Статья: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ АГРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЛАНА (2026)

Из-за интенсивной эксплуатации и работы в агрессивных условиях запорная арматура оросительных систем сельскохозяйственного назначения часто выходит из строя. Перспективным методом восстановления изношенных деталей является использование электроискрового легирования (ЭИЛ). Целью работы является разработка научно-обоснованной технологии получения электродов для ЭИЛ из порошкового материала из металлоотходов стали 12Х18Н10Т и комплексное изучение их состава, структуры и функциональных свойств. Порошковый материал был получен методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) в керосине. Использованы режимы для ЭЭД: емкость – 62,5 мкФ, напряжение – 140 В, частота – 150 Гц. Далее из порошка методом искрового плазменного спекания (SPS) изготовлены электроды для ЭИЛ. Режимы SPS порошков: температура Т=1200°С, давление Р=40 МПа и время выдержки t=10 мин. Спеченные образцы подвергли различным видам исследований. Механическую обработку образцов проводили на автоматическом высокоточном настольном отрезном и шлифовально-полировальном станках. Исследованы гранулометрический состав, морфология частиц и элементный состав порошка и спеченных образцов. Установлено, что частицы порошка, полученного электродиспергированием металлоотходов, имеют в основном сферическую форму, средний размер частиц порошка составляет порядка 10 мкм, а его химический состав соответствует исходному материалу. Основными элементами в спеченном образце, кроме железа, являются: Cr, Ni и Ti. Микроструктурный анализ показал сохранение мелкодисперсной структуры после спекания. Микроструктура образца с ЭИЛ-покрытием имеет толщину от 20 до 32 мкм при отсутствии трещин, пор и несплошностей. Результаты подтвердили возможность использования полученных электродов для восстановления поверхностей запорной арматуры.

Исследование посвящено проблеме объективного и высокопроизводительного контроля качества инкубационных яиц в условиях современного птицеводства. Традиционные методы визуальной оценки с использованием овоскопа характеризуются субъективностью, низкой пропускной способностью и не позволяют в полной мере выявлять скрытые дефекты, прогнозировать жизнеспособность эмбрионов и пол будущего цыплёнка. В работе предложен комплексный подход к автоматизации процесса оценки и отбора яиц на основе методов компьютерного зрения и машинного обучения. Целью исследования являлась разработка автоматизированной системы, реализующей последовательный алгоритм предобработки и фильтрации изображений, классификацию яиц по оплодотворенности и ранней гибели эмбриона (ROC-AUC ≥ 0,98 и 0,95 соответственно), сегментацию контура яйца и воздушной камеры, детекцию трещин и поверхностных включений (F1-score ≥ 0,85, mAP@[.5:.95] ≥ 0,70), а также вычисление морфометрических параметров (большой диаметр, малый диаметр, длина большой и малой окружности, длина большой и малой полуоси продольного сечения, площадь продольного сечения, площадь поперечного сечения, площадь поверхности, объем яйца, угол острого конца). Экспериментальная апробация проводилась на базе ООО «Племптицесовхоз «Увинский» Удмуртской Республики. Общий объём выборки составил 1350 яиц, отобранных в период максимальной интенсивности яйцекладки кур (42 недели). Время обработки одного яйца не превышает 200 мс, что обеспечивает производительность свыше 600 яиц/час в ручном режиме и до 3600 яиц/час в автоматическом. Разработанное решение формирует структурированные отчёты (JSON, CSV) и визуализирует результаты (маски сегментации, бинарные карты, графики). Предложенная система может быть интегрирована как в высокопроизводительные промышленные линии, так и в лабораторные участки выборочного контроля, способствуя повышению выводимости цыплят и снижению экономических потерь.

Основным направлением совершенствования комбикормовых производств является повышение качества измельчения за счет внедрения новых типов дробилок, а также применения ступенчатого измельчения, которое сочетает в себе просеивание (сепарацию) и собственно процесс измельчения с применением специальных разделяющих поверхностей. Для обеспечения синхронизированного схода всех фракций с конических поверхностей распределителя фракций на рабочий орган измельчительного устройства требуется применение направляющих в виде таутохронных кривых. Работа посвящена разработке программы и методики компьютерной реализации построения развертывания конусов с таутохронными направляющими в устройстве для предварительной сепарации зерна при его дроблении в дробилке прямого удара. Ключевыми параметрами, определяющими качество измельчения, являются распределение частиц по размерам и средний размер частиц в гранулометрическом спектре. Увеличению энергии соударения зерновых частиц различного размера с рабочим органом дробилки способствует соответствие радиуса кривизны таутохронных направляющих в основании конусов радиусу основания самих конусов. В связи с этим, под брахистохронными сепарирующими поверхностями распределителя фракций рекомендуется установка конусов с направляющими в виде таутохронных кривых. Для разработки компьютерной программы и методики построения развертки таких конусов были проведены предварительные расчеты на основе моделирования развертывания поверхностей вращения брахистохронного типа сепарирующих конусов распределителя фракций. В результате разработаны блок-схема программы, листинг исходного кода и процедура экспорта в AutoCAD. На основе полученной программы разработана методика построения развертки конусов с таутохронными направляющими, что позволит осуществить их изготовление для использования на скатных конусах устройства предварительной сепарации зерна при дроблении в дробилке прямого удара.

В рамках настоящего исследования был проведен комплексный анализ современных научных публикаций, посвященных вопросам восстановления и упрочнения деталей машин в машиностроении и агропромышленном комплексе (АПК). Основное внимание в данном исследовании было сосредоточено на анализе результатов научных изысканий, касающихся технологии плазменного напыления покрытий, а также на изучении эффективности применения композитных материалов для модификации стальных компонентов машин и механизмов. На основании систематизации и критического анализа накопленных эмпирических и теоретических данных была сформулирована исследовательская цель, направленная на разработку и оптимизацию кинематических параметров процесса плазменного напыления с целью повышения эксплуатационных характеристик обрабатываемых деталей. В результате проведенного исследования были получены аналитические зависимости для определения кинематических параметров процесса плазменного напыления, учитывающие геометрические особенности различных типов обрабатываемых деталей, включая плоские, выпуклые, вогнутые, винтовые и сложнопрофильные конструкции. Путем интеграции полученных аналитических выражений с уравнением, описывающим толщину напыляемого слоя, было разработано управляющее уравнение кинематического режима, позволяющее оптимизировать параметры процесса напыления в соответствии с геометрическими характеристиками и требованиями к качеству поверхности обрабатываемых деталей. Была разработана технологическая рекомендация для частного случая восстановления и/или упрочнения молотков зернодробилки ДМ-5, а именно: при плазменном напылении композита на кромки молотков, где радиус кривизны стремится к нулю, скорость плазмотрона должна быть ограничена по максимальному ускорению приводов манипулятора, что может потребовать снижения общей скорости напыления для сохранения точности траектории.

Проведен анализ процесса накопления многокомпонентных отложений (минеральный грунт, органические остатки, иные загрязнения) в подземных вентиляционных каналах кагатных полей (сечением 0,6×1,2 м и протяженностью до 33 м) на сахарном заводе в Никифоровском муниципальном округе Тамбовской области. Эти накопления достигают 6–16% внутреннего объема подземных вентиляционных каналов кагатных полей. Данный фактор нарушает температурно-влажностный режим хранения сахарной свеклы, приводит к ее ускоренной порче, снижает энергоэффективность систем активного вентилирования. В результате анализа и исследования существующих на производстве способов очистки была установлена высокая трудоемкость способа ручной очистки, его сравнительно низкая эффективность и высокие риски для персонала, связанные с длительным нахождением в замкнутом пространстве. Гидродинамический способ удаления отложений неэффективен из-за вторичного заиливания смежной замкнутой дренажной сети, а также высокого расхода дополнительных потоков воды. Использование механических шнеков (гибких спиральных транспортеров) неэффективно, поскольку их конструкции отличаются низкой надежностью и частыми выходами из строя рабочих органов шнеков. На основе выявленных ограничений и особенностей процесса разработан способ сухой механической очистки каналов, обеспечивающий эффективное удаление шлама без использования ручного труда и дополнительных потоков воды, а также предложено устройство для реализации этого способа.

Замена твердых минеральных удобрений на наиболее эффективные жидкие является приоритетным направлением развития современного растениеводства. При этом отсутствие штатных устройств для переоборудования серийных машин с целью внесения жидких удобрений при посеве или междурядной обработке определяет актуальность исследований по техническому обеспечению совмещения вышеуказанных операций. Цель работы – повышение эффективности внесения жидких удобрений путем обоснования параметров универсального устройства для их внутрипочвенной заделки. Предлагаемое устройство включает емкость для жидких удобрений, линию подачи рабочего раствора и распылители, размещенные в заделывающих рабочих органах культиватора. Разработана математическая модель по обоснованию требуемого рабочего давления линии подачи устройства, с учетом условий и режимов работы модернизированного агрегата. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях Ульяновского ГАУ на специально оборудованных рабочих местах с использованием стандартных и частных методик. Особенность частных методик заключалась в замере давления непосредственно в корпусах распылителей устройства, монтированного на пропашной культиватор КРН-4,2. Для всех 32 исследуемых распылителей (по восемь штук одного типа) установлена тесная корреляционная связь между давлением и пропускной способностью распылителя (минимальные значения коэффициентов корреляции и детерминации 0,981 и 0,96 соответственно). Результаты регрессионного анализа, принятой гипотезы (максимальная ошибка аппроксимации 5,22%), свидетельствуют о достаточной достоверности предложенной математической модели для обоснования параметров и режимов работы предлагаемого устройства. Установлено, что при внесении жидких удобрений агрегатом, при скорости 7,84 км/ч максимальная норма внесения КАС-30 (510 л/га) обеспечивается рабочим давлением в линии подачи 11,03 бар, соответственно для скоростей 9,63 км/ч (430 л/га) – 11,66 бар, 11,41 км/ч (350 л/га) – 11,01 бар.

Оценка результативности и эффективность сеялок прямого посева представляет собой комплексную задачу, требующую учета множества факторов. В работе выполнен анализ нескольких ключевых групп показателей: энергетической и экономической эффективности (удельного расхода топлива, трудовых затрат, затрат на подготовку почвы); агрономической эффективности (урожайности зерновых культур, влагообеспеченности посевов и др. Целью настоящего исследования являлась оценка результативности и эффективности усовершенствованной конструкции сеялки прямого посева с горизонтально расположенными дисками, разработанной с участием автора. Данная сеялка отличается упрощённой конструкцией, меньшей массой и повышенной технологичностью: простая рама, сваренная из труб в одной плоскости, обеспечивает свободный проход пожнивных остатков и частиц почвы. С одной стороны на ней установлены стойки с лапами для монтажа дисков, с другой — для крепления бункера. Плоскость фиксации лап максимально приближена к поверхности почвы, что позволило снизить нагрузки на раму и уменьшить её материалоёмкость. Оценка результативности сеялок прямого посева выполнена в соответствии с установленными стандартами. Опытная эксплуатация разработанной конструкции сеялки в 2025 году проводилась на полях ООО «Союз-Агро» в Кузайкинском РПК (Альметьевск, Республика Татарстан). Для сравнительной оценки результативности и эффективности опытного образца сеялки использовалась сеялка John Deere серии DB модели DB55. Эксперименты выполнены с применением сертифицированного оборудования в полевых и лабораторных условиях, данные обрабатывались в среде программ MathCAD, Excel. В итоге результативность опытного образца сеялки на примере себестоимости зерна составила 7297 рублей за тонну, а сеялкой John Deere серии DB модели DB55 – 8994 рубля за тонну. Использование опытного образца сеялки оказалось эффективнее на 19 %.

Основными кинематическими характеристиками для аналитической оценки маневровых свойств и коридора движения колесной машины, являются предельные величины абсциссы x(t) и ординаты y(t) траектории ее кинематического центра в конце участка неустановившегося поворота, максимальные абсцисса и ордината поворота, а также теоретический минимальный радиус поворота Rmin траектории, описываемой кинематическим центром. В статье проведена теоретическая оценка влияния длины и угла установки бокового поворотного рычага шарнирно-рычажного механизма четырехзвенной рулевой трапеции на маневровые свойства колесного трактора Беларус-80.1. Выявлено, что увеличение угла наклона бокового рычага к продольной оси трактора с 5° до 25° при постоянной длине дает значительное снижение (на 79,85 %) Rmin от 9,672 м до 1,949 м, соответственно, при этом наблюдается рост абциссы c x(t)=0,776 м до x(t)=3,558 м и уменьшение ординаты с y(t)=7,984 м до y(t)=6,058 м. С увеличением длины бокового рычага от 0,15 до 0,35 м при неизменном его угловом положении закономерность оказалась та же по всем параметрам: снижение радиуса на 0,454 м (24,29 %) от Rmin=3,178 м до Rmin=2,724 м, соответственно; рост абсциссы c x(t)=2,407 м до x(t)=2,688 м; сокращение ординаты с y(t)=7,306 м до y(t)=7,087 м. Для базового варианта рулевой трапеции получено: Rmin  3,051 м, x(t)=2,481 м и y(t)=7,253 м, а для правильного поворота – Rmin=3,334 м, x(t)=2,986 м и y(t)=7,132 м. Установлено, что для улучшения маневренности колесной машины целесообразно изменять лишь угловое положение боковых рычагов рулевой трапеции, так как их длина оказывает менее значительное влияние на кинематику криволинейного движения колесной машины, а в качестве критериев оптимизации следует принимать: абсциссу x(t), ординату y(t) и радиус Rmin.

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является важной задачей современного сельского хозяйства. Повышение эффективности эксплуатации тракторов позволяет снизить себестоимость сельскохозяйственной продукции и повысить экономическую эффективность производства. В статье рассмотрен вопрос моделирования и оптимизация удельного расхода топлива трактора МТЗ – 82 при выполнении сельскохозяйственных работ в условиях Курской области. Для исследования использованы методы статистического анализа и экспериментальных наблюдений. Были проанализировать факторы, влияющие на расход топлива трактора. Выявлено, что наиболее значимыми факторами является: скорость движения трактора и глубина обработки почвы. Установлено, что минимальный удельный расход топлива достигается при скорости движения агрегата 7,5 км/ч и глубине обработки 22,2 см. В данной области удельный расход топлива составляет 218-221 г/кВт∙ч. Установлено, что оптимизация параметров работы трактора позволяет снизить удельный расход топлива примерно на 14 %, по сравнению со стандартными режимами эксплуатации. Полученные результаты подтверждают данные других исследований, посвященных повышению эффективности эксплуатации тракторов. На основе анализа полученного экспериментального материала была разработана математическая модель зависимости расхода топлива от эксплуатационных параметров. В результате получена модель, позволившая определить оптимальные режимы работы трактора: Полученные результаты могут быть использованы при планировании сельскохозяйственных работ и разработке рекомендаций по эффективной эксплуатации тракторных агрегатов.

Приготовление различных смесей широко применяется как в промышленности, так и в аграрном производстве, при этом следует отметить большое разнообразие рабочих органов у смесителей. Проведен анализ смесителей с различными рабочими органами, в том числе их технологические параметры. Отмечена востребованность смесителей с эластичными рабочими органами для сыпучих материалов, а также смесителей для смешивания жидких и пастовых компонентов. Исходя из обзорного анализа вида смесителей, установлено влияние вида основного рабочего органа на однородность смеси, получаемую с его помощью, его рациональный кинематический режим и потребная длительность смешивания. Целью исследования является разработка функциональной схемы смесителя, которая позволит связать разные рабочие органы смесителя в единое взаимосвязанное устройство. Рассмотрены эксплуатационные достоинства и недостатки рабочих органов. Уделено внимание как величине энергозатрат, так и ее составляющих. В ряде статей выявлено влияние массы приготавливаемой порции, длительности тактов цикла работы смесителя и потребляемых мощностей на этапах смешивания на суммарные энергозатраты смесеприготовления. Установлена последовательность действий при ступенчатом смешивании. Характер изменения показателей рабочего процесса рассматривается в работе. Основными показателями смесителя является качество смеси, удельные энергозатраты, установленная мощность и производительность, определяемая массой порции смеси и временем цикла смесобразования. Сравнивались функциональные схемы смесительных агрегатов, выполняющих операции смешивания и транспортирования одновременно и раздельно. Определена перспективная схема смесеобразования циркуляционного смешивания. Анализ последовательности перемещения смеси внутри предложенного смесителя позволил предложить структурную схему смесеобразования концентрированных кормов. Предложенная схема показывает связь разные рабочие органы смесителя в одно взаимосвязанное устройство.

Эффективность технологии химического обеззараживания навоза крупного рогатого скота препаратом Тиазон в концентрациях 1–3 % при норме внесения 1 л раствора на 10 м³ навозной массы исследована в работе. Целью работы было обосновать оптимальные концентрации Тиазона в зависимости от влажности навоза с использованием запатентованного устройства. Экспериментальные методы, включающие оценку санитарно-паразитологического состояния (определение количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, бактерий группы кишечной палочки, сальмонелл); нелинейный регрессионный анализ, использовались. Установлено, что необходимая концентрация вносимого раствора Тиазона зависит от исходной влажности навозной массы. Для влажности 81–88 % достаточен 2 % раствор, для влажности >88 % требуется повышение концентрации раствора до 3 %. Качество обеззараживания зависит от рабочей концентрации препарата в обработанной навозной массе. Получены нелинейные регрессионные зависимости санитарных показателей после обработки от рабочей концентрации препарата с достаточно высокими коэффициентами детерминации (R² = 0,75–0,8), описывающие экспоненциальное снижение количества микроорганизмов. Они позволяют определять концентрации раствора и его объём при внесении и оперативно корректировать дозировку в зависимости от исходной влажности навозной массы, обеспечивая достижение целевых рабочих концентраций и требуемого уровня обеззараживания. Комплексное решение, включающее запатентованную конструкцию устройства и математическое обоснование дозирования, позволит при внедрении в работу сельскохозяйственных предприятий, обеспечить баланс между эффективностью обеззараживания и экономической целесообразностью применения навоза как органического удобрения.

В малых формах хозяйствования (личные подсобные и фермерские хозяйства) термическая обработка кормов является энергозатратным процессом. Анализ существующего оборудования показал, что серийные газовые кормоварочные котлы оснащены двухступенчатой автоматикой типа «включено-выключено» либо ручным управлением, что приводит к перерасходу газа на 20–25 % из-за несоответствия подводимой мощности реальному тепловому потоку. Для решения данной проблемы предложена система пропорционального регулирования мощности газовой горелки на основе термоэлектрической обратной связи. В роли чувствительного элемента и источника команды управления задействована термобатарея, вырабатывающая электрический сигнал, величина которого находится в прямой зависимости от перепада температур между паровой рубашкой и нагреваемым продуктом. Настоящее исследование направлено на увеличение энергетической результативности операций тепловой подготовки кормов путём создания и экспериментальной проверки пропорциональной регулирующей системы для газового варочного котла, функционирующего на базе термоэлектрической обратной связи. Предложенное устройство функционирует автономно, не нуждаясь в подключении к электрической сети, и допускает бесступенчатую корректировку производительности горелки в соответствии с текущим уровнем потребления тепла. Экспериментальные исследования проводились на действующем образце котла объемом 100 л при нагреве воды от 12 °С до кипения. Установлено, что оптимальная номинальная производительность горелки для данного объема составляет 9 л/мин (14 кВт). В автоматическом пропорциональном режиме расход газа на нагрев составил 618 л, что на 19,8 % меньше по сравнению с ручным управлением на максимальной мощности (14 л/мин, 770 л). В режиме поддержания кипения расход газа снижался до 0,8 л/мин. Разработанная система энергонезависима, не требует внешнего источника питания и обеспечивает плавное изменение мощности горелки синхронно с изменением тепловой нагрузки.

Биотехнические системы (БТС) кормопроизводства являются важнейшей составляющей агропромышленного комплекса. БТС кормопроизводства представляет собой интегрированный комплекс, где биологические агенты (растения) взаимодействуют с техническими устройствами и управляющими алгоритмами, предназначенными для эффективного выращивания, переработки и доставки кормов. Дана характеристика функциональных блоков БТС кормопроизводства. Предлагается оптимизировать технологию заготовки кормов в соответствии с общим принципом функционирования биотехнических систем в кормопроизводстве, основанном на гармонизации взаимодействия биологических, технологических и машинных элементов и поддержании целостности такой системы. Показана возможность оптимизации выходных параметров путем использования при сенажировании биологических агентов: зеленой массы вико-тритикалевой смеси и стабилизаторов каротина. Установлено, что лимонная кислота, растворенная в воде в количестве 0,01% и размолотое зерно расторопши в количестве 0,03% способны оказывать стабилизирующее действие на сохранность каротина в сенаже из вико-тритикалевой смеси. Использование стабилизаторов каротина позволило повысить количество обменной энергии в сенаже (3,30 – 3,50 МДж/кг), сырого протеина (на 0,75 – 1,26%), сырой клетчатки (на 2,15 – 2,66%) улучшить pH (4,5 Ед.). Наибольший эффект стабилизации каротина показала комбинация размолотого зерна расторопши и лимонной кислоты (0,03%+0,01%). Все эти факторы улучшают качество готового корма. В нем повышается на 54,0% сохранность каротина по сравнению с контролем. Возрастает содержание обменной энергии и важнейшего питательного вещества – протеина при оптимальном рН, что позволяет улучшать технологию заготовки корма и следовательно функционирование БТС кормопроизводства.

На основе анализа кинетических закономерностей эффектов сепарации в быстрых сдвиговых гравитационных потоках (БСГП) зернистых материалов определены перспективы интенсификации процесса путем повышения скорости сдвиговых деформаций. Установлена возможность интенсификации эффекта квазидиффузионной сепарации (ЭКС) в БСГП смеси частиц различной плотности на шероховатом скате при воздействии продольными импульсами на частицы потока со стороны его открытой поверхности. ЭКС проявляется в псевдогазовом состоянии смеси частиц в БСГП, когда они приобретают возможность взаимных перемещений с характерными для них скоростями флуктуаций. Физический механизм ЭКС состоит в квазидиффузионной миграции частиц с высокой скоростью флуктуаций в направлении градиента пустот, а частиц с низкой скоростью – во встречном направлении. Проведено математическое моделирование динамики сепарации смеси частиц по плотности в БСГП, который активирован продольными импульсами с использованием шероховатой ленты конвейера. Адекватность результатов моделирования с экспериментальными данными подтверждена стандартным статистическим методом. Установлено, что интенсификация ЭКС достигается вследствие формирования под действием импульсов зоны с высокими градиентами скорости и пустот в центральной части БСГП. Высокие градиенты пустот обеспечивают высокие значения движущей силы ЭКС, которой является относительное значение градиента среднего расстояния между частицами. Результаты исследования структурных и кинематических характеристик, а также эффектов сепарации в механически активированном потоке смеси частиц на гравитационном скате могут быть использованы при разработке технологических решений.