The accumulation of moisture from autumn and winter precipitation in poorly draining soil for plants in arid conditions during the initial stage of the vegetation period in the northern region of Kazakhstan was a severe production problem. Research methods included theoretical and experimental studies. In theoretical studies, the area of the treated surface by a chain harrow is determined. Then, the design of an improved harrow is proposed, including how the tooth chain tillage tools are positioned. Either as a “single action disc harrow” type with mounting four teeth on each chain link, or as a serial harrow with the tooth chain tillage tools located in a “diamond-shaped” double-action scheme with two teeth on each chain link. Experimental studies show that an improved harrow steadily performs the early spring harrowing process with a quality that meets normative requirements. In doing, so the working capacity is 4–5% higher than a serial harrow with a 4–5% lower fuel consumption. Furthermore, it is revealed that the early spring soil harrowing performed by tooth chain harrows allows the loss of productive moisture in the spring pre-sowing period by 1.8–1.9 times to be reduced compared to the untreated background.

Soil treatment is one of the most energy-intensive agricultural processes. While power take-off (PTO)-powered rotary tillage tools are widely used due to their operational advantages, their energy efficiency requires enhancement. A new PTO-powered rotary tillage tool was designed, with cutting blades inclined at angle β to prevent soil mass accumulation due to soil sliding along the blades, thereby enhancing energy efficiency and tillage quality. A kinematic model was developed to analyze the tool’s motion trajectories. Theoretical analysis substantiated the optimal inclination angle β = 38–42° and elliptical-profile edge configuration of the cutting blades. During field experiments for performance evaluation, the angle of attack was in the range 20° < α < 40°, and the kinematic coefficient varied in the range 1.0 < η < 1.21 in 0.07 increments. Results demonstrated that draught force and torque reduced by 1.3–1.5 and 1.1–1.4 times, respectively, with an increasing kinematic coefficient. Minimal specific total power requirements of 4.5–4.7 kW/m were obtained at the optimal kinematic coefficient, η = 1.14–1.21, and angle of attack, α = 40°. Compared to base ring tillage discs, the new design reduces total power requirements by 14–16%. Furthermore, it provides required tillage quality: soil pulverization ≥ 80%, weed cutting ≥ 97%, crop residue retention ≥ 60%, and roughness of the field soil surface ≤ 3 cm.

Минералды тыңайтқыштарды қолданудың қабатты технологиясымен машинаны практикалық іске асырудың құнын төмендетуге болатындығы және оның құрылымдық шешімін жеңілдетуге болатындығы анықталды. Минералды тыңайтқыштарды қабатты енгізу үшін әзірленген қопсытқыш-тыңайтқыштың анықтаушы элементтерінің бірі – жұмыс органының қозғалуы үшін қажет тартылыс күші көптеген факторларға байланысты, оларға топырақ сферасының физикалық-механикалық сипаттамалары, жұмыс органының құрылымдық сипаттамалары және топырақты өңдеудің жұмыс процесінің технологиялық сипаттамалары жатады. Осыған байланысты, әзірленіп жатқан жұмыс органының құрылымдық параметрлері және оның жұмысының технологиялық параметрлері ретінде физика-механикалық қасиеттер арасындағы өзара байланысты орнату мақсатында теориялық зерттеулер жүргізілді. Теориялық зерттеулер нәтижесінде барлық негізгі конструктивті және технологиялық параметрлерді байланыстыратын өрнек алынды: жұмыс органының тарту күші лемехтің ұзындығына, өңдеу тереңдігіне және табан мен ерітіндінің кесу бұрыштарына және трансляциялық жылдамдықтың квадратына тура пропорционал. Есептеу көрсеткендей, қабылданған технологиялық және құрылымдық параметрлердегі жұмыс органының тарту күші P = 124.3 кг/с құрайды, бұл белгілі бір нәтижеге толық сәйкес келеді. Зерттеудің келесі кезеңінде алынған нәтижелерді зертханалық эксперименттерде топырақ каналындағы тәжірибелі жұмыс органын сүйреп апару және тарту күшін динамометриялау арқылы тексеру қажет.

Топырақты қопсыту және минералды тыңайтқыштарды сараланған деңгейде енгізу процесін орындау үшін жалпақ тілгіш терең қопсытқыш-тыңайтқыштың физикалық моделі әзірленді және жасалды. Эксперименттік жұмыс органының тарту күшін анықтау бойынша эксперименттік зерттеулер топырақ каналында зертханалық жағдайда жүргізілді. Алынған мәліметтер талданып, математикалық статистика әдісімен өңделді, тартылыс күшінің өзгеруі графигі жасалды және эксперименттік үлгінің көрсеткіштері сериялықтың көрсеткіштерімен салыстырылды. Тәжірибелер басталғанға дейін топырақ каналында топырақ тереңдіктегі ылғалдылық бойынша дайындалды. Топырақтың ылғалдылығын анықтау үшін американдық құрылғы Т-350 Aquaterr қолданылды. Топырақтың тығыздығын анықтау үшін Wile маркалы финдік тығыздық өлшегіш (ASAE S313.3 стандарты) қолданылды. Эксперименттік зерттеулердің нәтижелері бойынша әзірленген және сериялық жұмыс органдарының тартылыс күштері алынды. Осылайша, топыраққа минералды тыңайтқыштарды сараланған деңгейде енгізу үшін эксперименттік жалпақ тілгіш-терең қопсытқыш-тыңайтқыштың қозғалыс процесін зерттей отырып, тарту күшінің оның қозғалу жылдамдығына аналитикалық тәуелділігі алынды. Теңдеуді талдау зерттелетін топырақ өңдеу жұмыс органының тарту күшінің қозғалыс жылдамдығына квадраттық тәуелділігін көрсетеді. Сонымен қатар, салыстырмалы талдау теориялық зерттеулер мен эксперименттік мәліметтердің нәтижелері жақын екенін көрсетті. Бұл зерттеу бағытының дұрыстығын көрсетеді.

The article provides an analysis of the operation of automotive vehicles with a diesel engine in the cold season. The technical means used to maintain the optimal thermal regime of the diesel fuel system under low-temperature conditions are considered. The relevance of research aimed at improving the fuel heating system using exhaust gases is substantiated. A method for substantiating the parameters of the fuel heating system in the tank using exhaust gases and equipment used in experimental studies is proposed. This article presents conclusions derived from theoretical analysis and practical experiments, based on which a design and optimal parameters of the fuel heating system elements are proposed. It includes dependencies of fuel heating time in the fuel tank on engine operating mode, fuel mass in the tank, and ambient air temperature. Research tests have established that the equipment of automotive vehicles with the proposed fuel heating system during operation in the cold season contributes to an increase in the average readiness coefficient of the vehicle from 0.81 to 0.87. The research findings can be applied when using automotive vehicles with a diesel engine in the winter season to improve their technical characteristics.

Tractor-trailer units (TTU) equipped with actively-driven trailer wheels represent significant potential for modern agricultural applications. However, their widespread scientific study and industrial implementation remain limited due to insufficient understanding of the actively-driven wheel-supporting surface interaction. The research purpose is to substantiate the fundamental principles for enhancing the off-road mobility of tractor-trailer unit. This paper presents the results of development of laboratory test rig for experimental investigation on substantiation of actively-driven (trailer) wheel rotation modes. The engineering documentation for the laboratory test rig was developed in accordance with technical design requirements in compliance with Unified System for Design Documentation Standards using the KOMPAS-3D software. The research has yielded a mathematical expression for defining the operational range of coefficient of kinematic mode of wheel rotation during laboratory test rig testing studying. Based on the expression data and functional relationships between the coefficient of kinematic mode of wheel rotation and the number of teeth on change gear (gear ratio) were obtained. Based on the research results, the gear ratios corresponding to the investigated range of the kinematic rotation mode coefficient of the tested wheel were determined. Thus, the developed laboratory test rig enables to conduct experimental studies of the performance of the running wheels of an actively-driven trailer, in order to substantiate the principles of improving the off-road mobility of tractor–trailer units.