Научно-технический прогресс, государственные программы по цифровизации отрасли, развитие инфраструктуры ИТ-отрасли, и растущая компьютерная грамотность населения способствуют популяризации и внедрению цифровых технологий в сельскохозяйственное производство. Анализ текущего уровня использования цифровых технологий в сельскохозяйственном производстве показал, что цифровое сельское хозяйство должно базироваться на технологиях, в которых роботизированные средства мониторинга собирают информацию, передают в «облачные хранилища данных», где она обрабатывается и передается в управляющую систему, которая вырабатывает оптимальное решение и передает управляющий сигнал на исполнительные роботизированные средства. Авторами предложена схема системы цифрового управления техническими средствами в сельскохозяйственном производстве, базирующаяся на применении технологий интернета вещей, облачного хранения данных, обработки больших данных и искусственного интеллекта. В сельскохозяйственной машине система управления технологическим процессом должна управлять совокупностью систем управления исполнительных устройств. Авторами представлен алгоритм, по которому работает система управления каждого исполнительного устройства (рабочего органа) сельскохозяйственной машины, оказывающего влияние на параметры протекания технологического процесса. Указаны тенденции развития цифровых технологий в сельскохозяйственном производстве: разработка системы управления технологическими процессами, средств мониторинга и роботизированных технических средств для выполнения технологических операций. Сложнейшей задачей является разработка управляющей системы, так как она должна обладать элементами искусственного интеллекта и заменять функции человека в сельскохозяйственном производстве.

В настоящее время на рынке практически отсутствуют средства механизации, объединяющие операционно за один проход удаление (скашивание) растительности и выравнивающее рыхление верхнего почвенного слоя с измельчением расположенных в нем корневых систем. Цель работы – осуществить теоретический расчет модифицированной конструкции рабочего органа комбинированной ротационной косилки, а также провести его лабораторные и полевые исследования. Комплексные исследования выполнялись с применением оборудования кафедры технологических и транспортных машин и комплексов, кафедры технологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВО Тверская ГСХА и известных методик осуществления экспериментальных исследований. В ходе теоретических исследований определены основные параметры нового рабочего органа, позволяющего осуществлять за один проход два технологических процесса: кошение травянистой растительности и резание с рыхлением верхнего слоя почвы (0…10 см). На основании полученных данных изготовлен работоспособный макетный образец рабочего органа. При испытании в лабораторных условиях вне зависимости от эксплуатационных режимов и исходного состояния обрабатываемой почвы по абсолютной влажности и насыщенности корневыми остатками наблюдалось улучшение ёё агрофизических свойств. Выявлено, что оптимальный уровень абсолютной влажности для воздействия рабочего органа на почвах легкосуглинистого гранулометрического состава составлял 20%, когда при всех значениях насыщенности почвы корневыми остатками отмечались наилучшие показатели оструктуренности и плотности, составившие в среднем 2,24 ед. и 1,26 г/см3 . Установлено, что при малых рабочих скоростях целесообразно использовать более высокую частоту вращения рабочего органа (на уровне 150 мин-1), в то же время при увеличении скорости частоту вращения следует уменьшить (до уровня 110 мин-1). В результате полевых опытов получены данные о целесообразности использования нового рабочего органа, обеспечивающего эффективное кошение травянистой растительности (чистота среза стеблей составляет 95,6%) и рыхление поверхностного слоя почвы (0…10 см), с увеличением коэффициента структурности на 26,8% при оптимизации плотности и измельчении корневых систем. В дальнейшем предполагается разработать и изготовить работоспособную конструкцию опытного образца ротационной комбинированной косилки, сочетающую в себе оптимальную энергоёмкость выполнения и требуемое качество технологических процессов.

В статье представлены аналитические исследования по разработке и обоснованию системы автоматического контроля глубины обработки почвы, разработаны структурная схема и алгоритм линейной системы позиционного управления, а также расчётная схема к формированию алгоритма управления. Определена математическая модель объекта управления регулирования глубины обработки почвы при условии идеального отслеживания траектории точки перемещения подвижных частей приводных механизмов звеньев задающего устройства и штоков исполнительных актуаторов автоматической системы глубины обработки почвы. Система позиционного управления глубины обработки почвы представляет собой механизм регулировки опорного колеса при действующем возмущении на объект управления посредством изменения расстояния между осью вращения колеса энергетического средства привода почвообрабатывающей машины и осью вращения опорных колес машины для обработки почвы. Для определения требуемой точности и режимов применения аппаратных средств в различных фазовых состояниях почвенного слоя выявлен и проанализирован базовый комплект аппаратных средств, отвечающих требованиям управления глубины обработки рабочего органа почвообрабатывающей машины. Комплект включает в себя датчик определения глубины погружения рабочего органа в почвенный слой, микроконтроллер, задающий и контролирующий регулируемое силовое воздействие на почву, то есть вертикальное перемещение штока электроцилиндра и электроцилиндры (линейные актуаторы). Для проверки разработанных алгоритмов функционирования системы автоматического контроля регулирования глубины хода рабочих органов машины для предпосевной обработки почвы необходимо проведение экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

В статье рассмотрены современные устройства для выращивания растений в городских условиях. Значительным недостатком этих устройств является отсутствие возможности модульного проектирования. Проведен анализ существующих средств и методов автоматического контроля и управления в условиях систем интенсивного культивирования. Отмечается, что на рост растений в сити-фермах, помимо технологических факторов, оказывают влияние параметры установок, разнообразность культур и сортов и прочие факторы. Для обеспечения условий микроклимата в пределах агротехнических требований для каждой культуры необходимо отдельно разрабатывать технологию возделывания в сити-ферме с внедрением специальных установок для выращивания, основывающихся на проектных расчетах. Для технологического совершенствования систем сити-фермерства необходимы разработка и совершенствование систем автоматического полива, внесения удобрений и регуляторов роста, контроля за функциональным состоянием растений в режиме online, сбора урожая и контроля его качества. Важным направлением развития является модульное проектирование таких устройств, которое значительно снизит объем конструкторских работ и сократит сроки проектирования, повысит качество и надежность оборудования вследствие предварительной отработки унифицированных узлов и технологии их изготовления. При организации серийного производства модулей сократятся сроки сборочных работ, затраты на освоение машин и линий, что существенно снизит себестоимость оборудования. Авторами высказано мнение о том, что формирование технических систем модульного принципа проектирования, сбалансированных по компонентному составу и производительности конкретных элементов технологических блоков, обеспечит максимальную эффективность производства востребованных видов растительной продукции в условиях городской среды.

Для эффективного применения белково-минерально-витаминных добавок в рационах молочных коров разработана конструктивная схема смесителя для их предварительного смешивания перед добавлением в основной процесс смешивания. На основании структурно-морфологического анализа рассмотрены альтернативные структурные элементы конструкции смесителя с присвоением им условных обозначений. Составлена морфологическая матрица решений, представляющая собой пространство альтернатив. Выбор привода смесителя осуществлялся на основании обеспечения быстроходности, возможности изменения частоты вращения, простоты эксплуатации и стоимости. В конструктивной схеме применен электромеханический привод в сочетании с клиноременной передачей. Такое решение отвечает всем заявленным требованиям и позволяет предохранить привод от возможных перегрузок. Рабочий орган выбирался исходя из необходимости воздействия на материал во всем объеме камеры и исключения застойных зон. Наиболее эффективным для быстроходного смешивания сыпучих материалов является применение лопастной мешалки с шестью лопастями, меняющими положение. В разрабатываемом смесителе кормовых добавок предлагается реализовать смешивание при непрерывно изменяющейся частоте вращения мешалок в диапазоне 500…1500 мин-1. Это позволит использовать преимущества смешивания на высоких оборотах при снижении влияния негативных факторов на конечное качество смеси. Полученная матрица решений позволит определить наиболее перспективные направления при дальнейшей разработке конструкции, что дает возможность повысить качество разрабатываемого технического средства.

Одним из направлений повышения питательной ценности кормов является использование биологически активной добавки на основе пророщенного зерна. Достоверно установлено положительное использование пророщенного зерна пшеницы и ячменя. В то же время возможности использования пророщенного зерна люпина рассматриваются значительно реже. Описана методика и представлены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния предпосевной УФ-обработки и режимов искусственного освещения при проращивании люпина на витаминный корм. В качестве варьируемых факторов выбиралось время УФ-обработки с целью обеззараживания перед проращиванием и время освещения зерна фитолампой при проращивании, а в качестве функции отклика была выбрана длина ростков. Диапазон освещения семян составил от 4 до 10 ч, время облучения УФ – от 60 до 300 с. Период проращивания составил 5 суток. В качестве контроля выступали образцы, освещаемые естественным светом. По экспериментальным данным, получено регрессионное уравнение, описывающее влияние УФ-обеззараживания и времени освещения во время роста на длину ростков, а также построены графические зависимости изменения функции отклика в интервалах варьирования воздействующих факторов. Экспериментальными данными установлено, что увеличение времени УФ-обеззараживания семян положительно сказывается на длине ростков. Выявлено, что на пятые сутки проращивания наибольшая длина ростков (25 мм при 11 мм в контрольных образцах) получена при предварительном УФ-обеззараживании прорастающих семян в течение 300 с и 4-часовом искусственном освещении фитолампой. Экспериментально подтверждена целесообразность применения данной методики при проращивании семян люпина на витаминный корм животным.

Основным условием приготовления кормов является обеспечение высокого качества готового продукта. При этом необходимо повышать эффективность работы и долговечность кормоизмельчителя путем оптимизации его конструктивных параметров с учётом физико-механических свойств перерабатываемого материала. Авторами исследован технологический принцип измельчения корнеклубнеплодов. Рассмотрен процесс работы промышленного кормоизмельчителя роторного типа при переработке свеклы и моркови. Применен метод планирования эксперимента. Прочностные характеристики элементов измельчителя проверялись в ходе проектировочного (подбор формы и угла заточки ножей) и проверочного расчётов на прочность (оценка прочностных характеристик ножей). Показано влияние основных геометрических параметров рабочего органа измельчителя: наклона ножа и угла заточки ножей – в приготовлении качественных кормов. Выявлено, что угол заточки ножей измельчителя следует рассчитывать в зависимости от коэффициента трения исходного материала о корпус измельчителя, вида и свойств подаваемого материала. На основании данных, полученных в ходе лабораторного эксперимента и имитационного моделирования, для достижения большей универсальности с кормоизмельчителем выбрана комбинированная форма режущих кромок ножей – с прямой и зубчатой режущей кромкой измельчителя. Образцы режущих кромок в 30-кратном увеличении, полученные с применением инструментального микроскопа ММИ-2, показали, что оптимальной формой ножа является клин с двойным спуском.

Тенденция увеличения потребления персонализированного питания открывает перспективы промышленного производства молока от индивидуальной коровы с сохраненными полезными компонентами, присущими данному животному, составом по жиру, белку, лактозе и вкусом. В качестве доильной установки рассматриваются роботы, предназначенные для индивидуального доения коров с автоматическим контролем показателей качества молока. При этом молоко, соответствующее параметрам высокого качества, поступает в пластинчатый термоэлектрический охладитель-нагреватель, затем – в упаковочный автомат, где разливается в тару, и далее подается в холодильный шкаф. Выбор в качестве охлаждающего элемента термомодулей обусловлен их высоким быстродействием и возможностью точного регулирования заданной температуры. При этом по горячей стороне термомодуля происходит нагрев воды, которая используется для технологических нужд фермы. Исследование направлено на разработку и обоснование параметров энергосберегающей установки с термоэлектрическими модулями для охлаждения нативного индивидуального молока от коровы и нагревания воды в доильных роботах для производства персонализированных продуктов питания. Представлена схема технологической линии с охлаждением молока непосредственно в процессе доения коровы. Приведены аналитические зависимости для расчета параметров установки с термоэлектрическими модулями для охлаждения по двум вариантам: скорости потока молока и параметрам циклической подачи разовых равных порций молока. Предлагаемая технология и способ охлаждения молока в потоке с использованием термоэлектрических модулей в составе доильных роботов позволяют создать новую технологию производства высококачественной молочной продукции по индивидуальным заказам потребителей.

Рассмотрен опыт использования песка в качестве подстилки на животноводческом комплексе «Уланово» Медынского района Калужской области на 2800 голов. Организация уборки навоза из проходов, поддержание достаточного уровня песка в лежаке, его выравненность требуют комплексного подхода механизации этого процесса в соответствии с требованиями создания комфорта в боксах. Проведён анализ эффективности применяемых машин и оборудования по данному направлению в животноводческом комплексе. Установлено, что более надежной и эффективной при уборке навоза с проходов оказалась самоходная машина Mensch V4500 по сравнению с прицепной цистерной Fligl модели VFW 18 000. Средняя суточная наработка составила 17,1 моточаса, что является оптимальным для фермы на 2800 голов. Механизированная подсыпка песка предпочтительна прицепным пескоразбрасывателем W3385, нежели самоходной моделью Mensch М3620, хотя она более манёвренна, удобна в эксплуатации и высокопроизводительна. Но применение самоходной модели с суточной загрузкой 5,4 моточаса является неэффективным при данном поголовье. Технология использования песка в качестве подстилки в ЖК «Уланово» показала свою эффективность в связи с повышением продуктивности животных, снижением заболеванием маститом, уменьшением выбытия животных по причине заболеваний конечностей. Несмотря на указанные преимущества данная технология не нашла широкого применения в России в связи с высокой стоимостью импортных машин и отсутствием отечественных аналогов, обеспечивающих уборку навоза и внесение песка в боксы.

Повышение ресурса деталей почвообрабатывающей техники применением наплавочного армирования рабочих поверхностей нашло достаточно широкое применение. Однако проведенные исследования были ориентированы на детали, металл которых не подвергался предварительному термоупрочнению. В последние годы почти все комплектующие рабочих органов сельхозорудий упрочняются термообработкой. Особенно это характерно для изделий импортного производства. Исследований по армированию деталей, прошедших подобного рода обработку, недостаточно. Поэтому в задачу исследований входило изучение свойств термоупрочненной стали 65Г после её наплавочного армирования. При проведении экспериментов в качестве основного металла использовались листы рессор из стали 65Г с твердостью около 45 HRC. В качестве наплавочного материала применялись электроды Т-590, предназначенные для наплавки деталей, эксплуатирующихся в абразивной среде. Исследовались три образца: без наплавки, с наплавкой одного валика, с наплавкой двух валиков. Достоверность полученных результатов гарантировалась большим количеством измерений. Механические свойства оценивались твердостью HRC. В результате экспериментов установлено, что значение твердости в 44…47 HRC у листов рессор, снятых с эксплуатации, даёт основание для их применения в качестве ремонтных материалов. При наплавке одного валика исходная твердость основного металла остается на прежнем уровне, наплавка же двух валиков приводит к снижению HRC на 9 ед. Участок между валиками характеризуется наличием трёх зон. Наличие армирующих валиков на поверхности термообработанной стали 65Г обеспечивает увеличение ёё служебных свойств за счет их высокой твердости, уменьшения пути контактирования абразивной частицы с рабочей поверхностью и образования между валиками «псевдосжиженного» слоя перемещающейся абразивной среды.

В статье обоснованы безопасные режимы и методика расчёта двухстадийной технологии сушки с частичной рециркуляцией зерна, при которой зерно недосушивают в зерносушилке на 2…3% до кондиционной влажности, а горячее зерно охлаждают активным вентилированием наружным воздухом, досушивая при этом до кондиционной влажности. Безопасный режим двухстадийной сушки в С-40 предусматривает частичную рециркуляцию зерна с влагосъёмом, близким к нормативному, и влажностью рециркулирующей смеси не более 18%. Рассчитанный из этого условия коэффициент рециркуляции используется для определения температуры рециркулирующей смеси зерна с учётом реверсивной составляющей в шахтной сушилке. Минимизация коэффициента рециркуляции позволяет выдержать допустимую неравномерность по сушке и минимальную трещиноватость. Расчёт процесса рециркуляционной сушки проведён по стандартной методике, но с уточнёнными значениями влагосъёма и температуры смеси зерна. Проведены хозяйственные испытания сушилки С-40 по двухстадийной технологии на зерне кукурузы. Экспериментально установлено, что сушилка С-40 с коэффициентом рециркуляции, равным 2, и влагосъёмом за цикл 4% при сушке зерна кукурузы с влажностью от 23,5 до 15,6%, при температуре агента сушки 95°C обеспечивает пропускную способность 10 т/ч (без охлаждения). Охлаждение осуществлялось на складе. Существенных изменений качества высушенного и охлажденного зерна не установлено: содержание крахмала и трещиноватости практически не изменилось, неравномерность высушенных семян не превысила исходные требования. Экспериментально установлена целесообразность перевода прямоточной сушилки С-40 на рециркуляционный способ.

Одними из важнейших задач животноводства являются создание и поддержание в закрытых помещениях нормированных параметров микроклимата: температуры, влажности, скорости движения воздушных масс, освещенности, газового состава воздуха, взвешенных пылевых частиц. Несоблюдение в закрытом помещении зоотехнических и ветеринарно-санитарных установленных норм при прочих равных условиях может привести к снижению продуктивности, повышенному расходу кормов на единицу продукции, быстрому развитию болезнетворных микробов, распространению инфекций. Предлагается конструкция электрического озонатора воздуха, работающего на основе коронирующего разряда, и системы озонирования воздуха для обеспечения высокого качества обеззараживания воздуха в животноводческих помещениях в соответствии с санитарными нормами. Отличительной новизной предлагаемой конструкции является модуль излучателя, выполненный как керамическое основание, на которое закреплены вольфрамовые электроды в виде сетки с сотовой формой ячейки. Достоинствами предлагаемой конструкции электрического озонатора воздуха являются обеспечение надежности работы за счёт отключения в случае аварийной ситуации, защита от перегрева и критической концентрации озона внутри помещения в одном месте за счёт флюгера, датчиков озона и температуры, блока центрального управления. Предлагаемая конструкция системы электрического озонирования позволит повысить эффективность дезинфекции и дезинсекции воздуха в производственных животноводческих помещениях, а также будет способствовать обеспечению равномерной концентрации озона по объему помещения за счет расположения озонаторов и их скорректированной работы по производительности и равномерности работы излучателя. Предварительные оценочные экспериментальные исследования по проверке работоспособности предлагаемого электроозонатора воздуха в производственном помещении площадью 1600 м2 показали, что его конструкция позволяет при повышении концентрации озона до 0,035 мг/м3 снизить наличие микрофлоры в воздухе с 27520 до 240 колоний/м3 , а также уменьшить содержание вредных газовых примесей сероводорода с 0,16 до 0,0003 мг/л; аммиака – с 0,13 до 0,05 мг/л; углекислого газа – с 10 до 0,2 мг/л.

В статье проводится анализ истории создания и развития Международного общества по инженерной педагогике IGIP – одной из первых международных организаций, специализирующейся на теории и практике подготовки педагогических кадров для инженерного образования. Инженерная педагогика представлена как часть профессиональной педагогики, рассматривающей подготовку профессиональных кадров по разнообразным специальностям и направлениям подготовки. Появление инженерной педагогики относят к 1950 годам. Её ядром стало созданное в 1972 г. в Клагенфурте (Австрия) под руководством Адольфа Мелецинека Международное общество по инженерной педагогике IGIP. Россия присоединилась к этому движению в 1995 г. В ряде инженерных вузов были созданы и успешно функционируют центры IGIP, в которых преподаватели повышают свою профессионально-педагогическую квалификацию, и в случае подтверждения соответствия их уровня подготовки и опыта профессиональной деятельности стандартам IGIP педагогам присваивают звание «Европейский преподаватель инженерного вуза». Тенденции развития Международного общества по инженерной педагогике в России связаны прежде всего с его интеграцией в систему непрерывного профессионально-педагогического образования в условиях цифровой трансформации общества. Необходима систематическая актуализация задач, поставленных перед IGIP. Разработан новый международный стандарт (третьего поколения) минимальной педагогической подготовки, необходимой преподавателям вузов. Устанавливается сотрудничество с другими организациями-партнёрами. Пересмотрена система публикационной деятельности IGIP (учреждён новый журнал iGEP – International Journal of Engineering Pedagogy). Проводимые ежегодно симпозиумы IGIP способствуют интеграционным процессам в профессиональном образовании, усилению академической мобильности. Проводится аккредитация центров инженерной педагогики по международному стандарту IGIP. Важной задачей Международного общества по инженерной педагогике является не только модернизация научно-методических основ вузовской инженерной педагогики в соответствии с актуальными задачами профессионального образования, но и совершенствование методологии инженерно-технического образования в целом как системы, имеющей инвариантные компоненты структуры содержания обучения и вариативные составляющие по уровням и направлениям подготовки.