Научный архив: статьи

Закладка картофеля на хранение является критически важной и трудоемкой операцией, эффективность которой определяется конструкцией применяемых машин от качественного функционирования которых зависит минимизация повреждений клубней. Таким образом, актуальной проблемой является обоснование конструкции рабочих органов, способных минимизировать динамические нагрузки на продукцию и обеспечить равномерное распределение продукции. Целью исследования является определение закономерностей для обоснования функционирующих элементов автоматизированной машины для закладки картофеля на хранение. Проведение исследований выполнялось в условиях ФГБНУ ФНАЦ ВИМ в 2024-2025 годы при использовании программ «SolidWorks», «Excel». Методы исследования базировались на комплексном теоретическом подходе, объединяющем математическую статистику, теорию случайных процессов для описания стохастического характера изменения плотности клубненосного вороха. Процесс транспортировки материала моделировался системой дифференциальных уравнений, преобразованных в операторную форму для анализа динамических свойств питателя как нелинейного звена с распределенной подачей. Проведен сравнительный анализ трех геометрических форм рабочей поверхности питателя на скорость подъема клубня: спирали Архимеда, логарифмической и гиперболической спиралей. Варьирование скоростей между типами исследуемых поверхностей в диапазоне углов π/8–3π/8 находится в пределах 1–5%. Выявлено, что при увеличении угла поворота до π/2 только поверхность, выполненная по спирали Архимеда, обеспечивает линейный рост скорости подъема до максимального значения 1,6 м/с, в то время как логарифмическая и гиперболическая спирали дают прирост лишь до 1,0 м/с или снижение скорости. Полученные закономерности создают научно-техническую основу для проектирования автоматизированных машин для загрузки картофеля в хранилища, адаптированных для работы в условиях крестьянско-фермерских хозяйств с ограниченными площадями. Применение питателя, рабочая поверхность которого выполнена по спирали Архимеда, позволит повысить производительность за счет увеличения скорости подачи продукции, снизить ее травмирование и обеспечить более равномерное формирование насыпи.

Посевной и посадочный материал с целью исключения прогрессирования различных инфекционных заболеваний необходимо подвергнуть обработке ультрафиолетовым излучением с интенсивностью 10-15 килоджоулей. Для этого необходимо изучить влияние ультрафиолетового излучения на продукцию при ее движении в потоке по ленточному транспортеру. (Цель исследования) Обоснование возможности применения ультрафиолетового излучения для улучшения показателей хранения овощных культур и картофеля, а также технологических параметров в лабораторно-производственных условиях, обеспечивающих снижение их перезаражения. (Материалы и методы) Для определения оптимальных технологических параметров машины для закладки овощных культур и картофеля на хранение в системе послеуборочной доработки создана экспериментальная установка и исследовано электрофизическое воздействие на показатели качества хранения. Для исследования выбраны наиболее распространенные для возделывания в различных почвенно-климатических условиях Российской Федерации сорта картофеля Леди Розетта, моркови столовой Витаминная 6 и свеклы столовой Бордо 237. (Результаты и обсуждение) Разработана методика оценки качества семенного материала после периода хранения с обоснованием временного интервала, температурных параметров воздушной смеси и оптических режимов ультрафиолетового излучения. Определены оптимальные параметры обработки клубней картофеля, корнеплодов моркови и свеклы. Изучено влияние на корнеплоды моркови и свеклы ультрафиолетового воздействия с установленными параметрами на степень развития заболеваний, вызываемых исследуемыми фитопатогенными микроорганизмами при температуре 2 и 25 градусов Цельсия. (Выводы) При поступательной скорости движения корнеплодов 0,7 метра в секунду, межосевом расстоянии между источниками ультрафиолетового излучения 0,1 метра, расстоянии от них до роликовой поверхности ленточного транспортера 0,05 метра и при постоянной дозе ультрафиолетового воздействия показатели распространения и развития инфекционного заболевания исследованных овощных культур имеют положительную динамику снижения.

Возможность своевременно отличать заболевшие сельскохозяйственные культуры от здоровых играет реша­ющую роль в обеспечении продовольственной безопасности и минимизации экономических потерь. Машинное зрение в сочетании с алгоритмами глубокого обучения позволяет эффективно и точно отслеживать состояние посадок картофеля, выявляя симптомы заболеваний, что является более продуктивным подходом по сравнению с традиционными методами визуальной оценки. (Цель исследования) Сравнительный анализ одноэтапного и двухэтапного подходов к распознаванию заболевших и здоровых растений картофеля на основе алгоритмов глубокого обучения. (Материалы и методы) В исследовании использовали два подхода к процессу обучения нейронной сети с целью распознаванию заболевших и здоровых растений картофеля: одноэтапный и двухэтапный. В рамках одноэтапного подхода применялся один алгоритм глубокого обучения для одновременной классификации и локализации растений. Двухэтапный подход включал использование двух алгоритмов: первый определял границы растений, а второй классифицировал их как здоровые или заболевшие. С целью обучения алгоритмов использовались различные базы данных, включая снимки листьев и кустов картофеля. (Результаты и обсуждение) Проведен сравнительный анализ эффективности одноэтапного и двухэтапного подходов к распознаванию заболевших растений картофеля с использованием алгоритмов глубокого обучения. По каждому методу обучения было определено общее среднеквадратичное отклонение и среднеквадратичное отклонение для координат, построены матрицы запутанности. (Выводы) Двухэтапный подход продемонстрировал высокую эффективность в дифференциации больных и здоровых кустов картофеля, несмотря на небольшое снижение точности определения координат по сравнению с методом двухэтапного обучения, где использовались снимки как отдельных листьев, так и растений в целом. Данные методы имеют уникальные преимущества и могут быть интегрированы с современными технологиями для более эффективного выявления фитопатологий.

Отмечено; что на рынке семенного материала овощных культур доля российских сортов снижается. Во многом такая ситуация обусловлена отставанием в технологическом уровне и технической оснащенности большинства учреждений-оригинаторов российских сортов от зарубежных селекционно-семеноводческих центров и компаний. (Цель исследо­вания ) Инженерное обеспечение технологии инновационного получения семян овощных культур и картофеля с автомати­ческой фиксацией и поддержанием технологических параметров и показателей качества хранения. (Материалы и методы) Для разработки автоматической системы контроля и управления процессом закладки биологических объектов на хране­ние необходимо определить основные требования к процессу электрофизического воздействия (ультрафиолетовое излу­чение) на семенной материал; а также параметры технологических режимов. (Результаты и обсуждение) Разработана; изготовлена и проходит лабораторные испытания экспериментальная установка электрофизического воздействия на по­казатели качества хранения. Автоматическая система контроля за рабочим процессом с ориентирующим модулем должна обеспечивать: изменение и поддержание поступательной скорости движения обрабатываемой продукции; а также возмож­ность изменения режима электрофизического воздействия в зависимости от фактической подачи и физико-механических свойств вороха; технологических параметров клубней и работы ориентирующего модуля. Регулируемая сила фототока УФ-воздействия задается и контролируется автоматически посредством бортового компьютера. (Выводы) Разработанная автоматическая система контроля и управления процессом закладки биологических объектов на хранение позволяет эф­фективно регулировать параметры УФ-воздействия; такие как интенсивность излучения и время облучения; в зависимости от физико-механических свойств продукции и технологических параметров работы установки. Различные способы дезин­фекции камер хранения; в частности озонирование; обработка газообразным диоксидом хлора и УФ-облучение; позволяют снизить микробиологическую порчу продукции. Исследования подтвердили; что применение УФ-воздействия в сочетании с автоматической системой контроля и управления технологическими параметрами позволяет значительно улучшить каче­ство хранения овощных культур и картофеля; особенно при повышенных температурах.

Работу проводили с целью теоретических исследований разрабатываемых рабочих органов автоматизированной машины для удаления из почвы зараженных растений картофеля и овощных культур. Выполнено теоретическое обоснование манипулятора автоматизированной машины для удаления из почвы зараженных растений картофеля и овощных культур. При проведении теоретических исследований разработана функциональная модель системы для удаления из почвы зараженных растений картофеля и овощных культур, учитывающая параметры, оказывающие влияние на качество работы системы: входные воздействия - количество зараженных растений картофеля, расположенных на единицу площади поля, а также конструктивные особенности (геометрические параметры) манипулятора автоматизированной машины k(t), V(t) - рабочие скорости исполнительных приводов, I(t) - режимы согласования совместной работы приводов. Выполнено компьютерное моделирование автоматизированного устройства с цифровой системой управления для удаления зараженных растений картофеля и овощных культур, а также разработаны модели клубней картофеля в среде программы Rocky DEM, представляющие собой неразрушаемый многогранник с 23 гранями, а почвенные комки являлись разрушаемым многогранником с 25 гранями, минимально возможное разрушение которых использовалось до размерности 10 мм. Получено условие обеспечения гарантированного захвата и извлечения клубневого гнезда при расстоянии между осями рядом расположенных кустов растения не более рабочей ширины захвата автоматизированного манипулятора. Наиболее эффективно почвенные комки разрушаются при частоте колебаний планчатого транспортёра 45…60 Гц и амплитуде колебаний 0,03 м, а качество сепарации картофельного вороха от почвенных комков повышается при частоте колебаний 15.40 Гц и амплитуде колебаний менее 0,02 м.

Цель исследований – теоретически обосновать процесс сортофитопрочистки в селекционно-семеноводческих посадках картофеля и овощных культур с использованием технологий машинного зрения и элементов роботизации. В статье выполнен анализ современных неразрушающих методов обнаружения заболеваний биологических объектов; технологических процессов и машин для удаления плодов овощных культур с растения в системе цифрового сельскохозяйственного производства с элементами роботизации на операциях ухода за растениями и сбора товарной продукции. Установлена актуальность разработки инновационной технологии и технических средств для удаления зараженных растений картофеля и овощных культур в селекции и семеноводстве. Для проведения оздоровительных приемов производства семян овощных культур и картофеля разработана инновационная технология и машина для удаления зараженных растений картофеля и овощных культур в селекционносеменоводческих посадках, обеспечивающая движение по полю с использованием технологий машинного зрения с определением заражённого растения или растения, не соответствующего сортовым признакам с последующим его удалением. В процессе исследований (2021-2022 гг.) разработаны морфологическая матрица выбора технических средств использования функционирующих элементов реализации инновационной технологии сортофитопрочистки овощных культур и картофеля, а также теоретические основы инновационной технологии удаления зараженных биологических объектов. Выявлен показатель эффективности реализации инновационной технологии сортофитопрочистки, учитывающий параметры экономических и агротехнических показателей, а также металлоемкости, энергоемкости, экологичности и надежности. Представлены аналитические исследования машинной технологии и технических средств удаления зараженных растений овощных культур и картофеля. Выполнено обоснование инновационной технологии сортофитопрочистки овощных культур и картофеля, в части исключения в технологии обнаружения зараженных растений картофеля беспилотного летательного аппарата с качественной оценкой целесообразности выбора технических средств при использовании функционирующих элементов реализации разрабатываемой технологии по критериям экономической и агротехнической оценки, а также металлоемкости, энергоемкости и надежности. Оценка целесообразности выбора технических средств для функционирования элементов инновационной технологии показала, что по комплексу критериев процесс сортофитопрочистки овощных культур и картофеля целесообразно осуществлять без применения беспилотного летательного аппарата, используя в конструкции машины оптическую систему идентификации зараженных растений.