Интенсификации животноводства приводит к возрастанию антропогенной нагрузки на окружающую среду, что требует разработки новых технологических и управленческих решений. Целью исследований являлось изучение концептуальных подходов по созданию экологических центров промышленной переработки органических отходов животноводства, определение их целей и задач, поиск реализованных примеров. Проанализированы наилучшие доступные технологии и изучены мировые тенденции в области создания интеллектуализированных машинных технологий в сельскохозяйственном производстве. Проведён анализ базовых и перспективных технологий утилизации органических отходов животноводства, включающих шесть основных направлений, выявлены их основные достоинства и недостатки. Удельные капитальные затраты на внедрение технологий из расчёта годового объёма навоза находятся в диапазоне 1600…12600 руб. на тонну, удельные эксплуатационные затраты в диапазоне 300…10000 руб. на тонну. Полученные данные свидетельствуют о сложности выбора единой технологии утилизации, поскольку эффективность каждого технологического решения зависит от ряда факторов. Для решения проблемы предложена концептуальная схема построения центров промышленной переработки органических отходов животноводства. Основной целью центров является вовлечение в хозяйственный оборот дополнительных ресурсов в виде органического вещества, питательных элементов, биоэнергии и новых вторичных продуктов. Основной задачей центров является формирование технических систем, оптимизированных по составу и производительности отдельных технологических блоков, обеспечивающих наиболее эффективное производство востребованных видов конечной продукции и энергетических ресурсов. В качестве аналога рассмотрен итальянский комплекс Biogas Wipptal, перерабатывающий 70 тыс. т навоза в год, выпускающий ежегодно 45 тыс. т органических удобрений, 18 тыс. т очищенной жидкости и вырабатывающий 2 МВт·ч электрической и тепловой энергии. Предварительная оценка на примере Ленинградской области показывает, что создание центров позволит производить высококачественные органоминеральные удобрения экспортного сегмента на сумму не менее 1 млрд руб. в год.

Представлены результаты экспериментальных исследований комбинированного пневмосепарирующего канала фракционного пневмосепаратора, предназначенного для вторичной и окончательной очистки зерновых и зернобобовых культур, семян злаковых и бобовых трав от трудноотделимых примесей. Исследования проведены по общепринятым методикам. На лабораторной установке фракционного пневмосепаратора проводилась очистка искусственно приготовленной зерновой смеси влажностью 14%, состоящей из семян яровой пшеницы сорта Иргина (95%) и лёгких примесей (5%), в качестве которых была взята фракция мелкого зерна овса сорта Вятский размером 1,7 мм. Удельная подача зернового материала в пневмосепарирующий канал соответствовала 1,74 ± 0,1 кг/(с∙м), потери полноценного зерна в отходы составляли 5,7 ± 0,2%. Результаты исследования комбинированного пневмосепарирующего канала с боковым воздухоподводящим патрубком показали нецелесообразность его использования, так как эффект очистки от лёгких примесей составил 74,9%, что на 4,4% ниже, чем у канала без воздухоподводящего патрубка. Исследования комбинированного пневмосепарирующего канала с наклонным всасывающим каналом показали, что максимальный эффект очистки от лёгких примесей, равный 83,0%, достигается при угле наклона всасывающего канала 67º. При этом удельный расход энергии на пневмосепарацию не зависит от угла наклона канала и составляет 0,064 кВт∙ч/т. Установлено, что применение в комбинированном пневмосепарирующем канале наклонного всасывающего канала позволяет повысить качество очистки зернового материала на 3,7% по сравнению с вертикально расположенным всасывающим каналом.

Определение усилия очёса зерновой культуры позволяет произвести оценку потребной мощности на процесс очёса и правильно подобрать энергетические параметры очёсывающего агрегата в целом, а также оценить вероятность отрыва колоса при очёсе. Проведена серия опытов по определению усилий очёса ячменя сортов Владимир, Яромир, а также перспективного сорта голозёрного ячменя Нудум-95. Исследования проведены на полях Калужского НИИСХ. Измерительное устройство представляет собой нагрузочную рамку, образованную двузубой гребёнкой и кронштейнами, и тензопреобразователь. Измерения произведены с гребёнками, имеющими ширину щели 3,3 и 3,6 мм. Определено, что очёс колосьев ячменя гребёнками с шириной щели 3 мм нецелесообразен, так как имеет место значительная доля обрывов колосьев. Получены значения сил очёса колосьев ячменя указанных сортов, построены диаграммы усилий. Наибольшие усилия наблюдались при очёсе колосьев ячменя сорта Нудум-95 с гребёнкой 3,6 мм. Диапазон усилий составил 8,7…12,8 Н. Наименьшие значения усилия 6,9…9,1 Н отмечены при очёсе ячменя сорта Владимир с гребёнкой 3,6 мм. Выполнена статистическая обработка результатов исследования. Определены среднеквадратичные отклонения и коэффициенты вариации усилий очёса. Наибольший коэффициент вариации усилий 13,4% получен при очёсе колосьев ячменя сорта Нудум-95 гребёнкой со щелью 3,6 мм. Наименьший коэффициент вариации усилий 8,7% у ячменя сорта Владимир гребёнкой со щелью 3,6 мм. Результаты расчётов показали, что статистические совокупности являются однородными.

Исследование изменений физико-механических свойств сосковой резины в зависимости от содержания в ней порошкового антибактериального наполнителя проводилось на разработанном стенде, включающем доильный стакан со сосковой резиной, задатчик уровня вакуума, вакуумметр и мультиметр. В заглушке молочной трубки сосковой резины установлен светодиод, а в заглушке её головки – фоторезистор. При увеличении вакуума во внутренней полости сосковой резины происходит сжатие её стенок и снижение светового потока, поступающего от светодиода на фоторезистор, показания которого регистрируются мультиметром. Удлинение сосковой резины определялось её натяжением грузом массой 6 кг. Исследования проведены на трёх комплектах сосковой резины ДД 00.041 А1 РБ, по четыре образца на один доильный аппарат. Первый комплект был без наполнителя, во втором и третьем содержалось соответственно 3 и 5% наполнителя на основе серебра, разработанного компанией ЭКОС. Замеры проведены после 20, 60 и 110 часов работы доильных аппаратов с исследуемой сосковой резиной. Установлено, что добавление в сосковую резину наполнителя увеличивает её жёсткость. В исходном состоянии вакуум смыкания у резины без добавки составил 24 кПа, при 3% – 26 кПа, при 5% – 30 кПа. После 110 часов работы вакуум смыкания снизился: на 6 кПа в первом и втором комплектах и на 8 кПа в третьем. В исходном состоянии удлинение чулка сосковой резины без наполнителя составило 25 мм, с 3% добавки – 22,5 мм, с 5% – 20,5 мм. После 110 часов работы удлинение возрасло: в первом комплекте на 12 мм, во втором на 11 мм, в третьем на 10,3 мм. После 110 часов работы на поверхности резины без наполнителя изменения не обнаружено, в образцах второго комплекта появились шероховатые полоски длиной 40…50 мм, в образцах третьего – сквозные трещины, длиной 20…35 мм. Лучшими характеристиками обладает резана с 3% наполнителя.

Важнейшим элементом конструирования почвообрабатывающих машин является оценка прочностных характеристик почв ненарушенного строения в полевых условиях. Исследованы значения пределов прочности дерново-подзолистой почвы разного гранулометрического состава на сжатие и растяжение в зависимости от абсолютной влажности и количества растительных остатков. Комплексные исследования выполнялись на базе Тверской ГСХА с помощью авторского экспериментального оборудования (патент № 46361 РФ). Установлено, что наибольшим сопротивлением к сжатию по всем категориям сельскохозяйственных угодий характеризовались почвы супесчаного гранулометрического состава, где величина прилагаемого усилия в среднем была выше относительно легкосуглинистых на 4,0…4,5 кПа (4,7…6,4%). В то же время прочность на растяжение, напротив, была выше у легкосуглинистых почв – на 0,4…0,7 кПа (5,6…11,9%). Диапазон абсолютной влажности, обеспечивающий максимальный уровень разрушающих усилий на сжатие, у легкосуглинистой почвы для пашни составил 17…21%, для многолетних трав 20…22%, для сенокоса 18…22%; у супесчаной – соответственно 17…19, 19…20, 18…21%. Диапазон абсолютной влажности, обеспечивающий максимум усилий на растяжение на легкосуглинистой почве составил для пашни 15…17, для многолетних трав 17…18, для сенокоса 18…20%; у супесчаной почвы соответственно 14…16, 17…19, 18…20%. Увеличение растягивающих сил для легкосуглинистых почв относительно пашни составляло у многолетнего травостоя 1,3 кПа (21,5%), у сенокоса 2,0 кПа (32,9%), сжимающих сил – 8,2 кПа (12,2%), 15,9 кПа (23,6%), для супесчаных соответственно – 1,4 кПа (26,5%), 2,2 кПа (40,3%) и 8,4 кПа (11,8%), 15,5 кПа (21,8%). Увеличение диапазона исходных данных по сдвиговым деформациям почвы необходимо для эффективного проектирования рабочих органов почвообрабатывающих машин и агрегатов.

Отказ от проведения операции очистки системы смазки от загрязнений перед заменой отработанного масла на свежее обусловлен высокой ценой и недостаточностью очищающих свойств промывочных масел, используемых для очистки систем смазки дизельных двигателей. В результате проведённых исследований установлено, что очистка системы смазки и удаление загрязнений из масляных каналов может быть проведена отработавшим свой срок моторным маслом без его слива из картера двигателя. Определено, что внесение в отработанное моторное масло гидроксида аммония в смеси с карбамидом и последующая работа двигателя на оборотах 1500…1600 об/мин позволяет удалить из масла практически все виды загрязнений. Очищенное в двигателе масло по основным физико-химическим характеристикам соответствует требованиям, предъявляемым к базовым маслам, используемым при получении промывочных масел. В процессе применения отработанного масла происходит частичная очистка и масляных каналов двигателя. На следующем этапе в очищенное масло в картер двигателя вносятся добавки диметилсульфоксида, изопропилата калия и дизельного топлива. Определено, что последующий запуск двигателя и его работа на холостом ходу с переменными оборотами в течение 30-40 мин позволяет увеличить компрессию в цилиндрах, снизить расход топлива, повысить давление масла в системе смазки. В результате последующей эксплуатации двигателя после его очистки предлагаемой технологией пр оисходит увеличение срока службы свежезаправленного масла на 15…20%, снижаются затраты на проведение операции промывки за счёт отказа от использования дорогостоящих промывочных масел на 30…40%.

Существующие способы обеззараживания молока связаны с большими энергозатратами. Перспективным представляется способ обработки молока озоном и отрицательными ионами. Представлена экспериментальная установка для определения параметров и режимов работы озонатора-ионизатора для молочных ферм, включающая воздушный компрессор, высоковольтный трансформатор, камеру генерации озоно-ионной смеси, озонатор, измеритель концентрации озона, вольтметр и амперметр. На основе зависимостей концентрации озона от времени работы озонатора при разной площади обкладки диэлектрика и производительности установки по озону от электроёмкости установки и рабочего напряжения на обкладках определены критерии оптимизации, которые в большей степени влияют на эффективность работы ионизатора. В результате получены регрессионные уравнения, которые позволили определить параметры озонатора-ионизатора и режимы его работы для молочных ферм: общая ёмкость ионизатора 1,5 мкФ; ток разряда 75 мА; температура +283 К, влажность 67%. Установлено, что увеличение концентрации озона от 50 до 600 мг/м3 зависит от приложенного напряжения. Максимальная концентрация озона в камере достигается через 30 секунд после включения озонатора. Через 6 минут после его отключения концентрация озона снижается практически до нуля. Площадь обкладок озонатора оказывает нелинейное влияние на концентрацию озона.

На основе анализа термограмм растительного сырья, подвергаемого импульсной инфракрасной сушке при постоянной температуре поверхности сырья с использованием релейного регулятора, установлена взаимосвязь изменения частоты срабатывания регулятора и кинетики влагоудаления из сырья. Термограммы, представляющие собой массивы численных значений моментов времени и температур в местах размещения термопар в высушиваемом сырье, подвергали процедуре цифровой фильтрации с использованием преобразования Фурье, реализованного в алгоритме быстрого преобразовании Кули-Тьюки. В результате анализа получено, что изменение частоты срабатывания регулятора в процессе сушки описывается динамической моделью двухъёмкостного инерционного звена, характеризующего процесс влагоудаления из сырья как общее снижение содержания влаги в объёме сырья при наличии изменяющегося во времени градиента содержания влаги по глубине сырья. Окончание процесса сушки характерно снижением скорости роста частоты срабатывания релейного регулятора. Своевременное окончание процесса сушки позволяет снизить удельные затраты энергии и сохранить в продукте сушки большее количество биологически активных веществ.

В данной работе проведена технико-экономическая оценка с учётом капитализации двух систем доения:
доильного робота и доильной установки УДА-16А на примере хозяйства с содержанием 240 голов дойного стада.
Описаны преимущества и недостатки данных систем доения. В результате сравнительной оценки установлено, что
при доении с помощью УДА-16А недополученная прибыль по сравнению с роботом за счёт повышения качества
молока составит 2,16 млн руб., затраты на лечение мастита – 63 тыс. руб., потери продукции у переболевших
животных – 0,81 млн руб. Но при всех своих достоинствах, включающих качественную подготовку животного
к доению и почетвертное доение, повышающих качество молока, доильные роботы за свой срок эксплуатации
не окупают капиталовложений в отличие от доильного зала. Предложена альтернативная система доения в доильных
залах для установок типа «Ёлочка», включающая автоматизированные доильные модули с почетвертным управлением
процессом доения, позволяющая получить дополнительную прибыль около 7,95 млн руб. по сравнению с доильным
залом без почетвертного доения или более, чем вдвое сократить капиталовложения по сравнению с доением
в роботах.

Проанализированы процессы полного и частичного воспроизводства сельскохозяйственной техники. Определены закономерности изменения качества машины с учётом особенностей воспроизводства в сельском хозяйстве, которые обуславливаются кругооборотом и оборотом производственных фондов. Выявлено, что поставляемых тракторов и зерноуборочных комбайнов не хватает для ведения расширенного и простого воспроизводства. Ведение расширенного воспроизводства машинно-тракторного парка может осуществляться только за счёт качественного совершенствования техники. Для экономической оценки качества техники предлагается использовать комплексный показатель - оптимальный критерий качества выполненных работ агрегатом в соответствующих условиях использования на основе расчёта компенсирующих затрат и выравнивающих начислений в отношении к наработке машины.