В Чувашском госуниверситете разработали мехатронный профилограф для оценки качества вспашки почвы

Пахать по науке © stimul.online

Полевой мехатронный профилограф — конструкция, состоящая из основания с установочными стержнями и стойки, на которой размещены угловой датчик и корпус с расположенными в нем блоком питания и блоком управления. Источник фотографии: Пресс-служба ЧГУ имени И.Н. Ульянова

Учёные Чувашского государственного университета им. И. Н. Ульянова разработали и запатентовали интеллектуальный профилограф, выполняющий цилиндрическое сканирование сложных поверхностей. Создатели планируют представить свое изобретение на 67-м чемпионате мира по пахоте, который в этом году проводится в России. О том, для чего нужен такой прибор, и как проходит чемпионат мира по пахоте рассказывает журнал об инновациях в России «Стимул».

Профилограф — прибор, предназначенный для точного наземного сканирования поверхности сельскохозяйственных земель. Для оценки качества вспашки его устанавливают в борозду, образованную после прохода трактора, и цилиндрическим сканированием определяют профиль поверхности необработанной земли, борозды и обработанного участка, после чего показатели сравнивают. Для определения глубины обработанной почвы выполняется сравнение уровней борозды и необработанной поверхности, а для определения коэффициента вспушенности — уровней обработанной и необработанной поверхностей.

Из-за нарушения агротехнических требований к обработке почвы ухудшаются условия роста и развития культурных растений, снижается урожайность, появляется риск развития эрозии почвы на склоновых землях, снижения плодородия, возникают и другие негативные последствия.

Прибор поможет управлять продуктивностью посевов, количественно учитывая изменчивость условий произрастания растений. По сути, таким образом исследователи Чувашского государственного университета (ЧГУ) реализуют современное «умное» точное земледелие. Профилограф также повышает производительность комплексного анализа земли, и это одно из его ключевых преимуществ. Прибор помогает проводить оценку в течение нескольких минут, тогда как сейчас на предприятиях на это уходит около получаса.

ВАСИЛЬЕВ.jpg © stimul.online

Основной разработчик профилографа, заведующий кафедрой прикладной механики и графики машиностроительного факультета ЧГУ, доктор технических наук Сергей Васильев на полевых испытаниях прибора. Источник фотографии: Пресс-служба ЧГУ имени И.Н. Ульянова

ОЦЕНИТЬ ВСПАШКУ ПО ВСЕМ ПАРАМЕТРАМ

В основу проекта легли многолетние исследования эрозионных процессов на склоновых землях, а также агротехнических и противоэрозионных технологий для их предупреждения. О том, почему ученые ЧГУ решили создать новый профилограф, «Стимулу» рассказал автор идеи и основной разработчик этого устройства, заведующий кафедрой прикладной механики и графики машиностроительного факультета ЧГУ доктор технических наук Сергей Васильев.

Как поясняет исследователь, современные приборы, которые уже используются для оценки вспашки, имеют возможность сканировать обработанную почву только в продольном или поперечном направлении — например, это профилограф для измерения микрорельефа поверхности поля ИП-284-01, разработанный учеными КубНИТИМ. Однако применение таких приборов на склоновых землях, где вспашка ограничена для небольших уклонов агроландшафтов по агротехническим требованиям, проблематично и трудоемко, поскольку замерить истинный склон с их помощью фактически невозможно.

Созданный специалистами ЧГУ полевой мехатронный профилограф представляет собой оригинальную конструкцию, состоящую из основания с установочными стержнями и стойки, на которой размещены угловой датчик и корпус с расположенными в нем блоком питания и блоком управления. Корпус установлен на стойке с помощью подшипников качения, для его привода вращения используется неподвижное опорное колесо, сателлит и двигатель, расположенный на подвижном корпусе. Прибор также включает в себя направляющую, каретку, лазерный датчик положения, винт, электродвигатели, приемник GPS, акселерометр, гироскоп, компас, термогигрометр окружающего воздуха и влагомер почвы.

В комплекте находится полевой ноутбук, оснащенный информационной системой измерения и компьютерным управлением для согласованной работы электродвигателей в процессе измерения. На ноутбуке установлена программа приема и обработки показателей датчиков и приборов.

Связь полевого ноутбука с блоком управления, датчиками, электродвигателями, приемником GPS и измерительными приборами обеспечивается через Bluetooth-соединение при помощи Bluetooth-радиомодулей, встроенных в лазерный датчик, блок управления и ноутбук.

«Возможности нашего профилографа позволяют реализовать сканирование поверхности по окружности или по заданной спиралевидной или иной траектории перемещения датчика, например по спирали Ферма, — рассказывает Сергей Васильев. — Преимущества спиралевидного движения рабочих органов и инструмента в различных машинах подтверждены целым рядом российских научных работ, а также за рубежом: это польские исследования в 2001 году и китайские разработки в 2018-м».

Таким образом, по словам Сергея Васильева, в результате сканирования по окружности можно провести экспресс-оценку и определить сразу порядка шести основных агротехнических показателей вспашки. Речь идет о глубине обработки, гребнистости, коэффициенте вспушенности, микрорельефе, прямолинейности вспашки и уклоне, в том числе продольном и поперечном, относительно направления вспашки.

«А при сканировании по спирали с заданным шагом удается получить 3D-поверхность обработанной почвы и смоделировать мелиоративные, эрозионные и другие процессы, происходящие на поверхности почвы, — говорит ученый. — Например, один из наших патентов направлен на определение эвентуальной смытости почвы, то есть виртуально возможной при определенных обстоятельствах. Необходимые условия мы можем проверить нашим прибором и определить коэффициент эвентуальной смытости почвы».

Пахари открт.jpg © stimul.online

Каждый участник соревнований получает по участку, на котором он должен продемонстрировать свое мастерство обработки земли. Источник фотографии: Пресс-служба АО «Росагролизинг»

ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЙ УРОВЕНЬ

Разработанный прибор — это интеллектуальная информационно-измерительная система, она имеет целый набор функций для точного определения основных и вспомогательных параметров, включая свою геопозицию, влажность и температуру почвы, азимут и так далее. Это своеобразный эталон, который позволит далее разрабатывать новые измерительные средства, более дешевые и технологичные.

Благодаря профилографу ученые планируют создать научную концепцию применения новых интеллектуальных методов и мехатронных систем сканирования поверхности почвенного покрова. Разработка поможет предупредить деградацию почвы и водную эрозию на ранних стадиях.

«Сегодня в АПК, в этой трудоемкой и многогранной отрасли, развивается роботизация, — рассказывает Сергей Васильев. — Параллельно мы ведем разработки, связанные с дифференцированной обработкой почвы роботизированными орудиями. Однако оценить качество выполнения сложных операций роботом, который работает постоянно в режиме „беседы“ в плане передачи информации для его управления и контроля, получится только с помощью интеллектуальных методов и мехатронных систем сканирования поверхности вариабельного почвенного покрова. То есть можно утверждать, что применение нового профилографа выведет обработку почв сельскохозяйственных земель на принципиально новый уровень».

Опытный образец профилографа, а также метод контроля агротехнических показателей обработки почвы на склоновых землях уже используются в СХПК «Оринино» Моргаушского района Чувашии и в ООО «Агроформула» в Казани. Разработчики планируют представить свое изобретение и новый способ контроля качества обработки почвы научному сообществу на 67-м чемпионате мира по пахоте.

АНТИПОВА.jpg © stimul.online

Директор по стратегии и внешним коммуникациям АО «Росагролизинг» Татьяна Антипова. Источник фотографии: Пресс-служба АО «Росагролизинг»

КТО ЛУЧШЕ ВСЕХ ВСПАШЕТ ЗЕМЛЮ

Чемпионат мира по пахоте в этом году впервые в истории этих состязаний пройдет в России, в Ленинградской области, куда приедут команды из стран — членов Всемирной пахотной организации. Более ста предприятий покажут свою сельхозтехнику и оборудование. Об особенностях и истории чемпионата «Стимулу» рассказала Татьяна Антипова, директор по стратегии и внешним коммуникациям АО «Росагролизинг», главного организатора мероприятия.

«Чемпионат по пахоте представляет собой не только профессиональные соревнования пахарей — это целые аграрные фестивали с концертной и деловой программой, с выставками и спортивными мероприятиями, — говорит Татьяна Антипова. — Это семейный праздник, где каждый посетитель, от ребенка до пожилого человека, найдет что-то интересное для себя».

Чемпионат проводится в первую очередь с целью популяризации аграрных профессий, а также для того, чтобы предоставить аграриям возможность эффективно общаться между собой. В рамках этого события уже стала традиционной масштабная выставка техники и оборудования.

«Мы приглашаем всех наших поставщиков техники, а это около 450 компаний, продемонстрировать современные образцы сельхозмашиностроения, — говорят в „Росагролизинге“. — Показать новинки и подсмотреть тренды у других. Чемпионат по пахоте — хорошая площадка для демонстрации передовых технологий в сельхозмашиностроении. Более того, есть возможность их оценить и в деле. На полях выставки и чемпионата проходят демопоказы, мастер-классы, трактор-шоу и соревнования. Каждый раз количество техники, участвующей в выставке, растет, экспонируются новые современные модели».

На сегодняшний день в состав Всемирной пахотной организации входит более 30 стран, среди которых Россия, Канада, США, Австралия, Новая Зеландия, ЮАР, а также ведущие европейские аграрные страны.

«Кто был первым организатором соревнований по пахоте, прошедших в конце девятнадцатого — начале двадцатого века, достоверно не установлено, за это звание до сих спорят Ирландия и Шотландия, — рассказывает Татьяна Антипова. — В 1952-м была образована Всемирная пахотная организация, и на следующий год прошел первый чемпионат мира по пахоте. В этом году Россия примет уже 67-й чемпионат».

На протяжении семидесяти лет цели проведения международных пахотных соревнований остаются неизменными. Организаторы хотят повысить престиж труда аграриев, привлечь молодежь в сельхозпроизводство, повысить культуру ведения сельского хозяйства. Чемпионаты способствуют совершенствованию способов обработки земли, обмену передовым опытом, сохранению, развитию и продвижению современных экологичных технологий в сельском хозяйстве.

По словам Татьяны Антиповой, в советское время устраивались соревнования между механизаторами. Первый финал конкурса состоялся в Подмосковье в 1967 году в честь 50-летия Октябрьской революции. В 1968-м финал Всесоюзного конкурса механизаторов проходил в Эстонии, в следующем году — на полях Тульской областной сельскохозяйственной опытной станции.

После распада Советского Союза подобные состязания в России устраивать перестали. «Росагролизинг» решил возобновить традицию. Вот уже десять лет компания является основателем и главным организатором Открытого чемпионата России по пахоте. В 2009 году при активном содействии АО «Росагролизинг» Россия вступила во Всемирную пахотную организацию и подала заявку на право проведения чемпионата в нашей стране. В этом же году россияне впервые приняли участие в чемпионате мира по пахоте, он проходил тогда в окрестностях городка Моравске Топлице в Словении.

Алексей Андреев

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈