CC BY
81B
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.331
DOI: 10.31279/2222-9345-2018-7-32-18-25
И. А. Маркво, Е. М. Зубрилина, В. И. Новиков
Markvo I. A., Zubrilina E. M., Novikov V. I.
АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ И НЕОБХОДИМЫХ НАПРАВЛЕНИЙ МОДЕРНИЗАЦИИ В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА СЕЯЛОК ТОЧНОГО ВЫСЕВА С ПНЕВМОСЕМЯПРОВОДАМИ
DEVELOPMENT TREND ANALYSIS AND NECESSARY DIRECTIONS OF MODERNIZATION IN THE FIELD OF PRECISION SEEDER WITH PNEUMATIC CLAMPING PRODUCTION
Рассмотрены основные тренды в производстве сельскохозяйственной техники, обозначена проблема выбора на рынке серийных сеялок точного высева, стоящая сегодня перед потребителем, а также приведены методы выбора оптимальной модели сеялки. Предложен новый классификационный признак в конструкции пропашной сеялки точного высева - высота высевающего аппарата от дна борозды. Выделены и проанализированы характерные особенности конструкций серийных сеялок на основании вышеуказанного признака. Приведено обоснование необходимости совершенствования технологического процесса высева семян пропашных культур серийными пневматическими сеялками. Обозначена проблема, которая состоит в отсутствии автоматизации в управлении процессом точного высева во время работы сеялок. Предложена функциональная схема и конструкция высевающего аппарата с семяпроводом, имеющим ускоритель семян, которая позволяет обеспечить скорость семени на выходе, равную скорости движения агрегата, в котором реализована возможность управления скоростью полёта семян непосредственно в процессе высева.
Ключевые слова: качество высева, система контроля и управления, автоматизация процесса высева, сеялка точного высева, пропашные культуры, семяпровод.
The article discusses the main trends in the production of agricultural machinery, identifies the problem of choosing on the market serial precision seeders facing the consumer today, as well as methods for selecting the optimal model of the seeder. A new classification feature has been proposed in the design of an advanced row seed drill - the height of the sowing unit from the day of the furrow. The characteristic features of the designs of serial seeders on the basis of the above feature have been identified and analyzed. The article presents the rationale for the need to improve the technological process of sowing seeds of tilled crops with serial pneumatic seeders. The problem is indicated, which consists in the lack of automation in the management of the exact seeding process during the operation of the seeders. A functional diagram and design of the sowing apparatus with a seed tube with a seed accelerator are proposed, which allows the seed speed at the output to be equal to the speed of movement of the unit, in which the ability to control the seed flight speed directly during the sowing process is implemented.
Key words: seeding quality, control and management system, seeding process automation, precision seeding planter, row crops, seed tube.
Маркво Илья Анатольевич -
старший преподаватель
кафедры управления качеством
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический
университет»
г. Ростов-на-Дону
Тел.: 8-918-557-93-81
E-mail: 7918579381@mail.ru
Зубрилина Елена Михайловна -
кандидат технических наук, доцент кафедры управления качеством
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический
университет»
г. Ростов-на-Дону
Тел.: 8-905-452-80-96
E-mail: elena-zubrilina@rambler.ru
Новиков Виталий Иванович -
техник кафедры управления качеством
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический
университет»
г. Ростов-на-Дону
Тел.: 8-961-404-72-31
E-mail: q-factor2017@yandex.ru
Markvo Ilya Anatolyevich -
Senior Lecturer of the Department
of Quality Management
FSBEI HE «Don State Technical University»
Rostov-on-Don
Tel.: 8-918-557-93-81
E-mail: 7918579381@mail.ru
Zubrilina Elena Mikhailovna -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor
of the Department of Quality Management
FSBEI HE «Don State Technical University»
Rostov-on-Don
Tel.: 8-905-452-80-96
E-mail: elena-zubrilina@rambler.ru
Novikov Vitaly Ivanovich -
Technician of the Department of Quality Management
FSBEI HE «Don State Technical University»
Rostov-on-Don
Tel.: 8-961-404-72-31
E-mail: q-factor2017@yandex.ru
SPIN-code: 6118-2261
Современные условия рынка, необходимость поддержания продовольственной безопасности страны ста-
вят перед научным сообщество задачу обеспечить повышение эффективности ведения сельскохозяйственного бизнеса
и рост конкурентоспособности производимой продукции. Сегодня вектор развития сельскохозяйственной техники должен быть направлен на её автоматизацию. Осуществить этот переход возможно внедряя инновационные технологии с применением достижений научно-технического прогресса.
На мировой арене рынок российской сельскохозяйственной техники, в коммерческом плане, является одним из самых многообещающих. В структуре производства сельскохозяйственной техники в России (рис. 1) производство сеялок занимает порядка 9 % от общего объёма [1].
В целом динамика производства навесной техники (рис. 2) повторяет динамику производства крупной самоходной техники.
В структуре производства основных видов навесного и прицепного оборудования (рис. 3) производство сеялок занимает долю в 12 % [1].
Потенциал увеличения спроса на технику довольно высок, что привлекает на российский производственный рынок большое количество крупных зарубежных игроков. В подобной ситуации, когда выбор сеялки точного высева столь разнообразен и велик, с целью максимизировать пользу и минимизировать возможные отрицательные последствия, мы рекомендуем использовать метод обобщённой оценки, позволяющий составить схему, соотносящую альтернативы и критерии, удовлетворяющие итоговой цели.
Выбор границ измерения каждого критерия продиктован почвенно-климатическими условиями, выбранным для посева сортом, условиями высева, значением рабочей ширины захвата сеялки, скоростью и заложенной надежностью при проектировании, производстве и эксплуатационной поддержке. Значения показателей (табл. 1) базируются на признаке влияния критерия на результат (NAP) и формируют коэффициенты желательности (предпочтения) d, для каждой альтернативы по пяти критериям dt = [2].
Рисунок 1 - Производство сельскохозяйственной техники в России в 2016 году [1]
Рисунок 2 - Производство навесного сельскохозяйственного оборудования
в период с 2010 по 2016 г [1]
20
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
Рисунок 3 - Производство основных видов навесного и прицепного сельскохозяйственного
оборудования в России в 2016 году [1]
Рисунок 4 - Иерархическая схема выбора сеялки точного высева для метода обобщённой оценки Таблица 1 - Значение показателей альтернатив по каждому критерию
№ Наименование критерия (К) ЫДР т' Альтернатива (А) - Границы изменения
А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 X X
1 Норма высева семян, тыс. шт/п.м 0 6 4 4 4 4 4 4 4 1,8 10,4
2 Рабочая скорость движения, км/ч 1 8,7 13,9 11,6 9,5 9,0 8,2 7,9 7,8 5 15
3 Наработка на отказ, общая, ч 1 75 85 36,5 70 24 39 78 75 20 100
4 Производительность за 1 час основного времени, га/ч на 1 метр ширины захвата 1 4,9 7,8 6,5 16,0 7,6 4,6 4,5 4,4 3 18
5 Число семян,заделанных на заданную глубину ± 1 см, % 1 100 95,4 92 93 79,7 96 96 95,5 75 100
П = 71 I I
Обобщённый показатель viii=i"i
позволяет получить последовательность предпочтительных альтернатив D2=0,637 > D4=0,632 > D3=0,506 > D7=0,502 > D8=0,493 > D,=0,469 > D6=0,452 > D5=0,413 [3]. Из которой следует, что из восьми представленных альтернатив сеялка Tempo TPF-8 предпочтительней по критериям технических характеристик.
Выбор модели сеялки можно также реализовать, воспользовавшись методом анализа иерархий, осуществив декомпозицию и преобразовав задачу в иерархическую форму. Оценивание сеялок точного высева проведено нами по 7 критериям (К) и 18 альтернативам (А). В качестве критериев были взяты:
К1 - рабочая скорость, км/ч;
К2 - производительность за час, га/ч на 1 м ширины захвата;
КЗ - глубина заделки семян, мм;
К4 - число семян, заделанных на заданную глубину ±1 см, %;
К5 - распределение растений в рядке: стандартное отклонение,+/-;
К6 - распределение растений в рядке: коэффициент вариации, %;
К7 - общая наработка на отказ, ч.
А в качестве альтернатив взяты сеялки отечественных и зарубежных производителей: Mascar, Maschio Gaspardo, Kinze Manufacturing, John Deere, Challenger, Ferabox, «Миллерово-сельмаш» и другие [4].
С помощью матрицы парных сравнений (табл. 2) определены весомости критериев. Веса были получены экспертным методом.
Для уровня альтернатив по отношению к уровню критериев сформированы соответствующие матрицы.
Были рассчитаны векторы приоритетов для матрицы парных сравнений по соответствующим критериям (табл. 4) и вычислена взвешенная сумма локальных приоритетов (табл. 5).
В результате применения метода анализа иерархий было определено, что альтернатива А11 (пропашная сеялка МС-8 (ОАО «Миллеро-восельмаш», Ростовская область, г Миллерово) является лучшей из ряда рассмотренных альтернатив.
Решив задачу различными методами, мы продемонстрировали сложность выбора сеялки из большого числа представленных на рынке вариантов.
Таблица 2 - Матрица парных сравнений критериев
К 1 К 2 К 3 К 4 К 5 К 6 К 7
К 1 1/1 2/3 1/2 2/5 2/7 1/3 2/1
К 2 3/2 1/1 3/4 3/5 3/7 1/2 3/1
К 3 2/1 4/3 1/1 4/5 4/7 2/3 4/1
К 4 5/2 5/3 5/4 1/1 5/7 5/6 5/1
К 5 7/2 7/3 7/4 7/5 1/1 7/6 7/1
К 6 3/1 2/1 3/2 6/5 6/7 1/1 6/1
К 7 1/2 1/3 1/4 1/5 1/7 1/6 1/1
Таблица 3 - Значения критериев для различных альтернатив
Критерии Альтернативы
А1 А2 АЗ А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10 А11 А12 А13 А14 А15 А16 А17 А18
К 1 7,9 9 8,7 8,2 8,1 7,8 6,7 7 7,8 11,6 8,9 11,8 8,1 11,2 13,9 9 8,4 9,5
К 2 4,4 5 4,9 4,61 4,5 4,3 3,8 3,9 4,4 6,5 5 6,6 4,5 6,3 7,7 7,6 9,4 16
К 3 3,7 14,2 3,6 4,1 4,1 6,2 1,2 7,9 4,6 3,9 0,4 5,3 8 3,9 7 16,9 4,5 7,1
К 4 96 81,7 100 96 96 95,5 100 96 95 92 100 100 100 91,3 95,4 79,7 100 93
К 5 2,9 2,3 2,3 17,4 9,4 17,2 9,8 2,7 1,3 1,7 2,1 12,4 25,4 11,8 12,4
К 6 17,7 8 8 54,7 61,4 55,2 41,3 8,4 9,3 11,1 12,3 47 49,9 63,5 47
К 7 75 37 73 39 81 75 75 82 75 36,5 37 61 72 72 83 24 70 70
Таблица 4 - Векторы приоритетов для матрицы парных сравнений
Критерии К1 К2 КЗ К4 К5 К6 К7
Вектор приоритетов 0,071 0,107 0,143 0,179 0,250 0,214 0,036
Таблица 5 - Значение глобальных приоритетов
Альтернативы А11 А12 А5 А4 А10 А13 А3 А14 А15
Глобальные приоритеты 0,107 0,026 0,03 0,025 0,025 0,025 0,031 0,029 0,026
Альтернативы А7 А1 А18 А17 А2 А9 А6 А8 А16
Глобальные приоритеты 0,052 0,031 0,025 0,028 0,017 0,028 0,026 0,026 0,014
22
Ежеквартальный научно-практический журнал ^^^^^^^
В
Но вне зависимости от производителя, российского либо зарубежного, а также вариаций конструктивного исполнения, рассмотрим в качестве классификационного показателя для сеялок точного высева параметр - высота расположения оси высевающего аппарата от дна борозды, Н0 (рис. 5).
Рисунок 5 - Схема расположения оси высевающего аппарата от дна борозды
Для сеялок точного высева с высоким расположением высевающего аппарата (рис. 6а) параметр Н0 составляет около 60 см, а для сеялок с низким расположением высевающего аппарата (рис. 6б) высота оси высевающего аппарата от дна борозды равна не более 30 см.
Проанализировав существующие классификации аппаратов точного высева, предложенные Г. М. Бузенковым [5], Е. В. Кулаевым [6], В. П. Чичкиным [7], а также ряд современных патентов высевающих аппаратов Н. В. Бы-шова [8], Б. Х. Ахалая [9], Е. В. Ткача [10], мы предложили новый классификационный признак в делении конструкций пропашных сеялок - высота расположения высевающего аппарата (рис. 7). Данный классификационный признак характерен как для сеялок отечественного производства, так и для зарубежных сеялок.
Анализ характерных особенностей конструкции серийных сеялок (рис. 7) показал, что обоим вариантам присущи следующие недостатки: ограничение максимальной скорости посева (до 12 км/ч), наличие косого удара о дно борозды и инверсия семян, неравномерность распределения семян в рядке и полное отсутствие возможности управлять процессом высева после схода семян с диска.
В серийных сеялках зарубежных и отечественных производителей широко представлены системы, лишь осуществляющие контроль качества высева и мониторинг процесса высева. Независимо от конструкции сеялки в настоящее время на рынке нет решения, которое позволило бы обеспечить автоматизированное управление процессом высева непосредственно во время работы сеялки.
Мы полагаем, что решение вышеуказанной проблемы лежит в синтезе технологий исполнения высевающего аппарата, а именно в создании гибридной конструкции с низким расположением высевающего аппарата и семяпроводом, который позволит реализовать возможность управления скоростью полёта семян.
Рисунок 6 - Типы сеялок точного высева по размещению высевающего аппарата:
а) с высоким расположением высевающего аппарата; б) с низким расположением высевающего аппарата
Известна конструкция [11] пневматического высевающего аппарата, имеющего семяпровод с тремя участками: прямолинейным, криволинейным и ускорительным. Используя силу воздушного потока, на ускорительном участке семена разгоняются до скорости, эквивалентной скорости посевного агрегата, что обеспечивает результирующую нулевую скорость семени относительно почвы в момент касания борозды. Данная конструкция устраняет пункты 1, 2, 3 характерных особенностей (недостатков) серийных сеялок точного высева (рис. 8).
Нами предложена конструкция высевающего аппарата с автоматизированной системой контроля и управления процессом высева, позволяющая решить проблемы, обозначенные в пунктах 4, 5, 6 характерных особенностей (недостатков) серийных сеялок точного высева (рис. 8).
Обзор конструкций современных сеялок точного высева и патентный поиск новейших технических решений лег в основу предложенной нами схемы функциональной и разработанной конструкции модернизированного высевающего аппарата с семяпроводом и системой автоматического измерения скорости семян на выходе из семяпровода с возможностью управлять скоростью семян [12].
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой конструкции сеялки, сводится к повышению функциональных возможностей за счет обеспечения контроля качества высева, определения скорости семян при высеве и возможности измене-
ния скорости семян при высеве и по сравнению с другими существующими техническими решениями обладает рядом преимуществ:
- при посеве явление перераспределения в рядке семян сельскохозяйственных культур исключено;
- повышает равномерность распределения семян пропашных культур в рядке при посеве;
- осуществляет мониторинг скорости движения посевного агрегата и скорости полёта семени, с возможностью их уравнивания;
- позволяет производить технологический контроль работы посевного агрегата во время высева.
Подобная модернизация даст возможность автоматизировать процесс управления качеством высева семян в дозирующих системах.
К принципиальной инновационности предлагаемой конструкции высевающего аппарата можно отнести следующие составляющие проекта:
- наличие в конструкции сеялки семяпровода, позволяющего изменять траекторию движения семени от высевающего диска до дна борозды, а также изменять вектор скорости и ее значение;
- наличие системы измерения скорости семян на выходе из семяпровода;
- новый подход в управлении качеством высева пропашных культур на основе автоматического согласования скорости посевного агрегата и скоростей семян на выходе из семяпровода;
Рисунок 7 - Классификация сеялок точного высева согласно расположению их высевающих аппаратов и ключевые особенности серийно выпускаемых сеялок
24
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Рисунок 8 - Визуализация пути совершенствования сеялок точного высева
наличие блока автоматизированного Внедрение данной конструкции приведёт к управления процессом высева и внедре- получению ожидаемого экономического эф-ние информационно-аналитической си- фекта от повышения производительности сеял-стемы. ки, сокращению сроков посевов и повышению
урожайности пропашных культур.
Литература
1. Бюллетени о состоянии сельского хозяйства (электронные версии) // Федеральная служба государственной статистики. URL: http://www.gks.ru/wps/wcm/ connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/ publications/catalog/doc_1265196018516 (дата обращения: 02.10.2018).
2. Борисова Л. В., Димитров В. П. Введение в теорию принятия решений : учеб. пособие. Ростов н/Д : Издательский центр ДГТУ, 2013. 88 с.
3. Каргина А. В., Маркво И. А., Зубрилина Е. М. К вопросу выбора модели сеялки точного высева методом обобщённой
References
1. Bulletins on the state of agriculture (electronic versions) // Federal State Statistics Service. URL: http://www.gks.ru/wps/wcm/ connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/ publications/catalog/doc_1265196018516 (date of access: 02.10.2018).
2. Borisova L. V., Dimitrov V. P. Introduction to decision theory : training manual. Rostov n/D : Publishing Center DSTU, 2013. 88 p.
3. Kargina A. V., Markvo I. A., Zubrilina E. M. On the question of choosing a model of an exact seeder using the method of generalized assessment // Innovation, quality and service
оценки // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сб. науч. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. Курск, 2017. С.158-161.
4. Выбор модели сеялки точного высева с помощью метода анализа иерархий / М. Г. Бородаева, А. В. Каргина, Е. М. Зубрилина, И. А. Маркво // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях : сб. науч. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. Курск, 2017. С. 158-161.
5. Бузенков Г. М. Машины для посева сельскохозяйственных культур. М. : Машиностроение, 1976. 272 с.
6. Кулаев Е. В. Параметры и режимы работы механического аппарата точного высева семян сахарной свеклы : дис. ... канд. техн. наук. Нальчик, 2006. 22 с.
7. Чичкин В. П. Овощные сеялки и комбинированные агрегаты: теория, конструкция, расчет. Кишинев : Штиинца, 1984. 392 с.
8. Пат. 179402 Российская Федерация, МПК Ф01С 7/04. Высевающий аппарат / Бы-шов Н. В., Борычев С. Н., Бышов Д. Н., Липин В. Д., Топилин В. П., Липина Т. В., Птах Н. Г. ; патентообладатель ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехноло-гический университет имени П. А. Костыче-ва». № 2017127407 ; заявл. 31.07.2017 ; опубл. 14.05.2018, Бюл. № 14.
9. Пат. № 179994 Российская Федерация, МПК А01С 7/04. Универсальное дозирующее устройство / Б. Х. Ахалая ; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. № 2018107739 ; заявл. 02.03.2018 ; опубл. 30.05.2018, Бюл. № 16.
10. Пат. № 97894 Российская Федерация, МПК А01С 7/00. Сеялка универсальная пневматическая прицепная / Е. Б. Ткач, Т. А. Строчкова, Л. П. Безяева ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Радиозавод». № 2010114813/21 ; заявл. 13.04.2010 ; опубл. 27.09.2010, Бюл. № 27.
11. Пат. № 97588 Российская Федерация, МПК А01С 7/04. Пневматический высевающий аппарат / Е. М. Зубрилина, В. Н. Чикиль-дин, А. Н. Кулинич ; заявитель и патентообладатель ООО НПП «Агротехника». № 2010114402/21 ; заявл. 13.04.2010 ; опубл. 20.09.2010, Бюл. № 26.
12. Пат. № 175130 Российская Федерация, МПК А01С 7/04. Пневматический высевающий аппарат / Е. М. Зубрилина, И. А. Маркво, М. А. Набокина, А. В. Каргина, М. Г. Бородаева ; заявитель и патентообладатель И. А. Маркво. № 2016141247 ; заявл. 19.10.2016 ; опубл. 22.11.2017, Бюл. № 33.
in engineering and technology : collection of scientific works of the 7th International scientific-practical conference. Kursk, 2017. P. 158-161.
4. The choice of the model of the precision seeding planter using the method of hierarchy analysis / M. G. Borodaeva, A. V. Kargina, E. M. Zubrilina, I. A. Markvo // Innovation, quality and service in engineering and technology: collection of scientific works of the 7th International scientific-practical conference. Kursk, 2017. P. 158-161.
5. Buzenkov G. M. Machines for sowing crops. M. : Mashinostroenie, 1976. 272 p.
6. Kulaev E. V. Parameters and operating modes of the mechanical apparatus for precise seeding of sugar beet seeds : dissertation of candidate of technical Sciences. Nalchik, 2006. 22 p.
7. Chichkin V. P. Vegetable seeders and combined units: theory, design, calculation. Kishinev : Shtiintsa, 1984. 392 p.
8. Patent № 179402 the Russian Federation, IPC F01C 7/04. Sowing machine / Byshov N. V., Borichev S. N., Byshov D. N., Lipin V. D., Topilin V. P., Lipina T. V., Ptah N. G. ; the patentee of the FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev». № 2017127407 ; declared.
31.07.2017 ; publ. 14.05.2018, Bul. № 14.
9. Patent № 179994 the Russian Federation, IPC A01C 7/00. Universal metering device / B. H. Akhalaia; applicant and patent holder FSBSI FSC All-Russian Research Institute of mechanization. № 2018107739 ; declared.
02.03.2018 ; publ. 30.05.2018, Bul. № 16.
10. Patent № 97894 the Russian Federation, IPC A01C 7/00. Planter universal pneumatic trailers / E. B. Tkach, T. A. Struchkova, L. P. Bezaeva; applicant and patent holder of the joint stock company «Radiozavod». № 2010114813/21 ; declared. 13.04.2010 ; publ. 27.09.2010, Bul. № 27.
11. Patent № 97588 the Russian Federation, IPC A01C 7/04. Pneumatic sowing machine / E. M. Zubrilina, V. N. Chikilin, A. N. Kulinich ; applicant and patent holder LLP RPE «Agrotechnika». № 2010114402/21 ; declared. 13.04.2010 ; publ. 20.09.2010, Bul. № 26.
12. Patent № 175130 the Russian Federation, IPC A01C 7/04. Pneumatic sowing machine / E. M. Zubrilina, I. A. Markvo, M. A. Nabokina, A. V. Kargina, M. G. Borodaeva ; applicant and the patent holder I. A. Markvo. № 2016141247 ; declared. 19.10.2016 ; publ. 22.11.2017, Bul. № 33.
