапанов: концентрация моющего средства – 20 г/л, температура моющего раствора – 60°C, продолжительность очистки – 15 мин. Управлять процессом очистки деталей можно посредством изменения частоты ультразвуковых колебаний, концентрации моющего средства и температуры моющего раствора. В дальнейших исследованиях можно изучить влияние на качество очистки геометрической формы детали.

Точность применяемых при ремонте сельскохозяйственной техники и оборудования измерительных приборов влияет на уровень качества восстанавливаемых деталей и узлов. Однако на ремонтных предприятиях калибровка измерительных приборов не является обязательной процедурой. В связи с этим разработана методика оценки погрешности нутромеров на ремонтном предприятии путем проведения многократных измерений образцовой величины. Для достижения статической стабильности и надежности измерений провели три серии экспериментов с нутромерами различного принципа действия. Количество измерений каждым нутромером составляло 5, 10, 15, 20, 25, 40, 60, 80, 100. Выявили, при измерении трехточечным микрометрическим нутромером GUANGXIN 11-14 начиная с 20 измерений происходит значительное снижение влияния случайной составляющей погрешности; стабильность статистических параметров начинается при 25 измерениях. При измерении клиновым индикаторным нутромером НИ 18-50 случайная составляющая погрешности исключается при 40 измерениях, стабилизация статистических параметров начинается с 25 изменений. Индикаторный нутромер с рычажной передачей НИ 100-160 исключает случайную составляющую погрешности при 100 измерениях, статистические параметры стабилизируются при 20 измерениях. В результате исследований установили рациональное количество измерений: 25-кратное измерение гарантирует достаточную точность оценки погрешности прибора и не влечет за собой лишних затрат. Применение разработанной методики на ремонтных предприятиях позволит сократить время проведения измерительных операций без потери качества, повысить достоверность контроля отверстий, снизить процент брака при восстановлении деталей, сократить гарантийные случаи, и как следствие – повысить конкурентоспособность отечественных ремонтных предприятий за счет высокого качества предоставляемых ремонтных услуг.

При капитальном ремонте энергонасыщенных тракторов около 70% валов ответственных узлов требуют восстановления рабочих поверхностей в зоне контакта с уплотнениями. Для предотвращения длительных простоев техники, вызванных неисправностями уплотнительных соединений валов, можно использовать ремонтный комплект (аптечку). Установка тонкостенной ремонтной втулки является быстрым, эффективным и экономически целесообразным способом восстановления герметичности уплотнительных соединений. Цель исследований – разработать ремонтный комплект для восстановления герметичности уплотнительных соединений, в состав которого входят новая манжета и упрочненная тонкостенная ремонтная втулка (ТРВ). Тонкостенная ремонтная втулка толщиной 0,25…0,35 мм изготовлена из стали AISI 321 с упрочнением TiN до микротвердости 18900…21700 МПа. Износостойкость соединений «Вал-манжета» с использованием предлагаемой ТРВ и втулки из стали 45 (эталон) исследовали на изготовленном стенде в течение 32 ч с добавлением в смазку узла 2% абразива. Установили, что титанирование поверхности втулок позволило увеличить их износостойкость в сравнении с заводскими валами в 10 раз и ресурс соединения – на 22%. Характеристики поверхности предлагаемых ТРВ соответствуют конструктивным параметрам, определяющим долговечность уплотнительных узлов валов (ГОСТ 875279). Тонкостенная ремонтная втулка позволяет восстановить работоспособность соединения в минимальные сроки (20-30 мин) даже в полевых условиях. Стоимость предлагаемой тонкостенной ремонтной втулки в 16 раз дешевле стоимости ТРВ иностранных производителей. Результаты исследований подтверждают целесообразность применения ремонтного комплекта (аптечки), включающего в себя упрочненную TiN тонкостенную ремонтную втулку (ТРВ), для восстановления рабочих поверхностей в зоне контакта с уплотнениями. Применение отечественных ТРВ позволит снизить зависимость от импортных комплектующих при восстановлении герметичности соединения «Вал-манжета».

Параметры микроклимата на животноводческих фермах зависят от способа теплообеспечения и воздухообмена. Для повышения сохранности и продуктивности животных предложено использовать разработанный энергоэффективный электрический теплоаккумуляционный обогреватель (КЭТО), состоящий из аккумуляционного блока и блока прямого нагрева, совместно с потолочным вентилятором. Исследования проведены с целью оценки влияния работы потолочного вентилятора на параметры микроклимата в зоне расположения животных при его совместной работе с комбинированным электрическим теплоаккумуляционным обогревателем. Замеры параметров микроклимата (температуры и скорости) производили в нескольких точках по высоте помещения в двух режимах: при работающем потолочном вентиляторе и без него. В результате исследований получили интерполяционные полиномы зависимости изменения температуры воздуха с учетом расстояния от вертикальной оси потолочного вентилятора при двух режимах и зависимости распределения скорости воздуха в помещении при работающем вентиляторе. Установлено, что совместная работа КЭТО с потолочным вентилятором позволяет повысить температуру воздуха в рабочей зоне отапливаемого помещения на 2…3°C при снижении мощности системы теплообеспечения не менее чем на 15%. Энергосберегающий эффект достигается за счет использования теплоты воздуха, скапливающегося в верхней зоне помещения (под потолком), при его подаче потолочным вентилятором в рабочую зону. Результаты экспериментальных исследований применения КЭТО совместно с потолочными вентиляторами показали более равномерное распределение температуры воздуха по высоте помещения при соблюдении нормативной скорости движения воздуха в рабочей зоне (не более 0,2…0,4 м/с). Результаты исследований могут быть использованы при проектировании энергосберегающих систем электротеплоаккумуляционного обогрева животноводческих помещений ферм КРС и разработке типоразмерного ряда КЭТО.

Подготовка инженерных кадров в условиях цифровой трансформации сельскохозяйственного производства требует пересмотра структуры их профессиональной компетентности. Профессиональная компетентность включает в себя мотивационно-личностный, функционально-деятельностный и рефлексивно-оценочный компоненты. Особое внимание нужно уделить изучению метакогнитивной включенности в учебно-профессиональную деятельность студентов как ключевого фактора формирования профессиональной компетентности будущих специалистов. Исследования проведены с целью изучения динамики уровня сформированности метакогнитивных процессов студентов. Показано, что в условиях стремительных изменений производственных технологий особую важность приобретает развитие метакомпетенций, обеспечивающих умение осваивать новые знания и технологии, адаптироваться к изменениям и планировать собственную профессиональную траекторию. Представлены результаты опытно-экспериментальной работы, проведенной среди 68 студентов первого и третьего курсов агроинженерных направлений подготовки. Установлено, что несмотря на незначительное улучшение некоторых метакогнитивных характеристик у обучающихся старших курсов, различия не достигают статистически значимого уровня. Это свидетельствует о необходимости включения специализированных форм учебной деятельности, нацеленных на развитие метакогнитивных навыков. Предложен комплекс мер по совершенствованию образовательного процесса, в том числе широкое использование интерактивных методов обучения, организация производственной практики, включение элементов компьютерного моделирования и проектирование ситуаций, приближенных к реальной профессиональной среде. Предлагается усиление психолого-педагогической подготовки студентов, направленной на развитие рефлексивных навыков и способности к саморазвитию. Разработка образовательных моделей, учитывающих особенности современных тенденций в агроинженерии, позволит сформировать активную, творческую и технологически грамотную личность специалиста.

Взаимодействие субъектов образовательных отношений в электронной информационно-образовательной среде (ЭИОС) требует от профессорско-преподавательского состава готовности применять цифровые образовательные ресурсы и сервисы (ЦОР и ЦОС), составляющие инфраструктурную основу современного образовательного процесса. Исследования проведены с целью диагностики уровня готовности преподавателей аграрного профиля к реализации образовательного процесса в ЭИОС вуза. Эмпирические исследования проведены на базе Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева. В исследованиях приняли участие 323 преподавателя. Анализ диагностики сформированности готовности преподавателей аграрного профиля к профессиональной деятельности в ЭИОС в соответствии с трехуровневой авторской классификацией, включающей в себя непродуктивный, базовый и продуктивный уровни готовности, показал непродуктивный уровень сформированности мотивационного, когнитивного и деятельностного компонентов готовности преподавателей. После обучения преподавателей по дополнительной профессиональной программе «Электронная информационнообразовательная среда» распределение по мотивационному компоненту готовности следующее: непродуктивный уровень – 15,2% (49 чел.), базовый уровень – 42,4% (137 чел.), продуктивный уровень – 42,4% (137 чел.); по когнитивному компоненту: непродуктивный уровень – 17,3% (56 чел.), базовый уровень – 50,5% (163 чел.), продуктивный уровень – 32,2% (104 чел.); по деятельностному компоненту: непродуктивный уровень – 17,3% (56 чел.), базовый уровень – 53,3% (172 чел.), продуктивный уровень – 29,4% (95 чел.). Результаты исследований подтвердили необходимость целенаправленной и систематической подготовки преподавателей университета к использованию ЦОР и ЦОС. В целях формирования такой готовности необходимо создавать условия для повышения мотивации преподавателей и студентов к работе в среде для творческой реализации образовательного процесса с использованием ЦОС и ЦОР и повышения качества подготовки кадров для агропромышленного комплекса.