Введение.Возрастающие антропогенные энергетические затраты при производстве растениеводческой продукции[1, 2] привели к разработке и использованию в производстве так называемых энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур[3, 4, 5]. Их особенность заключается в широком использовании химических средств борьбы с вредителями культурных растений и сорняками, хотя бы впервые 5…6 лет[6, 7]. В сочетании сраспространением практики применения различных биопрепаратов и стимуляторов роста и развития растений это вызвало формирование устойчивой мировой тенденциирасширения использования агрегатов для опрыскивания культур их растворами [8, 9]. Особенность этой технологической операции – обработка посевов в период вегетации растений, что ведет к уничтожению определенной их части, а значит к потерям урожайности[10, 11]. Среди научных публикациях достаточно часто встречаются работы, посвященные повышению эффективности конструкции опрыскивателей, а также увеличению эффективности их эксплуатации [12, 13, 14]. В основном в них решаютсявопросы, связанные с ростом производительности опрыскивателей, снижением прямых энергетических или финансовых затрат[15, 16]. Известны результаты исследований, посвященных улучшению конструкции опрыскивателей, повышению надежности и качества их работы, автоматизации и роботизации этой технологической операции, особенно при работе с вредными для человека соединениями [17, 18, 19]. Однако исследований, в которых работу опрыскивателей рассматривают системно, с учетом негативного влияния таких агрегатов на формируемый урожай культурных растений недостаточно [20, 21, 22].Цель наших исследований – оптимизация параметров прицепных опрыскивателей с учетом их негативного влияния на урожайность зерновых культур на примере яровой пшеницы.Условия, материалы и методы.Для поиска путей повышения эффективности эксплуатации прицепных опрыскивателей, в том числе путем снижения потерь урожая, использовали метод вычислительных экспериментов на основе энергетической математической модели соответствующих машинно-тракторных агрегатов [23, 24, 25]. Критерием оптимальности принимаемых решений служила величина показателя суммарные энергетические затраты [26, 27, 28], который кроме прямых энергетических затрат машинно-тракторного агрегата, учитывает и косвенные, в том числе энергию урожая, теряемого из-за принятия неверных решений по определению параметров опрыскивателя с учетом условий его работы. Вычислительные эксперименты проводили с использованием программ в системе компьютерной математики МАТЛАБ на примере работы опрыскивателя с трактором типа МТЗ-82. Конструкционная схема опрыскивателя – прицепной, одноосный с такими изменяемыми параметрами как ширина захвата, рабочая скорость, диаметра колеса, ширина профиля шины, объема резервуара для ядохимиката, коэффициент распределения веса на опорные колеса, длина дышла и др. Сравнивали организацию работ по защите растений с поворотом агрегата на посеянном поле и за его пределами. Поворот – в конце гона круговой. Исходные данные для вычислительного эксперимента:площадь поля Fpolya =60 га;длина гона lgona =0,8 км;расстояние переезда lper =3 км;коэффициент прочности несущей поверхности поля Q1=0,9;объем работы Q=1000 га;культура – яровая пшеница;число сорняков – 50 шт./м2;число тракторов, занятых на операции Ntrakt =1 шт.;продолжительность рабочего дня Tdnev =14 ч;планируемая урожайность YP =40 ц/га;норма внесения ядохимикатов H3 =150 л/га;давление насоса Pnasosa= 3 МПа;давление воздуха в шинах Pw =0,16 МПа;число колес на одном борту моста Zk =1 шт;коэффициент сцепления колес с почвой Kscep = 0,6;коэффициент сопротивления перекатыванию колес fperek =0,1;плотность почвы pz=1300 кг/м3;твердость почвы H=1800000 Па.Результаты и обсуждение.На первом этапе в ходе вычислительных экспериментов выявляли влияние параметров опрыскивателя на выбранный критерий оптимизации и другие общепринятые показатели эффективности работы МТА (производительность, расход топливаи др.), отдельно определяли величинупотерь урожайности для заданного сочетания условий работы.Расчеты в эксперименте с поворотом внутри поля дали следующие результаты:оптимальная ширина захвата опрыскивателя Bopt = 32м;оптимальная скорость агрегата Vopt = 10 км/ч;оптимальный объем бака опрыскивателя Vemkopt = 5000 л;оптимальный диаметр колеса опрыскивателя Dk =2,032 м;оптимальная ширина шины колеса опрыскивателя Bdvigit = 0,2 м;оптимальный коэффициент распределения веса опрыскивателя на его колеса λц.т._opt= 0,83.Минимальные суммарные энергетические затраты при оптимальных параметрах опрыскивателя Emin = 4852,9 МДж/га. Рис. 1 – Изменение суммарных энергетических затрат при работе опрыскивателя от ширины его захвата и рабочей скорости агрегата.Анализ графического представление влияния параметров опрыскивателя на эффективности его работы показал, что на величину суммарных энергетических затрат большое влияние оказывает ширина захвата опрыскивателя, увеличение которой в 2 раза (с 16 до 32 м) на скорости 10 км/ч снизило суммарные энергетические затраты с 9200 МДж/га до 4853 МДж/га, или почти в 2 раза (рис. 1). Увеличение скорости агрегата так же ведет к уменьшению суммарных энергетических затрат, но по величине это снижение незначительно и составляет 112 МДж/га при ширине захвата 32 м и росте скорости с 7 до 10 км/ч. Рис. 2 –Изменение суммарных энергетических затрат при работе опрыскивателя от диаметра его опорного колеса и объема бака.Так как увеличение ширины захвата опрыскивателя сопровождаетсяростом оптимального объема бака (рис. 2, 3),максимальная оптимальная рабочая скорость агрегата 10 км/ч определяется принятой мощностью двигателя трактора80 л.с. и может иметь более высокое значение при использовании трактора с большей мощностью двигателя(рис. 4). Рис.3–Изменение суммарных энергетических затрат при работе опрыскивателя от объема бака и ширины профиля опорного колеса. Рис. 4 –Изменение потребной мощности двигателятрактора от ширины захвата и рабочей скорости опрыскивателя.Пятикратное увеличение объема бака опрыскивателя с 1000 до 5000 л приводит к снижению суммарных энергетических затрат с 5900 МДж/га до 4853, или более чем на 1100 МДж/га (см. рис. 2). При этом увеличение диаметра колеса опрыскивателя с 1 м до 2 м при оптимальном объеме бака опрыскивателя 5000 л дает возможность сократить суммарные энергетические затраты на 180 МДж/га.С ростом ширины профиля опорного колеса опрыскивателя с 0,2 м до 0,6 мпри оптимальном объемебака опрыскивателя 5000 л суммарные энергетические затраты увеличиваются на 1400 МДж/га (см. рис. 3), что противоречит привычной логике – чем больше ширина колеса, тем меньше уплотнение почвы и, соответственно, потери урожайности. В этом случае определяющеевлияние оказывает не уплотнение почвы, а размер вытаптываемой колесами площади, рост которой сопровождается значительнымповышением потерьурожая. С их учетом оптимальной шириной профиля колеса опрыскивателя следует считать 0,2 м.Путем правильного подбора коэффициента распределения веса опрыскивателя с полной загрузкой бака жидкостью на его опорные движители,можно снизить суммарные энергетические затраты на 1000 МДж/га (рис. 5). Оптимальнаяего величина для условий проведения вычислительных экспериментов–0,83. Рис. 5–Изменение суммарных энергетических затрат при работе опрыскивателя от коэффициента распределения веса опрыскивателя на его колеса и ширины профиля опорного колеса Рис. 6 –Изменение производительности опрыскивателя при изменении ширины его захвата и рабочей скорости.Интенсивность влияния ширины захвата и рабочей скорости на производительность агрегата примерно одинакова – чем больше ширина захвата и скорость агрегата, тем выше его производительность. Максимальная величина этого показателя 16,5 га/ч соответствует наибольшим заданным значениям ширины захвата – 32 м и скорости – 12 км/ч при условии достаточной мощности двигателя в 86 л.с. (рис. 6) Рис. 7–Изменение погектарного расхода топлива опрыскивателя при изменении ширины его захвата и рабочей скорости.Расход топлива на единицу выполненной работы с увеличением ширины захватаагрегата с 16 до 32 мна скорости 10 км/чснижается с 0,72 до 0,43 кг/га (рис. 7). Рис. 8–Зависимость потерь урожайности от ширинызахвата и рабочей скорости опрыскивателя. Рис. 9 – Зависимость потерь урожайности отдиаметра опорного колеса и объема бака опрыскивателя.Характер изменения потерь урожая при варьировании оптимизируемых параметров опрыскивателя почти полностью копирует характер изменения суммарных энергетических затрат.Так, по мере увеличения ширины захвата опрыскивателя с 16 до 32 м при скорости агрегата 10 км/ч потери урожайности яровой пшеницы снижаются с 6,22 до 3,19 ц/га, или более чем в 2 раза (рис. 8).Наиболее значительное влияние на снижение потерь урожайности оказывали увеличение объема бака опрыскивателя, которое сокращает агросроки выполнения технологической операции, и уменьшение ширины профиля шины колеса опрыскивателя, что способствует снижению площади посевов, подвергаемых вытаптыванию движителями опрыскивателя (рис. 9, 10, 11). Такие результаты свидетельствуют о том, что в суммарных энергетических затратах значительная часть приходится на энергию теряемого урожая и именно эта составляющая оказывает наибольшее влияние на оптимальные параметры опрыскивателя. Рис. 10 – Зависимость потерь урожайности отширины шины колеса и объема бака опрыскивателя.  Рис. 11– Зависимость потерь урожайности откоэффициента распределения веса опрыскивателя на его колеса иширины шины колеса. По результатамвычислительного эксперимента с поворотом агрегата за пределами поля были получены такие же оптимальные параметры опрыскивателя, как и в варианте с поворотом внутри поля. При этом минимальные суммарные энергетические затраты резко снизились с 4852,9 МДж/га до 1365,4МДж/га(см. рис. 2 и 12), или более чем на 300 %. Таким образом, основные потери урожая формируются на поворотных полосах (см. рис. 9 и 13), поэтому необходимо принимать организационные и конструкционные (например, путем применения следящих устройств, обеспечивающих движение колес опрыскивателя след в следза колесами трактора)меры по их уменьшению. Рис. 12–Изменение суммарных энергетических затрат при работе опрыскивателя от диаметра его опорного колеса и объема бака.  Рис. 13– Зависимость потерь урожайности отдиаметра опорного колеса и объема бака опрыскивателя. Выводы.Вычислительные эксперименты, проведенные с использованием энергетической математической модели опрыскивателей, учитывающей влияние его параметров на формируемую урожайность яровой пшеницы показали, что существует сочетание значений оптимизируемых параметров в пределах заданных величин, когда суммарные энергетические затраты от работы агрегата достигают минимумаДля принятых, в ходе вычислительных экспериментов, условий работы прицепного опрыскивателя с трактором типа МТЗ-82 оптимальная ширина захвата составляет 32 м, скорость – 10 км/ч, диаметр колеса – 2 м, объем бака 5000 л, ширина профиля шины – 0,2 м, коэффициент распределения веса опрыскивателя на его опорные колеса 0,83; минимальные суммарные энергетические затраты снижаются с ростом ширины захвата агрегата, его рабочей скорости, диаметра колеса опрыскивателя, объема бака; при снижении ширины профиля колеса опрыскивателя и коэффициента распределения веса опрыскивателя на его опорные колеса (в заданных пределах).При повороте агрегата в пределах поля занятого растениями минимальные суммарные энергетические затраты составили 4852,9 МДж/га, осуществление поворота агрегата за пределами поля привело к их трехкратному снижению до 1365,4 МДж/га.Для повышения эффективности работы агрегата при обработке посевов вегетирующих растений растворами агрохимикатов необходимо рассматривать систему, в состав которой входят трактор, оператор, опрыскиватель, поле, почва, урожай (ТООППУ),а в качестве объективного критерия оптимизации его параметров использовать суммарные энергетические затраты, учитывающие влияние на урожайность культур.