Учёные физического факультета ЧелГУ усовершенствовали древнейшее сельскохозяйственное оборудование - плуг. Уникальная технология обработки почвы с использованием вибрации и сжатого воздуха поможет снизить энергозатраты и увеличить эффективность пахоты. Проект реализуется по заказу Челябинского компрессорного завода.
Совместная разработка ЧелГУ и ЧКЗ-Агро повысит эффективность удобрения и вспашки. Учёные надеются, что с внедрением нового плуга уменьшится потребление топлива для тракторов, а вспашка будет эффективнее на 10-20 процентов, на столько же процентов сократится потребление энергии. На предприятии сейчас готово несколько экземпляров новой разработки.
«Использование вибрации и/или сжатого воздуха при обработке почвы во время вспашки потенциально позволит улучшить эффективность процесса, то есть уменьшить затрачиваемую на вспашку энергию, а одновременно – сделает вспаханную землю более рыхлой. Технология также помогает увеличить площадь охвата рабочего органа плуга», – поясняет доцент кафедры радиофизики и электроники Дмитрий Кузьмин.
Завод ЧКЗ-Агро производит различную сельскохозяйственную технику, в том числе плуги. Казалось бы, это древнейшее орудие труда за тысячелетнюю историю развития человеческой цивилизации давно достигло своего идеала, ведь первые зарисовки приспособлений для вспашки земли историки нашли в письменных материалах Древнего Египта и Вавилона, которые относятся ко второму тысячелетию до н. э. На самом деле плуг и сегодня можно улучшить во много раз – это доказали учёные ЧелГУ и практики ЧКЗ-Агро.
Для усовершенствования орудия труда инженеры предприятия решили использовать вибрацию и/или сжатый воздух, поэтому было изготовлено несколько опытных образцов такой техники. Однако в процессе работы сотрудникам завода стало понятно, что для лучшего понимания происходящих процессов и для оптимизации параметров методики требуются теоретические исследования. Эту работу было решено предложить выполнить физикам ЧелГУ.
«Мы осуществляем теоретическое исследование и компьютерное моделирование технологии с целью оптимизировать её параметры, – отмечает Дмитрий Кузьмин. – Модифицированный плуг подвергается дополнительной управляемой вибрации. В рабочем органе устройства есть отверстие, через которое подаётся сжатый воздух. Таким образом и создаётся дополнительное давление на пласт почвы при её обработке. Ранее, насколько нам известно, к такому решению никто не пришёл. Подобная технология никем в мире пока не используется».
В декабре 2022 года физики ЧелГУ завершили основной этап работы над проектом. За год коллективу разработчиков удалось достичь впечатляющих результатов: построена математическая модель и проведено компьютерное моделирование; определены мощность и тяговое сопротивление плуга при вибрации в рабочем органе плуга, рассчитана область рыхления почвы при обработке сжатым воздухом в зависимости от давления воздуха и глубины вспашки.
«Завершая год сотрудничества с ЧКЗ-Агро, мы демонстрируем партнёрам следующие результаты: разработка математической модели исследуемых процессов и численное моделирование и обоснование параметров методики обработки почвы с использованием вибрации и сжатого воздуха, – комментирует руководитель проекта, профессор кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ, проректор по научной работе ЧелГУ Игорь Бычков. – В ближайшем будущем рассчитываем на продолжение исследования с целью доработки и усовершенствования действующей модели, а также для прогнозирования результатов и их сравнения с работой опытных образцов».
Добавим, над усовершенствованием плуга в ЧелГУ работают четверо исследователей. Игорь Бычков координирует проект в целом и разрабатывает модель. Дмитрий Кузьмин, старший преподаватель кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Валентин Толкачёв и ведущий инженер кафедры радиофизики и электроники Максим Усик занимаются расчётами и компьютерным моделированием.