Обоснование перспективы развития тракторного парка России и его обеспечения энергетическими агрегатами является важной задачей в создании технологической базы для эффективного решения проблем в сельскохозяйственном производстве. С основой на показателе энергообеспеченности производства сельскохозяйственной продукции на уровне экономически развитых стран мира рассмотрены потребности России в сельскохозяйственных тракторах и двигателей для них. В результате проведенного анализа показано, что парк тракторов сельскохозяйственного производства составляет около 200 тыс. ед. и требует серьезного развития. Для эффективного сельскохозяйственного производства необходимо поднять уровень энергообеспеченности сельскохозяйственными тракторами в России не ниже уровня передовых экономически развитых стран. За перспективный уровень была принята энергообеспеченность тракторной техникой 4 кВт/га и сделана оценка необходимого количества тракторов. Установлено, что для обработки пахотных земель России площадью 80 млн га (по состоянию на 2020 г.) весь спектр сельскохозяйственных тракторов по тяговому классу составит около 2,5 млн шт. Для обработки всех пахотных земель России около 120 млн га (по состоянию на 1990 г.) потребуется на 1/3 больше техники. Для поддержания тракторного парка на этом уровне необходимо обеспечить ежегодную поставку не менее 250 тыс. шт. различных двигателей общей мощностью не менее 320 ГВт. Решение этой задачи возможно при увеличении производственных мощностей существующих моторостроительных заводов и разработке новых дизельных двигателей для тракторов тяговых классов 0,6…1,4 мощностью от 20 до 70 кВт.

Исследования по разработке системы автоматического контроля прикатывающих рабочих органов направлены на установление достоверностей и аналитических зависимостей, определение качественных показателей работы в реальных условиях прикатывающих рабочих органов посевной машины, проверку закономерностей, полученных в полевых условиях и выявленных теоретическим путем. Исследования по разработке системы автоматического контроля прикатывающих рабочих органов проводились при посеве дражированных семян столовой свеклы сорта «Бордо» на посевном агрегате, состоящем из трактора марки «Беларусь-4235» и машины точного высева «Monopil S15/12». Система автоматического контроля плотности почвы включает в себя основные аппаратно-программные средства: актуаторы поддержания и заглубления прикатывающих рабочих органов, микроконтроллеры, драйвера моторов, бесконтактный ультразвуковой датчик, блок питания и датчик измерения плотности почвы. Представлены результаты исследования по определению плотности почвы при посеве семян столовой свеклы в зависимости от влажности почвы в посевном слое. Описана методика проведения исследований, отображены графические зависимости изменения плотности почвы от глубины заделки семян, получены основные статистические характеристики эксперимента. Разработаны конструктивно-технологическая и функциональная схемы прикатывающего катка с автоматической системой контроля с использованием электронно-управляемых электроцилиндров (линейных актуаторов). Установлены оптимальные параметры линейного привода прикатывающего катка: мощность – 50 Вт, питание – 12 V, ход штока – 200…600 мм, скорость – 10…45 мм/с, нагрузка – 200…900 H. Экспериментальные исследования показали применимость представленной системы автоматического контроля плотности почвы, обеспечивающей оптимальную плотность семенного ложа 1,3…1,4 г/см³. Описанная методика может быть использована при разработке системы контроля плотности почвы при посеве семян других овощных культур.

Проведен анализ обширного набора данных измерений профиля дневной поверхности обработанной почвы для оценки агротехнических показателей. Исследования проводились на небольшом сельскохозяйственном водосборе Орининского сельского поселения, который находится в Моргаушском районе Чувашской Республики. Были выбраны три сельскохозяйственных поля, размеры которых варьировались от 25 до 53 га. Исследуемые участки были обработаны различными способами: вспашка с боронованием, дискование почвы и зяблевая вспашка. Профили изучаемых элементарных участков измерялись с помощью разработанного наземного кругового лазерного профилометра. Данные о состоянии профиля использовались для определения основных агротехнических показателей: комковатости, глыбистости, уклона поверхности, а также отклонения направления движения машинно-тракторного агрегата от линии равной высоты. Разработано программное средство для обработки и анализа данных поступающих с датчиков. По результатам его работы установлено, что отклонение проекции линии наибольшего изменения высоты (по которой измеряется уклон) от направления движения обрабатывающей техники составляет угол 62, уклон составляет 6,5, в количественном распределении по размерам преобладают агрегаты 1…4 см в диаметре. Средневзвешенный диаметр комков составил 3,99 см. Результаты исследований позволяют рекомендовать метод определения агротехнических показателей дневной поверхности для оценки обработанной почвы согласно агротехническим требованиям.

Механизированные процессы защиты растений от вредителей, болезней и сорняков являются одними из основных составляющих интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Анализ статистических данных показывает, что в настоящее время сельскохозяйственные организации оснащены средствами механизации химической защиты растений на 8,7% от научно обоснованного норматива, рекомендуемого для нашей страны. Поэтому рынок техники для химической защиты растений в России в настоящее время является весьма привлекательным для продвижения продукции и развития производства. В России осуществляется производство опрыскивателей, но разработка и изготовление новой техники для защиты растений в большинстве случаев выполняются без учета современных достижений отечественной и зарубежной науки, международных стандартов, технологических и экологических требований. На примере стран Европейского союза авторы указывают на необходимость совершенствования российского законодательства в области защиты растений и контроля технического состояния опрыскивателей, а также разработки нормативных документов и утверждения регламентов, предусматривающих конструктивные, технологические и экологические требования к технике для защиты растений. При развитии производства средств механизации защиты растений приоритетными должны быть внедрение и совершенствование систем информатизации и автоматизации технологических процессов и отдельных систем с использованием современных отечественных и зарубежных научных разработок, направленные на повышение качества защиты растений и снижение уровня воздействия негативных факторов на окружающую среду.

Создание типоразмерного ряда цифровых автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения различной конфигурации и вместимости (25-50-100…1200…2400 гол.) предполагает их структурную типизацию и модульное построение на основе методологии конечно-элементного анализа и создания структурно-функциональных моделей, включающих в себя законченные технологические модули и модульные единицы. Разработаны структурно-функциональные модели построения цифровых технологических модулей и модульных единиц автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения. Предложили создание и формализацию построения модульных структурно-функциональных единиц, включающих в себя пассивные накопительно-регулирующие модули неодушевленных материальных технологических и одушевленных биологических потоков (животных), активные машинно-технологические модули перемещения и трансформации материальных технологических и продукционных потоков, направленных к животным или получаемых от них, информационно-аналитические модули экспресс-оценки качества продукционных потоков, системы приемо-передачи, обработки и хранения информационных потоков (сигналов), получаемых от машинно-технологических модулей (доения, кормления, навозоудаления и др.) и с датчиков животных. Проанализированы и получены формализованные структурно-функциональные модели цифровых модульных единиц: автоматизированных и роботизированных доильных залов, систем автоматизированного и роботизированного кормления животных, автоматизированных систем для дифференцированного обеспечения микроклимата, энергосберегающих аэробных или анаэробных модулей переработки навоза как законченных структур, включающих в себя объемно-планировочные накопительно-регулирующие технологические модули пассивного и машинно-технологические модули активного типа, осуществляющие перемещение и трансформацию материальных технологических потоков, экспресс-диагностику их качества и прием-передачу, обработку и хранение информационных потоков. Реализация разработанных структурно-функциональных моделей цифровых технологических модулей и модульных единиц позволит создать новые проекты цифровых автоматизированных и роботизированных молочных ферм нового поколения с повышенными функциональными возможностями и адаптивными функциями по отношению к биологическим объектам.

В статье приведены результаты применения алгоритма наименьших квадратов по BCS-оценке упитанности дойных коров с использованием 3D ToF-камеры. Предложена методика сбора натурных данных об упитанности дойных коров на промышленном производстве молока с использованием 3D ToF-камеры. Установка камеры производилась на высоте 2200 мм от уровня пола под углом 5° по направлению к крестцу. Исследовались четыре области тела 34 дойных коров: седалищные бугры, закругленность маклоков, сакральная связка, хвостовая связка. Сбор данных производился во время дойки. Было обработано 136 снимков. Обработка цифровых данных производилась по трём вариантам изображений: в цветовом спектре RGB-D, Point Cloud и бинарном. При оценке учитывалось пять групп упитанности: 1 – тощая; 2 – худая; 3 – упитанная; 4 – очень упитанная; 5 – ожиревшая дойная корова. Полученные изображения были проанализированы с помощью программного обеспечения, разработанного в среде Matlab. Результаты работы алгоритма сравнивались с экспертной оценкой четырёх специалистов. По результатам BCS оценки алгоритма, балл упитанности 1 и 5 групп с вероятностью 73 и 67% совпал с мнением экспертов, у групп 2, 3, 4 совпадение составило соответственно 61, 52 и 55%. Авторами высказано предположение о том, что неточность определения упитанности 2, 3 и 4 групп связана с неявно выраженными их отличиями. Сделан вывод о том, что из всех групп BCS-система точнее определяет упитанность коров 1 и 5 групп, а также из трёх вариантов изображений (Point cloud 3D, RGB-D, бинарное) RGB-D наиболее точно определило упитанность коров.

Исследования, направленные на разработку и внедрение новых цифровых методов и интеллектуальных систем, позволяющих совершенствовать процесс диагностирования, повышать достоверность определения функциональных характеристик сельскохозяйственных тракторов в онлайн-режиме, являются важной и актуальной составляющей технологий и средств обслуживания сельскохозяйственной техники. В работе приведены результаты по обоснованию и разработке интеллектуальной системы диагностирования машин, базирующейся на взаимодействии нейронной сети. Преимуществом данной системы диагностирования является возможность поддержания работоспособного состояния сельскохозяйственной техники при условии автоматизации процессов диагностирования и анализа полученных данных. Применение интеллектуальной системы диагностирования тракторов позволяет не только определить причину отказа по контролируемым параметрам, но и оценить эффективность работы машины в целом. Установлено, что одним из путей повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники является бесконтактное определение параметров технического состояния техники через модернизацию технологии контроля технического состояния машин и мониторинга качества выполнения работ на основе внедрения современных интеллектуальных и телеметрических систем.

Надежность отремонтированных двигателей определяется многими факторами, среди которых важную роль играет точность геометрических параметров деталей двигателя. Погрешности формы и расположения поверхностей деталей вызывают добавочные ускорения подвижных деталей и снижают точность кинематических пар. Нарушение кинематики движения деталей приводит к ухудшению технических показателей работы двигателя. В связи с этим повышение уровня метрологического обеспечения контроля отклонения формы и расположения поверхностей является одним из способов повышения качества ремонта двигателей. Установлено, что рекомендуемые в справочной литературе средства измерений назначаются без связи с контролируемыми значениями и без учёта вида измерений и имеют погрешность, превышающую допускаемую погрешность измерения. Целью работы является разработка рекомендаций по совершенствованию метрологического обеспечения контроля отклонений формы и расположения поверхностей деталей при ремонте двигателей. В статье теоретически обоснованы критерии выбора средств измерений для контроля отклонений формы и расположения поверхностей деталей с учётом формулы их расчёта. Результат косвенного измерения и погрешность измерения (отклонение формы и расположения поверхностей деталей) рассматривались как случайные величины, связанные с измеряемыми значениями (диаметры детали) функциональной зависимостью. Определены предельные значения допускаемых погрешностей измерения и погрешности средств измерений для контроля отклонения формы и расположения поверхностей новых деталей двигателя и деталей, поступающих на дефектацию. Проведён сравнительный анализ полученных значений со значениями погрешности средств измерений, рекомендуемых в справочной литературе. Установлено, что большинство рекомендованных средств измерений имеет погрешность, превышающую допускаемую погрешность измерения. Для снижения риска принятия деталей с превышением норм отклонения формы и расположения поверхностей при выборе средств измерений рекомендовано использовать специальные критерии.

В статье рассмотрены результаты сравнительных испытаний периода стойкости метчиков в различных технологических средах. Обработка заготовок велась в среде индустриального масла И-30, а также с применением 10%- и 20%-ного раствора металлоплакирующей присадки «Валена SV» в том же масле. Испытания проводились на метчиках М10×1 из быстрорежущей стали марки Р6М5 при производстве сквозных резьбовых отверстий в образцах из стали 40Х на вертикально-сверлильном станке 2Н118 с частотой вращения инструмента от 180 до 355 об/мин, что соответствовало скорости резания от 5,7 до 11,1 м/мин. На основе экспериментальных данных построена регрессионная модель зависимости относительной износостойкости от концентрации присадки и скорости резания. Проведена оценка адекватности модели и сходимости экспериментальных и расчётных данных. Установлено, что при скорости резания 11,1 м/мин и концентрации присадки в составе 20% относительная износостойкость метчиков повысилась в 3,1 раза. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности состава и подтверждают гипотезу о повышении износостойкости метчиков в среде металлоплакирующих смазывающе-охлаждающих жидкостей.

С учетом важности и необходимости создания для агропромышленного комплекса России эффективной ремонтно-обслуживающей базы (РОБ) были проведены исследования сельхозпредприятий, методы организации на них технического обслуживания и ремонта, а также технико-экономические показатели служб, которые выполняют эти виды деятельности во всех регионах страны. Определены количественный состав действующих предприятий, штаты их сотрудников, а также ряд показателей, характеризующих их экономическое состояние. Отмечено, что в настоящее время предприятия ремонтно-обслуживающей базы агропромышленного комплекса не соответствуют современным требованиям. Парк техники устарел и требует больших объёмов по техническому обслуживанию и ремонту для поддержания его работоспособности. Ремонтно-обслуживающая база агропромышленного комплекса не в состоянии выполнять эту задачу и нуждается в организационно-технических преобразованиях, учитывающих перспективы перехода производителей на новый уровень взаимодействия с потребителями в среднесрочный период – к контракту жизненного цикла. Рассмотрена методика, касающаяся возможности использования в России критерия «Total Cost of Ownership» («Полная стоимость владения») и возможности перехода производителей сельхозтехники к контракту жизненного цикла. Отмечено, что недостаточность информации о состоянии РОБ АПК РФ затрудняет определение критерия полной стоимости владения и последующий переход производителей на контракт жизненного цикла. Указано, что повысить эффективность ремонтно-обслуживающей базы отрасли можно за счет увеличения объёмов производства отечественной сельхозтехники в среднесрочный период в 1,5…2 раза, разработки в краткосрочный период нормативно-законодательной базы на включение в список дополнительных видов деятельности лизинговых компаний услуг по ТО и Р переданной в аренду техники, обеспечения господдержки на создание сервисных центров в лизинговых компаниях, заключения договоров РТП с производителями и доступности информации по стоимости эксплуатации и технического обслуживания за весь срок использования техники, а также научного сопровождения и подготовки кадров.

Выпуск качественно отремонтированных двигателей возможен только при правильном подборе технологического оборудования, и на первом месте в ремонтном производстве находятся вопросы качества обработки на хонинговальных станках, так как от качества обработки гильз цилиндров зависит надёжность двигателей. Выявлено, что для чёткого представления о технической и экономической целесообразности использования старого и выбора нового технологического оборудования необходимо провести его оценку с позиции интегрального показателя качества. Как базовая модель оценки качества технологического оборудования использован стоимостной метод, при котором для оценки станков формируется величина, обратная интегральному показателю качества продукции: стоимостной индекс качества, определяемый величиной удельных затрат на обработку одной детали, рассчитанных в стоимостной форме по группам показателей ресурсоемкости, умноженных на соответствующие расценки ресурсов. Каждая группа затрат представляет собой произведение расценки ресурса на его удельный расход в натуральном выражении, в результате чего формируется стоимостной индекс качества. Для хонинговальных станков, используемых при обработке гильз цилиндров, была определена зависимость с целью расчёта стоимостного индекса качества, включающего в себя четыре базовых элемента: показатели материалоёмкости, трудоёмкости, энергоёмкости техники и материалоёмкости применяемых материалов для осуществления технологического процесса. По результатам проведённой оценки качества станков выявлено, что покупка предприятием нового технологического оборудования экономически выгодна, так как технико-экономический уровень новых станков выше базового за счёт повышения производительности, снижения энергоёмкости и удельной стоимости. Наиболее целесообразно использовать станок ROBBI SET150-L (Италия) из числа новых, так как его интегральный показатель качества существенно выше аналогов. Из числа старых следует оставить NAGEL VS8-50 (Германия), а отечественные станки следует заменить в связи с низкой эффективностью.

В статье рассмотрены дидактические преимущества и особенности использования иммерсивных технологий типа «Виртуальный конструктор» в практической подготовке бакалавров по направлению 35.03.04 «Агроинженерия» для отечественного агропромышленного комплекса. VR-конструкторы – программные продукты, полностью эмулирующие виртуальную среду с обзором 360°, отличительной особенностью которых является максимизация возможностей для взаимодействия с виртуальными объектами в части их изучения перемещения и преобразования системы объектов. Применительно к подготовке агроинженеров такими системами виртуальных объектов могут быть учебные механизмы двигателей, различные системы полива в гидропонных установках или же конкретный почвенный профиль с отдельными его горизонтами. Авторами проведён анализ научной литературы, отражающей практику применения технологий виртуальной реальности в подготовке обучающихся по программам высшего образования. Выяснено отсутствие прецедентов комплексного внедрения VR-технологий в качестве эффективного средства обучения в программы высшего аграрного образования как в России, так и за её пределами. В ходе проведённого эксперимента, основанного на ряде методов экспертных оценок, были выявлены два программных VR-продукта типа «VR-конструктор», которые целесообразно внедрить в образовательные программы по подготовке бакалавров-агроинженеров: «3D-картотека почвенных разрезов» и «VR-атлас сельскохозяйственных машин». Изучение дидактического потенциала данных программ позволило судить о необходимости смены традиционных ролей преподавателя и обучающегося и дальнейшего научно обоснованного внедрения в программы дисциплин высшего аграрного образования различных уровней VR-конструкторов для подготовки более конкурентоспособных и высококвалифицированных кадров для инновационного агропромышленного комплекса России.