Перспективные инновационные направления научных исследований по механизации сельскохозяйственного производства

В соответствии с ориентацией экономического развития России на инновационную основу, указаниями президента РФ о необходимости активизации работы по внедрению инноваций во все отрасли народного хозяйства, необходимо активизировать работу по внедрению в сельскохозяйственное производство нетрадиционных перспективных инновационных направлений развития.

Необходимость этого объясняется следующим. В развитии сельскохозяйственного производства, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения Россия существенно отстала. Поэтому для восстановления сельскохозяйственного производства на основе технологического перевооружения нам необходимо воссоздавать машинно-тракторный парк на новой технической основе с использованием новейших разработок в области механизации производственных процессов.

Новые технологические и технические решения в этой области в основном направлены на достижения мирового уровня. Необходимо уяснить, что в рамках нынешнего направления технического развития и разделения труда, навязанного миру процессом глобализации, мы находимся в сложном положении, так как ограниченность ресурсов не позволяет вести исследовательские и опытно-конструкторские разработки на уровне ведущих мировых фирм, а многие наши заводы находятся в таком состоянии, что им трудно вести конкурентную борьбу с отлаженным и эффективно работающим производством развитых, в промышленном отношении, стран. Нам необходимо работать на опережение, работать над созданием принципиально новых технологий и средств механизации, к которым миру еще предстоит прийти.

Как известно, существует категория так называемых прорывных (закрывающих) технологий и средств их реализации, появление которых делает ненужными и устаревшими огромное количество традиционных технологий. Так, появившийся автомобиль сделал ненужными целые процветающие отрасли, связанные с перевозками на конной тяге.

Осознавая это, властители сегодняшнего мира препятствуют разработке таких технологий в других странах (и даже в собственной), так как эти более прогрессивные технологии способны разрушить привычную и подконтрольную им систему. К примеру, ряд проектов по термоядерной энергетике в США был свернут под давлением нефтяных компаний. Казалось бы, парадокс: США, импортирующие нефть из вечно неспокойного Персидского залива, должны быть заинтересованы в появлении новых источников более дешёвой энергии. Но с точки зрения ТНК переход с углеводородов (добычу и цены на которые они контролируют) на другие, более прогрессивные источники энергии, есть безусловное для них зло, так как ведёт к смене лидеров в мировой экономике. Подобное наблюдается и в нашей стране. Так, разработанный нашими учёными аквазин (смесь бензина с эмульгированной водой и стабилизирующими присадками) не внедряется в производство, хотя позволяет экономить до 10% и более бензина. Прекращены работы по использованию эффекта Коэндзе для создания подъёмной силы. Эти примеры можно продолжить.

Значительная часть таких технологий и технических средств их реализации была разработана в СССР, но не используется или уже перекуплена и используется развитыми странами. Прорывные технологии – только они способны перевести наше и общечеловеческое развитие на качественно иной уровень.

В настоящее время значительное число таких нетрадиционных перспективных технологий и средств их реализации (на различных уровнях разработки) имеется в НИИ, учебных заведениях, а также в активе изобретателей и исследователей энтузиастов. Причем, они находятся в законсервированном виде, так как вести работу по ним (по известным причинам) у исследователей нет возможности. Зачастую эти разработки попадают в руки иностранных фирм и отечественных спекулянтов технической документацией и идеями.

Эвристическими методами, мониторингом публикаций и методами прогнозирования нами выделены нижеизложенные направления такой работы по инновационному развитию механизации сельскохозяйственного производства для внедрения в него прорывных (закрывающих) технологий.

В области тракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Разработка гибридных двигателей для тракторов и автомобилей на основе комбинирования принципов действия двигателя внутреннего сгорания, двигателя Стирлинга и паровой машины. Чтобы совместить в одном двигателе работу на основе смешанного цикла (для дизеля) или изохорного (для бензиновых двигателей) с циклом паровой машины, необходимо впрыскивать в цилиндры ДВС воду, то есть использованием её как рабочего тела. Для этого могут использоваться отдельные цилиндры, расположенные между цилиндрами, работающими на углеводородном топливе, или в каждый цилиндр поочередно может подаваться топливо, а в конце следующего такта сжатия – вода. Для дизелей можно использовать двухкомпонентные форсунки или насос-форсунки, предназначенные для подачи в цилиндр второго топлива совместно с дизельным. Для реализации преимуществ этой схемы потребуется изменить работу системы газораспределения, так как для работы цилиндров в режиме паровой машины в них не желательно подавать воздух, хотя на первом этапе с целью меньшего объема переоборудования существующих ДВС этого можно и не делать.

Возможна и другая схема подачи воды в цилиндры – в каждый цилиндр в конце такта расширения, что приведет к увеличению давления, будет способствовать догоранию CO и более быстрому очищению цилиндра от отработанных газов.

Для использования теплоты отработавших газов следует иметь в виду разработку термоэлектрических источников получения энергии.

При использовании хотя бы 50% теплоты, теряемой в системе охлаждения и с отработанными газами, эффективный КПД двигателя увеличивается в два раза. Так что реализация этого направления даст значительный эффект (уменьшение в 2 раза потребления топлива; уменьшение вредного воздействия на окружающую среду) при незначительном изменении конструкции или переоборудовании двигателей. Представляет интерес разработка сфероидальных ДВС.

Существенно повысить КПД паровой машины можно, если совместить преимущества Стирлинга и ДВС (горячий цилиндр) и паровой машины (рабочее тело – вода). В такой паровой машине легко осуществляется цикл двойного действия, что дополнительно повысит её показатели.

Разработка методов использования в составе углеводородных топлив эмульгированных добавок, в частности воды, что по разным оценкам даёт экономию топлива до 10% и более.

Исследование и разработка рабочих органов, действующих на обрабатываемую среду деформациями, которым она сопротивляется слабее всего. Это обработка почвы с использованием растяжения по схеме (рис. 1) (исследованная нами машина МПР), увеличение сепарирующей способности молотильного аппарата (рис. 2 и 3), обмолот скрученного колоса прокатыванием срезанной массы между двумя поверхностями, скорости которых различны, в направлении, перпендикулярном продольной оси колоса. Для этого необходимо осуществить направленную подачу срезанного хлебостоя в зону обмолота. Такую подачу неполеглого и неспутанного хлебостоя могут осуществлять жатки с полотенными транспортёрами. При подаче в зону обмолота колосовой части стеблей, создаётся возможность отделения зерна от стебля, за счёт деформации кручения колоса, сепарации зерна из зоны разрушения, без воздействия обмолачивающих рабочих органов на солому.

Рисунок 1. Схема работы МПР: 1 – лемех; 2,4 – верхний и нижний роторы; 3,5 – пальцы роторов.

Рисунок 2. Схема молотильного аппарата зерноуборочных комбайнов с планками подбарабанья, расположенными по направлению касательных к окружности барабана: 1 – окружность барабана по концам бичей; 2 – касательные к окружности барабана; 3 – планки подбарабанья.

Рисунок 3. Схема молотильного аппарата со струнным подбарабаньем: 1 – окружность барабана по концам бичей; 2 – корпус подбарабанья; 3 – тонкие натяжные стержни, планки или струны.

Исследование нетрадиционных рабочих органов сельскохозяйственных машин: безвальных спирально-винтовых (рис. 4) и гибких (рис. 5), на основе которых, может быть создана новая система машин.

Рисунок 4. БСВ молотильно-сепарирующее устройство с аксиальной подачей: 1 – БСВ цилиндрический обмолачивающий сепарирующий и транспортирующий РО; 2 – дека-решето; 3 – наружный кожух; 4 – барабан; 5 – опорные ролики; 6 – кольцо; → – поступление зерносоломистой массы в МСУ; ○→ – движение зерна и сбоины; -→ – соломы.

Рисунок 5. Цилиндрическая гибкая сепарирующая поверхность с участком обратной кривизны: 1 – поверхность с постоянным радиусом; 2 – участок обратной кривизны; 3 – нажимной валик; 4 – жесткий цилиндр; 5 – поддерживающий ролик; М – подача массы; Мп – выделение проходовой фракции; Мс – выделение сходовой фракции.

Уменьшение вредного воздействия на почву ходовых систем применением тонкостенных шин высокого давления, которые должны иметь небольшие гистерезисные потери, а также шин на основе спирально-винтовых элементов.

В области растениеводства.

При районировании и адаптации к нашим климатическим условиям стевии, сахаристость которой на единицу массы в 1 миллион раз больше сахарной свеклы, необходимо разработать комплекс машин для её возделывания и уборки, а также для переработки её в сахаристую массу. При потере в результате адаптирования к нашим природным условиям её сахаристости даже в 1000 раз, стевия является перспективной, легко возделываемой культурой. К тому же она является диетическим продуктом и обладает лечебными свойствами. Таким образом, она может явиться заменой сахарной свекле, что даёт огромной эффект при её возделывании, переработке и потреблении.

При реализация давней идеи академика Н.В. Цицина по созданию пшенично-пырейного гибрида, вероятно, будет необходимо усовершенствовать в основном зерноуборочный комбайн для обмолота мелкосемянного зернового вороха с более прочными связями зерновок со стеблем в колосе.

Целесообразно развернуть работу по приспособлению культурных растений к средствам механизации, по поводу чего неоднократно высказывался А.А. Дубровский. Так, выведение сортов картофеля с прочными столонами даст возможность убирать его тереблением за ботву, что значительно упростит картофелеуборочные комбайны.

В области кормопроизводства.

Разработка промышленной технологии изготовления и применения биологически активного препарата (БАП) из отходов древесного сырья и мочевины. БАП стимулирует аппетит, повышает иммунитет животных и человека, способствует подавлению различных инфекций. Эта работа велась ранее различными энтузиастами, в том числе авторами данной статьи в ЗАО ПР «Васильевское». О её результатах имеются акты, свидетельствующие о высокой эффективности БАП. Результаты освещались в местной прессе. БАП может использоваться также как безопасный препарат для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и иммунитета к болезням.

В области земледелия.

Разработка технологической документации и рекомендаций по широкому распространению беспахотного органического земледелия, сберегающего (и даже увеличивающего, в отличие от пахотных технологий) плодородие почв, сберегающего влагу (что особенно важно в условиях глобального изменения климата), сберегающего дизельное топливо, затраты труда и другие ресурсы при возделывании любых сельскохозяйственных культур.

В области животноводства.

Разработка технологической документации и рекомендаций по широкому распространению ресурсосберегающих технологий производства молока, выращивания ремонтного молодняка, откорма скота на мясо в условиях беспривязного содержания на свежем воздухе в физиологических группах, кормления полнорационными кормовыми смесями по индивидуальным рецептам для групп, добровольного доения или доения в доильном зале, автоматизированного учета хозяйственно-полезных свойств для целей производства и селекционно-племенной работы.

В области немеханических воздействий.

Разработка приборов и устройств, для изучения и использования электромагнитных информационных излучений растений и материалов для подавления сорняков, усиления роста, повышения урожайности и изменения свойств сельскохозяйственных материалов.

Перечисленные методы находятся на разной стадии разработки и требуют серьезного анализа и апробации. В связи с этим необходимо также усилить работу и по прогнозированию тенденций развития и эффективности различных инновационных методов. Целесообразно создать банк данных перспективных направлений инновационных исследований, с включением в него предлагаемых нами, другими организациями и исследователями, направлений и результатов работы. Такая работа может эффективно проводиться только при координации со стороны Министерства сельского хозяйства, РАСХН и ведущих научных организаций России. Было бы целесообразно собрать и обобщить имеющиеся разработки, составить из них банк данных с целью определения приоритетности разработки и необходимости привлечения к этой работе различных организаций (НИИ, ГСКБ, учебных заведений, фирм и т.д.).