Молоді науковці кафедри механіки факультету конструювання та дизайну в авангарді розв’язування сучасних проблем держави
Минає вже третій рік як на кафедрі механіки факультету конструювання та дизайну успішно виконується науково-дослідна робота за договором № 110/2м/пр/2024 для молодих вчених, яка фінансується МОН України за темою «Відновлення рельєфу та родючості пошкоджених внаслідок воєнних дій земель сільськогосподарського призначення». Керівником цієї теми є кандидат технічних наук, доцент Олександра ТРОХАНЯК. Щорічний обсяг фінансування по цій темі складав 1 млн грн.
Так сталось, що на момент подання заявки та подальшого відкриття даної тематики у 2023 році на кафедрі механіки та і в цілому на факультеті конструювання та дизайну було обмаль науково-педагогічних працівників, які не тільки б мали досвід наукової або інженерної роботи, але відповідали б головному критерію можливої участі в даному проєкті — це вік, який повинен був тоді складати не більше ніж 35 років. Але майбутньому керівнику затвердженого у подальшому даного проєкту доценту О. М. ТРОХАНЯК вдалось зібрати потрібну кількість науковців-фахівців, в тому числі і за межами нашого факультету та університету, які відповідали даному критерію і були здатні успішно виконати поставлене завдання.
Також слід зазначити, що на самому початку розв’язання складних питань даного проєкту її керівником було поставлене питання на кафедрі про можливість ознайомлення з цією тематикою якомога більше наукових установ нашої країни не тільки з інформаційної точки зору, а й з можливістю взяти в ньому участь, допомогти порадами у виконанні завдання, прийняти безпосередню участь тощо.
При цьому, головним було тоді поставлено завдання для виконавців даного проєкту, пов’язане не тільки з отриманням нових наукових та конструкторсько-технологічних результатів, які з’являться за результатами теоретичних досліджень, або на моделях чи лабораторних експериментальних установках зроблених на кафедрі, а такі, які б мали конкретне та суттєве виробниче значення і отримані на зразках, що спроектовані на високому професійному конструкторському рівні, виготовлені в заводських умовах на сучасному промисловому обладнанні та пройшли випробовування і дослідження в польових умовах на реальних ґрунтах. Тобто не суто наукові, а й конкретні промислові розробки, що можна буде у подальшому використати з максимальною користю для України, під час відновлення родючості та рельєфу пошкоджених внаслідок воєнних дій земель сільськогосподарського призначення.
Однак було зрозуміло, що втілити в життя ці задуми невеликому колективу молодих вчених буде дуже й дуже не просто. А тому вони разом з кафедрою механіки почали шукати можливості майбутньої співпраці з провідними науковими та виробничими установами нашої країни, які б змогли допомогти в реалізації намічених планів.
Першим відгукнувся директор Національного наукового центру «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського», доктор сільськогосподарських наук, професор, академік НААН Святослав БАЛЮК. Він провів відповідні консультації, надав корисні поради, надав деякі матеріали, таблиці даних, фото. У той час науковці його Центру мали вже напрацювання по вимірюванню параметрів пошкоджень родючих ґрунтів унаслідок вирв у Харківській області, мали вже чималі дані по стану ґрунту на внутрішніх поверхнях вирв, їх зараження важкими (навіть радіаційними) металами тощо. Науковцям цієї установи було вкрай цікаво не тільки мати чітке уявлення про стан зараженого ґрунту, а й мати технології по його збиранню, вивезенню, утилізації та подальшої дезактивації і знезараження, але головне — як відновлювати рельєф пошкоджених родючих земель сільськогосподарського призначення, яку техніку для цього застосовувати. Молоді науковці кафедри механіки надали у Харків таку потрібну їм інформацію, за що отримали подяку. Протягом наступних двох років академік НААН С. А.БАЛЮК передавав молодим науковцям нашої кафедри вже подальші друковані праці їх наукової установи, в яких містились результати нових хімічних та радіаційних досліджень родючих ґрунтів України пошкоджених внаслідок військових дій.
Тісний контакт молодих науковців кафедри був також встановлений з Національним науковим центром «Інститут землеробства Національної академії аграрних наук України». Так, заступник директора з наукової роботи з питань землеробства та рослинництва Лариса КОЛОМІЄЦЬ, а також співробітники її відділу брали участь у сумісному вимірюванні параметрів вирв, які були на дослідних полях цієї наукової установи. Цей Центр також надав кафедрі матеріали власних вимірювань хімічного складу пошкоджених земель та деякі інші матеріали, які торкались зруйнованих родючих земель сільськогосподарського призначення вже Київської області. Молоді науковці кафедри механіки доповідали результати власних досліджень в цьому Центрі, брали участь в роботі міжнародної наукової конференції, що проводилась в цій установі, мають з її співробітниками сумісні друковані праці по цій тематиці. Зараз є домовленість з директором цієї наукової установи член-кореспондентом НААН, доктором сільськогосподарських наук Миколою ТКАЧЕНКО про подальше співробітництво з науковцями кафедри механіки вже по нових проєктах.
Внаслідок проведення попередніх пошукових досліджень, виконаних молодими науковцями на кафедрі механіки, відповідних консультацій з провідними ґрунтознавцями нашої країни, використання їх конструктивних порад і реального вивчення об’єкту досліджень на пошкоджених землях Київської області, саме виконавцями даного проєкту була запропонована і у подальшому розроблена нова оригінальна методика відновлення рельєфу та навіть родючості пошкоджених внаслідок воєнних дій земель сільськогосподарського призначення. Тут мова йде не про відомі (навіть нові) агрохімічні або ґрунтознавчі заходи, які використовуються у звичайному землеробстві для відновлення або підвищення родючості ґрунту, а саме механічні заходи, які необхідно провести у вказаному напрямі для досягнення поставленої мети. Головним досягненням молодих науковців, на чолі з доцентом кафедри Олександрою ТРОХАНЯК, на самому початку проведення даного дослідження було те, що вони чітко уявили і зрозуміли наслідки самого механізму пошкодження поверхні родючого ґрунту внаслідок вибухів і утворення вирв, тобто поглиблень конічної форми на його поверхні. Здавалося, що у подальшому позбавитись від цих пошкоджень дуже просто, використовуючи звичайне загортання ґрунту у вирви бульдозером або грейдером. Але було також цілком зрозуміло, що звичайне механічне вирівнювання поверхні ґрунту після вибуху в подальшому тут зовсім не годиться. Так, внаслідок вибуху (потужного, або не дуже) поверхня родючого ґрунту пошкоджується і сам вибух спочатку відкидає від центру вибуху шари поверхового, тобто родючого ґрунту, далі ті шари, які є на деякій глибині і наприкінці розкидає глибинні глинисті частини по прилеглій, тобто непошкодженій поверхні іноді на значну відстань і площу. Глина або зовсім неродюча частина ґрунту концентрується на гребнях вирв від вибухів та прилеглій поверхні, тому при звичайному загортанні вона, у переважній більшості, також залишиться на поверхні вирівняного поля. А головним є те, що у середині самих вирв на внутрішніх поверхнях конічної форми утворюється шар зараженого, спеклого ґрунту, який обов’язково необхідно зібрати і вивезти у місце, де потрібно провести його знезараження, або навіть дезактивацію. Проведеними хімічними і біологічними дослідженнями вченими нашої країни, які вони надали молодим науковцям кафедри, встановлено, що зміст важких і навіть радіаційних елементів у пошкодженому ґрунтовому середовищі у багато разів перевищує норми і залишати його, навіть загортаючи на відповідну глибину недопустимо. Високі температури при вибухах у кратерах вирв, які досягають тисяч градусів, також значно пошкоджують родючі шари ґрунтів, заражають їх, спікають і також роблять небажаним навіть при засипанні вирв на значну глибину.
Отже, на підставі глибокого вивчення цього складного питання молодими науковцями й була розроблена нова технологія відновлення рельєфу і родючості пошкодженого ґрунту після вибухів і утворення вирв, суть якої полягає в тому, що з внутрішньої поверхні вирви потрібно механічно зчищати заражені шари ґрунту, які повинні при цьому подрібнюватися і після цього під дією власної ваги вони повинні падати на дно вирв. Далі за допомогою механізму гнучкого конвеєра з самого дна вирви потрібно відібрати цей пошкоджений ґрунт і завантажувати ним автомобіль, який вивезе його в місце знезараження. Після цього, подальше вирівнювання рельєфу поверхні родючого поля обов’язково слід здійснювати у зворотній послідовності — спочатку кидати на дно вирви глину, потім зверху розташовувати шари родючого ґрунту. Таке пошарове загортання вирв і технічні засоби для його здійснення (шнекова борона) й були розроблені по цій тематиці.
Однак, для втілення у життя цієї нової розробленої технології потрібно було з самого початку роботи здійснити не тільки нові теоретичні та експериментальні дослідження, а й виконати значний обсяг нових конструкторських розробок, виготовити складні зразки нової, до цього часу не існуючої техніки (не макети або моделі), знайти можливість провести ґрунтовні випробування в реальних польових умовах цих зразків, провести впровадження тощо.
Отже, було цілком зрозумілим, що самотужки молоді науковці кафедри механіки, навіть за допомогою досвідчених НПП, які працюють поруч, виконати вказаний обсяг робіт, за вказаний обсяг фінансування та строк виконання зробити це ніяк не зможуть. Потрібна була допомога, співпраця, тісне співробітництво з потужними науковими і виробничими установами нашої країни, які будуть здатні реально допомогти в реалізації даного проєкту.
І такі установи, з якими вже багато і плідно працює кафедра механіки факультету конструювання та дизайну є і вони погодились допомогти в цьому питанні.
Найбільш плідним було співробітництво виконавців цього молодіжного проєкту з Інститутом механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України та зі спеціалізованим підприємством «Агромаш» Краснянське Вінницької області, яке вже багато років виготовляє сучасну конкурентоспроможну сільськогосподарську техніку.
Завдяки багаторічній і суттєвій підтримці нашої кафедри з боку директора ІМА АПВ НААН, академіка НААН Валерія АДАМЧУКА була отримана згода про надання допомоги молодим виконавцям цього проєкту по професійному проектуванню та промисловому виготовленню потрібних зразків техніки, а також допомоги під час проведення виробничої перевірки та безпосередньому проведенню польових експериментальних досліджень на їх дослідному полі. До речі, заступник директора з науково-інноваційної і виробничої діяльності цього Інституту кандидат наук Наталя СЕРГЄЄВА є виконавицею цього проєкту, як сумісник і багато разів особисто брала участь у вимірюванні параметрів вирв, які були на дослідному полі Інституту (с. Оленівське, Фастівського району), організації проведення, підготовці та безпосереднього здійснення самих польових експериментальних досліджень тощо.
За згоди директора «Агромаш» Краснянське Юрія ПОЛОМАРЯ, до речі випускника нашого університету, на його підприємстві у Вінницькій області було здійснено промислове виготовлення найскладнішого агрегату по даній тематиці — гнучкого шнекового механізму для зібрання та транспортування у кузов автомобіля пошкодженого ґрунту.
Згідно календарного плану на другому етапі досліджень (2025 р.) в рамках тематики за розробленою конструкторською документацією було здійснено виготовлення робочого органу для зчищення пошкодженого ґрунту з внутрішньої (у переважній більшості конічної форми) поверхні вирви на дно вирви, який закріплювали на стрілу екскаватора. Його було виготовлено саме на заводі експериментальних зразків Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України.
|
а) |
 б) |
Робочий орган для зчищення пошкодженого шару ґрунту у середині вирви:
а) загальний вигляд; б) встановлений на стрілі екскаватора
Також у 2025 році було виготовлено гнучкий гвинтовий конвеєр на заводі «Краснянське спеціалізоване підприємство «Агромаш».
Новий гнучкий шнековий механізм для зібрання та транспортування
пошкодженого ґрунту у кузов автомобіля з дна вирви
Таким чином, працівниками тематики запропоновано метод для здійснення технічної рекультивації пошкоджених земель вибухами, який передбачає спочатку очищення вирв від пошкодженого та забрудненого ґрунту важкими металами та іншими небезпечними речовинами. Для переміщення знятого забрудненого шару ґрунту можна використовувати гнучкий гвинтовий конвеєр з секційними шнековими робочими елементами, який дає можливість захоплювати з середини вирв зчищений забруднений ґрунт і перевантажити його у кузов транспортного засобу. Після цього необхідно здійснити засипання воронок, тобто здійснити вирівнювання поверхні поля. Далі на цій земельній ділянці можна проводити дискування та культивацію, а за необхідності — оранку.
Перед проведенням польових експериментальних досліджень працівниками даної тематики: було проведено огляд розробленого робочого органу, вимірювання його геометричних параметрів і співставлення з розмірами вирв, які були отримані безпосередньо в полі. Ці підготовчі роботи виконували: керівник тематики — Олександра ТРОХАНЯК, доцент кафедри механіки, старший науковий співробітник проєкту — Наталя СЕРГЄЄВА і молодший науковий співробітник — Станіслав КОВАЛЬЧУК. Тоді було з’ясовано, що вирви значної глибини (10 м і більше) вимагають пошарової обробки внутрішньої їх конічної поверхні. В разі вирв невеликої глибини, які найбільш часто зустрічаються під час військових дій на полях сільськогосподарського призначення (до 1.0 – 1.5 метра) і які не мають чітко вираженої внутрішньої порожнини конічної форми, конічна частина самого робочого органу може бути встановлена по центру днища вирви і занурена стрілою екскаватора на відповідну глибину.
Під час вимірювання параметрів робочого органу
Дослідження робочого процесу зчищення пошкодженого шару гранту у середині вирви проводилися на дослідному полі Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України.
Дослідження руйнування щільного ґрунту робочим органом
Дослідження здатності робочого органу копіювати конічну поверхню вирви
Також надзвичайно важливими були результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень роботи механізму гнучкого шнеку, при транспортуванні зараженого сухого подрібненого ґрунту. По-перше, були розроблені теоретичні передумови захоплення і подальшого транспортування частинок ґрунту спіраллю гнучкого транспортера. По-друге, були теоретично розглянуті не тільки умови транспортування сипкого матеріалу по криволінійних траєкторіях, а й енергетичні параметри самого процесу транспортування. Проведені експериментальні дослідження надали можливість побудувати нові моделі багатофакторного експерименту, отримати нові рівняння регресії, побудувати нові графічні залежності. Оптимальні конструктивні, кінематичні та енергетичні параметри гнучкого шнека були визначені з максимальною повнотою. Також були проведені нові теоретичні дослідження роботи шнекової борони, якою є можливість пошарово уловлювати і транспортувати пошкоджений ґрунт.
За результатами проведених досліджень виконавцями цього проєкту на даний час (тобто за неповних 3 роки) були отримані такі показники: опубліковано 5 наукових статей в журналах, що входять до переліку фахових видань України; опубліковано 12 статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних WoS та Scopus; отримано 1 патент України на винахід, що стосується нового конструктивного рішення відносно гнучкого гвинтового конвеєра для транспортування пошкодженого ґрунту, подано 2 заявки на отримання інших патентів України на винаходи, опубліковано англійською мовою 15 статей у міжнародних наукових журналах; опубліковано 25 тез доповідей на міжнародних наукових конференціях.
Виконавці проєкту взяли участь у 10 науково-практичних конференціях де успішно доповідали результати своїх наукових досліджень й конструкторських розробок, в тому числі виїжджаючі на конференції за кордон. Отримано 4 акти впровадження результатів даної науково-дослідної роботи.
Результати проведеного за даним проєктом дослідження надруковані у виданнях країн Європи, зокрема в Італії, Болгарії, Польщі, Латвії, Естонії.
До кінця 2026 року планується опублікувати ще 2 монографії українською та мовою країни ЄС, і декілька статей у закордонних виданнях, що були подані на початку року.
Побажаємо молодим науковцям кафедри механіки факультету конструювання та дизайну успішного звітування в кінці поточного року, а також подальших нових суттєвих наукових та конструкторських здобутків на благо та велич нашої Батьківщини — України!