Технологии, машины и оборудование. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Статья научная
Введение. Совершенствование агропромышленного комплекса подразумевает создание новых и модернизацию имеющихся рабочих органов и машин. Важным условием при этом является применение современных технологий и постоянное сотрудничество с реальным производством. Цель исследования - разработать адаптивный центробежный рабочий орган и повысить качество внесения минеральных удобрений. Материалы и методы. На основании изучения состояния вопроса и требований, предъявляемых к машинам для внесения минеральных удобрений, разработан и изготовлен адаптивный центробежный рабочий орган. На всех стадиях применялись методы компьютерного проектирования и быстрого прототипирования на основе аддитивных технологий. Результаты исследования. В результате использования представленных рабочих органов увеличилась ширина захвата агрегата на 10,0-22,5 %. Экспериментальные рабочие органы, по сравнению с серийными, позволяют уменьшить неравномерность внесения гранул минеральных удобрений на 13,4 % за счет их перераспределения с центральной зоны по краям. Обсуждение и заключение. В результате экспериментальных исследований доказана эффективность применения разработанного адаптивного центробежного рабочего органа. Он позволяет увеличить равномерность распределения гранул минеральных удобрений и рабочую ширину захвата агрегата. Современные методы проектирования позволяют значительно сократить время и расходы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Внедрение автоматических метеостанций с применением технологий Интернета вещей (IoT) является новым этапом развития интеллектуального сельхозпроизводства. Современные веб-сервисы и приложения, использующие данные с IoT автоматических метеостанций обеспечивают пользователей репрезентативной информацией о климатических условиях в режиме реального времени, что способствует более эффективному планированию полевых работ и снижению рисков, связанных с изменением погодных условий. Важным аспектом получения и анализа актуальной метеорологической информации является разработка удобных для пользователей интерфейсов. Цель исследования. Выполнить обзор современных метеостанций и технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения климатических данных для сельского хозяйства; разработать и апробировать программно-аппаратный комплекс с веб-интерфейсом отображения данных мониторинга локальных метеоусловий с частотой отображения данных не менее одного раза в час. Материалы и методы. В качестве методов и инструментов решения поставленной задачи использовался современный инструментарий веб-разработки на платформе ASP.NET Core MVC. Разработан экспериментальный образец бюджетной IoT автоматической метеостанции для получения данных о локальных метеоусловиях в течении вегетационного периода. Составлена аппаратная и программная архитектура IoT автоматической метеостанции. Микрокомпьютер Raspberry Pi Zero обеспечивает выполнение скриптов опроса многоканального совмещенного метеодатчика на языке Java для записи в локальную и удаленную систему управления базами данных PostgreSQL. Графики динамики локальных метеоусловий созданы с помощью JavaScript-библиотеки ApexCharts. Исследованы энергопотребление и динамика заряда аккумулятора IoT автоматической метеостанции от солнечной панели в полевых условиях. Результаты исследования. Представлен обзор современных метеостанций и проведен сравнительный анализ технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения данных. Создан и апробирован алгоритм извлечения информации из базы данных и отображения графиков и таблиц на веб-сайте с помощью веб-приложения. Обозначены ключевые блоки кода с пояснениями, описан алгоритм развертывания веб-приложения в интернете. Разработан фронтэнд веб-приложения для наглядной визуализации данных IoT автоматической метеостанции. Представлены динамика метеоусловий, полученная IoT автоматической метеостанцией, результаты сравнения отдельных показателей с данными из открытых источников. Веб-приложение протестировано и развернуто на аппаратном сервере с доступом в интернет. Обсуждение и заключение. Результаты полевых испытаний IoT автоматической метеостанции и веб-приложения в 2024 г. показали высокую производительность системы, минимизацию задержек при негативных условиях внешней среды (сильный дождь, ветер, низкие и высокие температуры), стабильное наполнение базы данных и отображение графиков метеоусловий на сайте. Разработанная IoT автоматическая метеостанция, построенная по модульному принципу, с совмещенным метеодатчиком является более компактной и бюджетной в сравнении с готовыми решениями, существующими на рынке. Непрерывный поток информации, открытая аппаратная архитектура обеспечивают автономность системы за счет подзарядки аккумулятора от солнечной батареи и алгоритма режима сна. В дальнейшем предполагается проведение градуировки совмещенного датчика в лабораторных условиях для повышения точности показаний или замены совмещенного датчика на классические механические датчики с незначительным изменением аппаратной и программной платформы. Для работы с динамическими моделями продукционного процесса в систему планируется добавить интерфейс и полевые датчики.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Для влажного гранулирования растительного сырья и получения гранул корма малого диаметра (0,5–2 мм) для рыб и их мальков может быть использован корзинный гранулятор, не используемый ранее для приготовления кормов в аквакультуре. Процесс работы корзинного гранулятора недостаточно изучен, а его рациональные параметры еще не получили должного научного обоснования. Цель исследования. Повышение водостойкости гранул корма для рыб путем определения рациональных параметров процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе. Материалы и методы. В корзинном грануляторе гранулировали рассыпной комбикорм для мальков карпа, приготовленный из растительного сырья, получая гранулы диаметром 2 мм. Критерием оптимизации процесса влажного гранулирования служило время полного распада гранул корма в воде. В ходе опытов варьировали значения четырех факторов: влажность, температура сырья, модуль помола сырья, частота вращения рабочих органов гранулятора. Обработав результаты экспериментов, получили уравнение регрессии и построили поверхности отклика и их двумерные сечения, по которым выполнили анализ. Результаты исследования. Установили, что увеличение значений всех факторов до определенного предела повышает устойчивость гранул корма к действию воды. Влияние температуры сырья на время распада гранул корма менее существенно, чем трех остальных факторов. Оптимальная величина времени распада гранул корма в воде, равная 92–96 мин, достигается при следующих рациональных диапазонах факторов процесса влажного гранулирования: влажность сырья 40...42 %; модуль помола сырья 1,4...1,8 мм (средний помол); частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора 47...51 мин–1; температура сырья 42...56 °С. Обсуждение и заключение. Установлены рациональные значения факторов процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе, позволяющие производить гранулированный корм для рыб и их мальков, соответствующий зоотехническим требованиям по водостойкости. Установленные для процесса влажного гранулирования в корзинном грануляторе зависимости изменения водостойкости гранул от влажности и температуры сырья, модуля его помола и частоты вращения рабочих органов соответствуют аналогичным зависимостям, ранее установленным для процесса сухого гранулирования в прессгрануляторах с вертикальной кольцевой матрицей.
Бесплатно
Результаты адаптации конструкции комбайна к работе с очесывающей жаткой
Статья научная
Введение. Снижение дробления свободного зерна рабочими органами молотилки при очесе растений на корню является актуальной научной проблемой. Цель исследования - разработать техническое решение и экспериментально подтвердить возможность осуществления предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха до поступления его в молотильную камеру зерноуборочного комбайна. Материалы и методы. Наиболее перспективным техническим решением, позволяющим минимизировать дробление свободного зерна, является наклонная камера, содержащая решетчатое днище с продолговатыми отверстиями, под которыми смонтированы наклонные шнеки. Экспериментальные исследования были разделены на два этапа. В первой серии экспериментов в лабораторных условиях определяли оптимальные размеры отверстий решетчатого днища, обеспечивающих максимальный проход свободного зерна. Во второй серии экспериментов оценивали степень сепарации и дробления свободного зерна в реальных полевых условиях. Результаты исследования. По результатам лабораторных исследований установлено, что максимальный проход свободного зерна сквозь отверстия решетчатого днища составляет 68,7 % при ширине его отверстий 8 мм и их длине 160 мм. По результатам полевых экспериментов установлено, что средний проход свободного зерна сквозь отверстия решетчатого днища составляет 90 %. При этом дробление зерна в наклонной камере не превышало 0,5 %, а в бункере 1,75 %. Дробление бункерного зерна находилось в пределах 5,25 % при работе комбайна без предварительной сепарации очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры. Обсуждение и заключение. Предварительная сепарация свободного зерна из очесанного вороха позволяет уменьшить дробление зерна как минимум в три раза, а также снижает мощность, которая расходуется на привод молотильного аппарата, на 11-12 %.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из наиболее значимых проблем для науки и техники в современных условиях является возрастание антропогенных нагрузок на почву, оказываемых сельскохозяйственной техникой, что приводит к ее уплотнению. Переуплотнение возникает при недостатке органического вещества и влаги. В зоне недостаточного увлажнения процессы минерализации гумуса превалируют над его образованием, поэтому переуплотнение приводит к увеличению объемной массы почвы (плотности почвы). Один из путей решения этой проблемы состоит в использовании безотвальных глубокорыхлителей. Цель исследования. Синтез элементно-агрегатных компонентов рабочего органа глубокорыхлителя для качественной обработки почвы. Материалы и методы. Определение показателей технологического процесса экспериментального образца рабочего органа для глубокой обработки почвы осуществлялось с применением стандартных и оригинальных методов исследований показателей качества рыхления пласта. Результаты исследования. Определили, что при наличии прутков в конструкции рабочего органа по показателю глыбистости глыбы сосредоточены в основном в верхнем горизонте обработанного пласта (0...10 см), а при их отсутствии – в нижних горизонтах (20...30 и 30...40 см). Порозность почвы как функция плотности не достигает оптимальных значений (свыше 50 %) в нижних слоях (37 и 32...33 % на 20...30 см; 31 и 34...35 % на 30...40 см для фонов дискованная стерня зерновых и черный пар соответственно). Обсуждение и заключение. Установлена целесообразность оснащения конструкции рабочего органа глубокорыхлителя криволинейными прутками. Определили, что лапы в конструкции рабочего органа необходимо устанавливать не под прямым углом к стойке в поперечном направлении, а под углом скола почвы, тем самым плоскорез трансформируется в чизель с расширителями щели для улучшения качества обработки и снижения энергозатрат. Совершенствование конструкции рабочего органа глубокорыхлителя также возможно за счет увеличения угла установки плоскорезной лапы ко дну борозды.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Низкая чистота очеса семенных коробочек растений льноуборочными машинами является проблемой в технологической операции при уборке льна-долгунца. Анализ конструкций гребенок очесывающих устройств позволил выявить основные недостатки, не позволяющие в полном объеме обеспечить агротехнические требования при уборке льна-долгунца, поэтому предложена инновационная конструкция съемной гребенки для однороторных жаток барабанного типа. Цель исследования. Определить чистоту очеса стеблей льна-долгунца при очесе на корню съемными очесывающими гребенками однороторного очесывающего барабана.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье приведены результаты статистического анализа базовых технических параметров современных зерноуборочных комбайнов, образующих выборку из 150 моделей. Предложен новый комплексный критерий оценки технического уровня комбайнов под названием коэффициент гармоничности, по которому можно оценивать степень совершенства конструкции комбайнов и на его основе определять пути их совершенствования. Цель статьи. Предложить методику расчета коэффициента гармоничности каждого комбайна и выявить направление его совершенствования, исходя из степени соответствия общемировым тенденциям. В статье продолжает развиваться идея гармонизации параметров комбайнов, изложенная в предыдущих публикациях по этой теме. Материалы и методы. Применен статистический анализ с выявлением однородных статистических выборок по классам комбайнов от 4 до 12 кг/с. Результаты исследования. На примере выборки из 16 моделей различных комбайнов рассчитаны коэффициенты гармоничности конструкции комбайнов. Применяемые статистические уравнения для расчетов параметров комбайнов отражают общемировые тенденции в развитии конструкций комбайнов и были названы теоретическими, которые затем сравнивались с фактическими параметрами комбайнов. Разница этих параметров определяла направления совершенствования. Выявлены марки комбайнов, у которых высокий коэффициент гармонизации и вместе с тем ряд машин, требующих модернизации. Обсуждение и заключение. Предложена методика цифровой оценки технического уровня зерноуборочных комбайнов, основанная на трех расчетных критериях: параметрическом индексе, регрессионных зависимостях между параметрами комбайна, отражающих общемировые тенденции их развития, и коэффициенте гармоничности конструкции по параметрам молотильно-сепарирующего устройства. Выявлена группа комбайнов с очень высоким коэффициентом гармоничности - 0,93-0,94. Это прежде всего немецкие машины фирмы Claas (Medion 340, Доминатор 150, Lexion 580), российские - компании «Ростсельмаш» (TORUM 740) и американские - фирмы Massey Ferguson (MF 7278). Выделяется большая группа комбайнов, которые имеют коэффициент гармоничности их конструкции по параметрам ниже 0,9, следовательно, у них есть резервы для совершенствования в соответствии с общемировыми тенденциями. К примеру, машина 5270 C-AL немецкой фирмы Fendt нуждается в увеличении мощности двигателя со 180 л. с. до 252 л. с., снижении площади подбарабанья с 1,3 до 0,81 м2, увеличении площади соломосепаратора с 5,7 до 7,2 м2 и уменьшении площади решет очистки с 6,0 до 5,4 м2. При этом пропускная способность останется на уровне 9,1 кг/с. На основе предложенной методики даны рекомендации по совершенствованию ряда наиболее известных комбайнов отечественного и зарубежного производства с учетом общемировых тенденций их развития.
Бесплатно
Состав для противокоррозийнной обработки деталей резьбовых соединений
Статья научная
Введение. Обзор исследований по защите резьбовых соединений от коррозии показывает, что в них имеет место негерметичность, способствующая развитию щелевой коррозии, которая приводит к снижению механической прочности деталей резьбовых соединений и усложняет демонтаж. Современные смазочные составы и химические фиксаторы резьбы не обеспечивают защиту от коррозии и демонтаж резьбовых соединений в течение длительного срока эксплуатации, поэтому разработка более эффективного смазочного состава является актуальной задачей. Цель статьи. Разработка эффективного смазочного состава для защиты от коррозии и улучшения разборности резьбовых соединений. Материалы и методы. Детали резьбовой пары М10 с шагом резьбы 1,5 мм из стали Ст3, соединяющие два изделия (опытные образцы), смазывали солидолом Ж-СКа 2/6-2, литолом-24, составом солидол + олигомер Д-10ТМ 5% по массе, составом литол-24 + олигомер Д-10ТМ 5% по массе, затягивали на момент усилия затяжки 80 Н‧м, погружали в 3%-й раствор хлорида натрия при температуре 22-24 °С. Через 8 ч образцы извлекали из раствора и оставляли в воздухе на 16 ч, что представлял один цикл. По вариантам смазки количество параллельных опытов было 5. Продолжительности экспонирования - 24, 48, 96, 240, 480, 720 ч, после истечения которых по 5 образцов каждого варианта смазки разбирали, фиксировали значение момента силы раскрепления, оценивали коррозионное поражение и рассчитывали коэффициент трения. Результаты исследования. Разработан эффективный состав смазки для обработки деталей резьбовых соединений, повышающий их коррозионную стойкость и улучшающий демонтаж. Обсуждение и заключение. При добавлении олигомера Д-10ТМ 5% по массе в литол-24 наблюдается существенное повышение продолжительности времени до появления очагов коррозии на деталях резьбовых соединений и улучшение их демонтажа. Внедрение полученных результатов позволяет увеличить надежность резьбовых соединений.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Широко распространенная в настоящее время технология производства селекционных семян связана с ручной межоперационной перевалкой больших объемов мешкотары, что со временем вызывает повреждение самой мешкотары и ухудшает условия хранения зерна. В связи с этим возникает необходимость в создании многофункционального жесткого контейнера, который обеспечит экономическую эффективность хранения семенного зерна за счет герметичности и контроля внутренней среды. Цель исследования. Предложить конструкцию многофункционального контейнера для первичного семеноводства зерновых культур с обоснованием по критериям технико-экономической эффективности в сравнении с паллетоместом и мешкотарой.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ключевой задачей, стоящей перед работниками сельского хозяйства в Российской Федерации, является обеспечение продовольственной безопасности страны на основе эффективного конкурентноспособного агропромышленного производства и успешное интегрирование в мировой рынок сельскохозяйственной продукции. В решении этой задачи особое место занимает техническое перевооружение агропромышленного комплекса путем оснащения его новой и модернизированной колесной мобильной сельскохозяйственной техникой с установленными движителями на пневматических шинах, что дает возможность получения большей мобильности и производительности. Цель исследования. Установить зависимости энергетических показателей шины в общем случае качения колеса мобильного сельскохозяйственного средства. Материалы и методы. При исследовании энергетических показателей ведущих пневматических колес мобильной техники нами использован теоретико-экспериментальный метод. В качестве объектов испытаний в полевых условиях на «шинном тестере» использовались серийно выпускаемые шины моделей Ф-81, ФД-12 и Ф-85, применяемые для комплектования ходовых систем тракторов пятого класса тяги. Результаты исследования. В результате теоретических и экспериментальных исследований определили зависимости тягового коэффициента ведущих колес на пневматических шинах при работе в общем случае движения. Обсуждение и заключение. В ходе аналитических и экспериментальных исследований, при общем виде движения ведущих пневматических колес мобильных энергетических средств пятого класса тяги, было установлено следующее: снижение тяговых свойств пневматических колес при их движении с уводом – даже при незначительных углах увода шины (1,5…2,5°) буксование увеличивается до 25 %; сопротивление самопередвижению ведущего пневматического колеса с увеличением угла бокового увода при качении с номинальной загрузкой больше как по величине, так и по темпу его роста, чем ведомого; потери мощности на буксование при качении колеса с шиной 30,5R-32 в ведущем режиме составляют 37…46 %, а на сопротивление самопередвижению – 54…63 % от всех затрат энергии. Результаты исследований необходимо учитывать при совершенствовании шин ходовых систем мобильных сельскохозяйственных агрегатов.
Бесплатно
Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневмосистеме посевного комплекса
Статья научная
Введение. В современных посевных комплексах транспортирование и распределение семян и удобрений происходит с помощью воздушного потока. При моделировании технологических процессов работы таких пневматических систем методами вычислительной гидродинамики и дискретных элементов важным этапом является определение параметров межфазного взаимодействия двухфазных течений «воздух – семена» и «воздух – удобрения». От интенсивности межфазного взаимодействия зависят как возможность реализации моделей вычислительными методами, так и сложность используемых моделей. Цель исследования. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневматической системе посевного комплекса, где в качестве несущей фазы используется поток воздуха, а в качестве дисперсной фазы – смесь твердых частиц гранул удобрений. Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием экспериментальных методов, включающих высокоскоростную видеосъемку, парусный классификатор и цифровые анемометры для анализа параметров воздушного потока и движения частиц. Методика содержала определение влажности материалов, скорости витания частиц, объемной концентрации фаз, а также расчет гидродинамических характеристик в различных участках пневмосистемы. Применялись современные подходы к анализу двухфазных течений с учетом взаимодействия между частицами и стенками транспортных каналов. Результаты исследования. Эксперименты выявили существенные различия в параметрах течения между горизонтальными и вертикальными участками пневмосистемы. Установлена зависимость аэродинамических характеристик частиц от их физико-механических свойств. Наблюдалось значительное изменение объемной концентрации дисперсной фазы по длине транспортных пневмопродов посевного комплекса, что указывает на переход между различными режимами течения. Коэффициенты сопротивления частиц демонстрировали четкую корреляцию с критериями подобия, характерными для промежуточной области кривой Рэлея. Обсуждение и заключение. Проведенные исследования позволили разработать методику оценки параметров двухфазных течений в пневмосистемах и выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность транспортировки и распределения семян и удобрений. Результаты исследования имеют практическое значение для совершенствования конструкций посевной техники и разработки цифровых двойников технологических процессов. На основе проведенного анализа предложены направления дальнейших исследований, включая разработку комплексных CFDDEM моделей, учитывающих реальные условия работы пневмосистем. Работа вносит вклад в решение актуальной задачи повышения равномерности распределения посевного материала в современных почвообрабатывающих комплексах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Утилизация растительных остатков в садоводстве является важной задачей, а малогабаритные измельчители - эффективным ее решением. Существующие малогабаритные измельчители веток и лозы часто демонстрируют низкую производительность и высокое энергопотребление, что ограничивает их широкое применение в малых хозяйствах. Влияние скорости резания на производительность и энергопотребление таких измельчителей остается недостаточно изученным, а имеющиеся сведения противоречивы. Данное исследование направлено на выявление оптимальных режимов работы дискового измельчителя, минимизирующих энергозатраты при достижении необходимой производительности. Цель исследования. Обосновать конструктивные и режимные параметры малогабаритного измельчителя путем определения зависимостей влияния скорости резания рабочего органа на производительность и энергозатраты.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Главным направлением развития отечественной экономики становится создание прорывных технологий и продуктов, способных конкурировать на мировом рынке. Производство продуктов растениеводства невозможно без использования самой энергозатратной технологии – основной отвальной обработки почвы, – влияющей на получение высокого урожая в регионах с малым количеством выпадающих атмосферных осадков. Цель исследования. Определение эксплуатационно-технологических показателей плуга ПНЛ-8-40 и разработанного ПБС-8М для снижения энергозатрат и улучшения агрофизических свойств обработанной почвы. Материалы и методы. Определение эксплуатационно-технологических показателей процесса обработки почвы серийным плугом ПНЛ-8-40 и разработанным плугом ПБС-8М осуществлялось с применением стандартных методов исследований. Согласно стандарту организации ассоциации испытателей сельскохозяйственной техники СТО АИСТ 4.1-2010 определялись функциональные показатели плугов: рабочая скорость; рабочая ширина захвата; производительность за один час основного времени; погектарный расход топлива. Согласно СТО АИСТ 001-2010 выполнялась агротехническая оценка работы плугов по показателям качества: глубине вспашки; гребнистости поверхности обработанной почвы; степени и глубине заделки стерни в пахотный слой. Результаты исследования. Установлена целесообразность использования широкозахватного плуга ПБС-8М в засушливых условиях левобережной зоны Поволжья. Теоретически рассчитаны и экспериментально проверены эксплуатационные показатели пахотных агрегатов. Восьмикорпусный плуг ПБС-8М при скорости 2,53 м/с и глубине вспашки 23 см производит за час работы больше на 30–33 %, чем восьмикорпусный плуг ПНЛ-8-40, при более низком (на 22 %) расходе топлива. По агротехнической оценке технологий сравниваемые плуги отличаются степенью заделки растительных и пожнивных остатков по глубине пахотного слоя почвы. Показатели плотности и водопроницаемости почвы практически равнозначны. Обсуждение и заключение. В результате использования разработанного лемешно-отвального плуга ПБС-8М на обработке тяжелосуглинистой почвы снижаются энергозатраты, улучшаются агрофизические свойства почвы. Пахотный агрегат К-701+ПБС-8М, двигаясь в загоне с рабочей скоростью 2,53 м/с, обеспечивает выполнение работ за час основного времени с производительностью 3,9 га/ч. При использовании агрегата К-701+ПНЛ-8-40 в этом же режиме движения производительность составляет 2,6 га/ч. На каждом гектаре топливо экономится до 3,8 кг при работе К-701+ПБС-8М, в сравнении с К-701+ПНЛ-8-40. Из исследований качества выполненной работы по обработке почвы агротехническая оценка показала, что у обоих плугов по всей ширине захвата равномерная глубина – 23,0...23,4 см. Также у каждого орудия отклонение рабочей ширины захвата от конструктивной получено на уровне 4,0 %. Показатель гребнистости поверхности поля 6,9...8,2 см находился в пределах требований агротехники, предъявляемых к технологии отвальной обработки почвы. Различались технологические показатели плугов только по степени заделки растительных и пожнивных остатков проса в почву. После прохода плуга ПБС-8М стерня распределена слоем 5...12 см на глубине 8...15 см, после прохода плуга ПНЛ-8-40 стерня находилась ближе ко дну борозды от 12 до 22 см. Показатели плотности и водопроницаемости почвы, измеренные после культивации пара и перед посевом озимой пшеницы, практически равны у исследуемых плугов, что и отразилось на полученной урожайности культуры – 23,5...24,0 ц/га.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Озимая пшеница – ключевая зерновая культура, продуктивность которой во многом определяется оптимальным азотным питанием. Оптимизация азотного питания озимой пшеницы в современных условиях крупного агрохолдинга требует дифференцированного внесения удобрений, однако агрономы сталкиваются с проблемой выбора доз и отсутствием комплексных, валидированных методик применительно к большому количеству полей. Существующие подходы не учитывают всего спектра факторов, что затрудняет принятие решений. Разработка методов валидации и моделей искусственного интеллекта для дифференцированного внесения азотных удобрений критически актуальна для повышения продуктивности и эффективности возделывания озимой пшеницы. Проблемой является отсутствие методов валидации и модели дифференцированного внесения азотных удобрений в работе нейросети для оптимизации процессов возделывания озимой пшеницы и повышения производительности сельскохозяйственных угодий. Цель исследования. Разработка и внедрение технологии дифференцированного внесения азотных удобрений для оптимизации процессов возделывания озимой пшеницы. Материалы и методы. Выполнялся сравнительный полевой эксперимент на полях АО «Рассвет» Усть-Лабинского района Краснодарского края дифференцированного внесения азотных удобрений (две подкормки). Для проведения исследований выбраны два поля с озимой пшеницей площадью 83 и 68 га. Каждое поле было разделено на три варианта: российская схема – в зону низкой продуктивности вносилось больше удобрений, европейская схема – в зону низкой продуктивности вносилось меньше удобрений, хозяйственная схема – единая доза удобрений. Разрабатывалась LSTM-модель на основе усредненных вегетационных индексов (EVI, NDWI, REP, SR) со спутниковых снимков Sentinel-2 за девять месяцев. Для увеличения обучающей выборки была предпринята попытка синтезирования данных на пиксельном уровне, а итоговые прогнозы продуктивности сглаживались и конвертировались в карты-задания для дифференцированного внесения удобрений с нормами, рассчитанными по исторической корреляции. Лабораторные исследования отбора растений проводились в Кубанском ГАУ и на опытной станции учебно-опытного хозяйства «Кубань». Объектом исследования являлся технологический процесс дифференцированного внесения удобрений по модели искусственного интеллекта и его влияние на вегетацию, урожайность и качественные показатели озимой пшеницы. Результаты исследования. Диапазон урожайности озимой пшеницы (комбайновой и биологической) по российской схеме на первом поле составил 90,9...101,5 ц/га; европейской схеме – 89,2...96,4 ц/га; хозяйственной схеме – 89,9...90,9 ц/га. На втором поле соответственно 87,4...99,6 ц/га; 92,4...98,5 ц/га; 87,8...93,6 ц/га. Усредненная урожайность по первому полю выше на 6,31 % по российской схеме и на 2,56 % по европейской схеме по сравнению с хозяйственной схемой. По второму полю выше на 5,25 % по европейской и на 3,08 % по российской по сравнению с хозяйственной схемой. Практически все исследованные варианты можно отнести к 3-му классу зерна. Увеличение натуры прямо пропорционально снижению содержания протеина и клейковины по обоим полям вариантов искусственного интеллекта. Содержание протеина по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,23–1,5 %. Содержание клейковины по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,53–3,3 %. Натура по вариантам искусственного интеллекта выше на 0,33–1,6 %. Содержание клейковины по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,53–3,3 %. Обсуждение и заключение. Экономический анализ хозяйства по комбайновой урожайности показал, что при использовании европейской технологии производственные затраты снизились на 400 тыс. руб. по сравнению с контрольной схемой, а затраты на удобрения уменьшились на 2 567 руб. с одного гектара. Выручка с одного гектара увеличилась на 6 401 руб. и условной прибыли на 9 546 руб. Валовая прибыль также увеличилась на 150 тыс. руб., а рентабельность выросла на 5,3 % по сравнению с контрольной схемой. Результаты предложенных методов валидации и созданной модели дифференцированного внесения азотных удобрений использовались в работе нейросети. Эффективность работы нейросети оценена в реальных условиях сельского хозяйства по урожайности путем создания шкалы работы по отношению с существующими методами внесения удобрений (повышение урожайности от 2,56 до 6,31 %). Представленные результаты полевых экспериментов демонстрируют высокую практическую значимость предложенной технологии дифференцированного внесения азотных удобрений, которая требует проверки производственных испытаний на большем количестве полей. Перспективы исследования включают дальнейшее расширение площади применения разработанной технологии и ИИ-модели.
Бесплатно
Эффективность применения шин низкого давления при возделывании озимого ячменя
Статья научная
Введение. Отсутствие комплексного анализа влияния шин низкого давления на рост и развитие зерновых культур (размерно-массовые характеристики различных частей растений, болезни и т. д.), урожайность по следу и вне следа с использованием наземных измерений, снимков с беспилотного летательного аппарата и из космоса остается актуальной проблемой. Цель работы - определить с использованием цифровых технологий, дистанционных и наземных измерений, на какой из элементов структуры урожая и на каком этапе оказывает наибольшее влияние давление в шинах при возделывании озимого ячменя. Материалы и методы. Наземный мониторинг всходов проводился с использованием стандартных методик полевого оыта. Дистанционный мониторинг всходов выполнялся в течение вегетации озимого ячменя беспилотными летательными аппаратами (Phantom 4 Pro, Mavic 2 Enterprise Dual) и космоснимками (системы OneSoil, SkyScout). Результаты исследования. В результате проведенного в течение одного года исследования доказана эффективность применения шин низкого давления при возделывании озимого ячменя. При сравнении эффективности использования шин низкого давления с шинами стандартного давления получили повышение биологической урожайности на 4,4 %, комбайновой - на 9,5 %. Обсуждение и заключение. Определено, что давление в шинах оказывает влияние на рост и развитие озимого ячменя, развитие болезней, а также урожайность. При этом заметна разница показателей при движении шины по следу и вне следа. Таким образом, важным вопросом интенсификации сельскохозяйственного производства, наряду с использованием современных технологий и технических средств, высокопродуктивных сортов и гибридов, средств защиты растений, является использование шин низкого давления.
Бесплатно
