ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРАЖИРОВАНИЯ СЕМЯН В БАРАБАННОМ ДРАЖИРАТОРЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

УДК 631.171:631.53.01

DOI: 10.26897/2687-1149-2022-5-16-23

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРАЖИРОВАНИЯ СЕМЯН В БАРАБАННОМ ДРАЖИРАТОРЕ

АНДРЕЕВ СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент

energo-andreev@rgau-msha.ru

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева; 127434, Российская Федерация, г Москва, ул. Тимирязевская, 49

Аннотация. Вследствие недостаточной изученности условий дражирования семян диатомитно-пе сочной и глиняно-песочной смесями (ДПС и ГПС) проведены экспериментальные исследования режимов дражирования семян ДПС и ГПС в дражираторе, выполненном из стекла и имеющем форму эллиптического параболоида вращения с диаметром основания 60 мм. Сформулированы требования к качеству драже, обоснована возможность косвенной оценки качества дражирования по количеству смеси, не вступившей в процесс образования драже. Экспериментально подтверждена зависимость прочности оболочки драже от нескольких факторов: частоты вращения и угла наклона рабочего органа, влажности и режима подачи исходных смесей, продолжительности дражирования семян диатомитно-песочной смесью, а также состава смеси на втором этапе дражирования. В результате реализации отсеивающего эксперимента установлено, что на количество смеси, не вступившей в процесс образования драже, существенно влияют влажность исходных смесей, частота вращения рабочего органа и продолжительность дражирования диатомитно-песочныой смесью. Поиск области оптимума параметров дражирования произведен методом крутого восхождения Бокса-Уилсона. Участок поверхности отклика описывался отрезком ряда Тейлора, по коэффициентам которого установлено, что наилучший результат достигается при влажности исходной смеси 7%, частоте вращения рабочего органа 16 м-1 и продолжительности первого этапа дражирования семян диатомитно-песочной смесью 18 мин.

Ключевые слова: дражиратор, семена, барабанный рабочий орган, диатомитно-песочная смесь, влажность смеси, продолжительность дражирования, частота вращения рабочего органа

Формат цитирования: Андреев С.А. Экспериментальные исследования дражирования семян в барабанном дражираторе // Агроинженерия. 2022. Т. 24, № 5. С. 16-23. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-5-16-23.

© Андреев С.А., 2022

ORIGINAL PAPER

EXPERIMENTAL STUDIES OF SEED PELLETIZING IN A DRUM PELLTIZER

SERGEY A. ANDREEV, PhD (Eng), Associate Professor

energo-andreev@rgau-msha.ru

Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy; 49, Timiryazevskaya Str., Moscow, 127434, Russian Federation

Abstract. Due to insufficiently studied conditions of pelletizing seeds with diatomaceous-sand and clay-sand mixtures (DSM and CSM), the author conducted experimental research of pelletizing modes of DSM and CSM seeds in a pelletizer made of glass and having the form of an elliptical rotation paraboloid with a base diameter of 60 mm. The author formulated requirements for the quality of pellets and assessed the possibility of indirect evaluation of pelletizing quality by the amount of mixture, which has not entered into the pelletation process. Confirmed experimentally were the dependence of dragee shell strength on several factors, such as rotation frequency and tilt angle of a working tool, moisture and feed mode of initial mixtures, the duration of seed pelletizing with a diatomaceous sand mixture, as well as the mixture composition at the second stage of pelletizing. As a result of screening experiment, it was found that the amount of mixture not involved in the pelletazing process is significantly affected by the humidity of the initial mixtures, the rotation frequency of the working body and the duration of pelletizing with a diatomaceous sand mixture. The search for the region of optimum parameters of pelletizing was made by the Box-Wilson method of steep ascent. The response surface area was described by the segment of Taylor's series, according to the coefficients of which it was found that that the best result is achieved with the initial mixture humidity of 7%, the rotation frequency of the working unit of 16 m-1 and the duration of the first phase of seed pelletazing with a diatomaceous-sandy mixture of 18 minutes.

Keywords: pelletizer, seeds, drum working tool, diatomite-sand mixture, mixture humidity, pelletizing duration, working tool rotation frequency

For citation: Andreev S.A. Experimental studies of seed pelletizing in a drum pelltizer. Agricultural Engineering (Moscow), 2022; 24(5): 16-23. (In Rus.). https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-5-16-23.

Введение. Среди материалов, используемых для образования оболочки при дражировании семян, особое место занимают диатомитно-песочные (ДПС) и глиняно-песочные смеси (ГПС), которые можно применять без дополнительных клеящих веществ. Оболочка драже, распадаясь во влажной среде, не препятствует развитию семян и не оказывает влияния на состав почвы. Для дражирования с помощью ДПС и ГПС обычно используются дражираторы с барабанными рабочими органами.

Процесс образования оболочки из ДПС и ГПС весьма чувствителен к условиям реализации. Вследствие недостаточной изученности условий дражирования ДПС и ГПС универсальная методика по осуществлению процесса с количественными характеристиками режимов пока не создана. Кроме того, отсутствие научно обоснованных режимов дражирования не позволяет разрабатывать автоматические устройства, осуществляющие покрытие семян оболочкой в отсутствие оператора. Для успешной подготовки семян к посеву в дражираторах с барабанными рабочими органами и автоматизации этого процесса проведение экспериментальных исследований является актуальным.

Цель исследований: выявление факторов, влияющих на твердость оболочки драже при обволакивании семян диа-томитно-песочной и глиняно-песочной смесями на дражира-торе с барабанным рабочим органом; определение численных значений статистически значимых факторов, обеспечивающих максимальную твердость оболочки драже.

Материалы и методы. В качестве исходных материалов использованы сведения по дражированию семян ДПС и ГПС, результаты рекогносцировочных экспериментов и опытные данные, полученные на экспериментальном дра-жираторе. При проведении эксперимента и обработке полученных данных использованы метод дробно-факторного эксперимента, метод крутого восхождения Бокса-Уилсона, а также классическая теория статистики.

В эксперименте использован дражиратор с барабанным рабочим органом, выполненным из стекла и имеющим форму эллиптического параболоида вращения с диаметром основания 60 мм (рис. 1). Изменение угла наклона рабочего органа дражи-ратора в диапазоне 30.. .70° достигалось плавной регулировкой высоты подъема задней части устройства посредством вращения винтового штока диаметром 10 мм. Вращение рабочего органа осуществлялось электродвигателем постоянного тока с независимым возбуждением типа П-11 с номинальной частотой вращения якоря 1400 м-1 через понижающий механический редуктор типа РЧУ-63А с передаточным отношением 63 и клино-ременной передачей с диаметрами шкивов 70 мм и 100 мм [1].

Рис. 1. Экспериментальный дражиратор Fig. 1. Experimental pelletizer

Плавное регулирование частоты вращения рабочего органа осуществлялось в диапазоне от 10 до 60 м-1. Напряжение в цепи якоря задавалось полупроводниковым регулятором.

Подача водяной суспензии в рабочий орган осуществлялась электрическим краскораспылителем типа «Ореол-5М» с диаметром сопла 0,7 мм, установленным на переносном штативе.

В эксперименте использовались семена салата сорта №гап, усилие на разрушение измерялось динамометром ИМН-5М, а количество неиспользуемой смеси определялось на весах SARTORIUS1201 МР2.

Результаты и их обсуждение. Экспериментальный дражиратор семян должен обеспечивать удобное варьирование основных рабочих параметров для их последующей оптимизации. Поэтому при его разработке приняты во внимание опыт исследователей [2] и передовые достижения в области сельскохозяйтвенного машиностроения [3, 4].

Известно, что качество дражированных семян характеризуется размером, формой, односемянностью, влажностью и прочностью оболочки, а также ее влиянием на прорастание1.

Размер драже определяется размерами исходных семян, их энергией прорастания и техническими характеристиками сеялки. Например, для мелкосеменных культур (салата, прутняка, сельдерея) рекомендуемый диаметр драже составляет 2,0.2,5 мм, для среднеразмерных (моркови, капусты, лука, томата) - 3,0.6,0 мм, для крупносеменных (огурцов, свеклы) - 7,0.10,0 мм. Однако размер драже не может являться параметром оптимизации, поскольку легко управляется продолжительностью дражирования, а также последующей калибровкой с помощью сит.

Форма драже должна обеспечивать расположение семени в своем центре, то есть приближаться к сферической. При использовании стеклянного рабочего органа в сочетании с мелкоизмельченными ДПС и ГПС форма драже гарантированно становится сферической и поэтому также не нуждается в оптимизации.

Односемянность предполагает наличие в составе драже только одного семени. Одновременно количество пустых драже не должно превышать 5%. Образование пустых драже, а также драже с несколькими семенами происходит при нарушении режимов подачи водяной суспензии и материалов оболочки, что может быть исключено опытом оператора или автоматизацией процесса.

Оболочка драже должна быстро распадаться во влажной среде и не препятствовать дыхательному процессу семян. Влияние влаги на распад оболочки определяется характеристиками используемых материалов и не зависит от процесса дражирования.

Влажность оболочки драже на уровне 7.9% обеспечивает сохранность семян. Влажность драже легко управляется продолжительностью и интенсивностью сушки и поэтому не может рассматриваться как параметр оптимизации.

Оболочка драже должна обладать достаточной прочностью, исключающей ее преждевременное разрушение при транспортировке или нахождении в бункере сеялки. Прочность оболочки драже зависит от клеящих свойств используемых материалов, а при использовании ДПС и ГПС определяется качеством процесса обволакивания семян. Таким образом, прочность оболочки достаточно полно характеризует качество дражирования и может послужить параметром, для которого следует подбирать эксплуатационные

1 Яковлев И.Г. Механизация изготовления и посева дражированных семян сельскохозяйственных культур. Фрунзе: Кыргызстан, 1977. 84 с.

Andreev S.A.

Experimental studies of seed pelletizing in a drum pelltizer

характеристики дражиратора. Прочность оболочки можно регулировать изменением параметров процесса дражирования семян. Прочность оболочки определяется усилием, при котором происходит ее разрушение (для кондиционных драже составляет 300.. .450 г)2. Измерение прочности оболочки большого количества драже в производственных условиях малоэффективно, поэтому для непрерывного процесса образования драже нужен параметр, позволяющий с достаточной точностью получать информацию о прочности оболочки.

При эксплуатации дражиратора с прозрачным рабочим органом замечено, что при нарушении дражирования часть смеси, предназначенной для образования драже, оседает на его внутренней поверхности и не участвует в процессе.

Смесь не налипает на поверхность семян или, налипнув, через несколько секунд отсоединяется.

Сделано предположение о том, что о прочности оболочки драже можно судить по количеству смеси, не вступившего в процесс, или по количеству неиспользуемой смеси (КНС). Для проверки справедливости этой гипотезы осуществлен эксперимент, в ходе которого задавались различные режимы дражирования, измерялись прочность оболочки драже и количество неиспользуемой смеси в рабочем органе.

На первом этапе эксперимента измерялись усилия на разрушение оболочки драже, полученных при различных режимах дражирования в шестикратной повторности, и рассчитывалась существенность разностей средних значений массива (табл. 1).

Таблица 1 Table 1

Усилие на разрушение оболочки драже при различных частотах вращения рабочего органа Force on the destruction of the pellet shell at different rotation frequencies of the working tool

Частота вращения рабочего органа, м-1 Rotation frequency of the working tool, m- Усилие на разрушение по повторностям, г Breakingforce by repetitions, g Среднее усилие на разрушение, г Average breakingforce, g

I II III IV V VI

10 78 85 62 81 69 75 75

20 129 142 146 134 140 137 138

25 215 212 196 300 185 192 200

30 250 263 260 270 258 277 263

35 352 360 362 350 343 333 350

40 431 418 396 412 425 438 420

50 477 501 494 481 472 485 485

По результатам дисперсионного анализа отвергнута статистическая нулевая гипотеза H0 об отсутствии существенных различий между средними значениями усилий на разрушение при заданных частотах вращения рабочего органа: F > F05 при НСР05 = 12,49 г. На основании полученных

результатов сделан вывод о том, что анализируемые средние значения могут быть рассмотрены как аргументы для выявления корреляционной связи с соответствующими значениями КНС. Количество неиспользуемой смеси измерялось для всех образцов драже в шестикратной повторности (табл. 2).

Таблица 2

Масса смеси, не вступившей в процесс образования драже, для образцов с различными усилиями на разрушение

Table 2

Mass of the mixture not involved in the pelletazing process for samples with different breaking forces

Усилие на разрушение, г Breakingforce, g Масса смеси, не вступившей в процесс образования драже, г Mass of the mixture that did not enter into the pelletation process, g Среднее значение массы смеси, г Average value of the mixture mass, g

I II III IV V VI

75 2,18 2,21 2,16 2,17 2,17 2,16 2,175

138 2,07 2,03 2,03 2,03 2,03 2,04 2,040

200 1,85 1,80 1,84 1,82 1,81 1,80 1,820

263 1,58 1,56 1,55 1,57 1,54 1,56 1,560

350 1,27 1,28 1,31 1,33 1,32 1,29 1,300

420 1,00 0,95 1,05 1,00 1,04 1,02 1,010

485 0,78 0,80 0,80 0,76 0,78 0,76 0,780

В результате дисперсионного анализа установлено, что сред- на разрушение характеризуются существенными различиями ние по повторностям значения КНС при выбранных усилиях на 5%-ном уровне значимости: Fф > F05 при НСР05 = 2,58-102 г

2 Справочник по овощеводству / В.И. Алексашин, А.В. Алпатьев, Р.А. Андреева и др.; Отв. ред. В.А. Брызгалов. Л.: Колос, 1982. 511 с.

. Q Андреев С.А.

IÖ Экспериментальные исследования дражирования семян в барабанном дражираторе

На втором этапе определялись наличие и вид статистически достоверной связи между КНС (Y) и усилием на разрушение оболочки (X). Коэффициент корреляции, найденный исходя из предположения о линейном характере зависимости У = / (X), оказался статистически значимым и равным 0,995. Полученное значение свидетельствует о сильной существенной корреляционной связи У и X. В соответствии с критерием Блэк-мана [5] посредством сравнения найденного коэффициента корреляции и корреляционного отношения доказана линейность обнаруженной зависимости. Степень изменчивости результативного признака под воздействием исследуемого фактора рассчитывалась методом наименьших квадратов [6], после чего определялись коэффициенты уравнения регрессии, записанного в виде прямой У = Ь0 + Ь1X, Ь0 = 2,386; Ь1 = -3,141 -103

По величине коэффициента детерминации = гХ = 0,991) можно сделать вывод о том, что примерно 99% КНС, связано с изменениями прочности оболочки, и только 1% изменений обусловлен другими факторами. Таким образом, КНС дает интегральную оценку качества дражирования и может быть измерен посредством взвешивания. Помимо этого, доказанная зависимость создает предпосылки автоматизации процесса при измерении КНС оптико-электронными средствами.

Ввиду отсутствия однозначной информации о всех факторах, существенно влияющих на процесс дражирования, произведен отсеивающий эксперимент по исследованию ряда априорно полученных воздействий, которые должны быть легко измеряемыми, управляемыми и отвечать условиям однозначности, совместимости и независимости. Первоочередному анализу подлежали конструкционные и технологические факторы, характеризующие особенности дражирования семян ДПС и ГПС смесями в барабанном рабочем органе с гладкой внутренней поверхностью.

При дражировании происходят хаотичные движения частиц исходных смесей и семян относительно друг друга. Известно, что эффективность процесса сильно зависит от интенсивности этого движения, определяемого скоростью V, которая задается частотой вращения п рабочего органа. По соображениям безопасности, удобства эксплуатации и прочности конструкции эта величина находится в диапазоне 40.60 м-1. С другой стороны, поступательная скорость дражируемой массы связана с радиусом рабочего органа, имеющего форму эллиптического параболоида вращения, и зависит и от угла наклона рабочего органа.

Функцию двух переменных в обобщенном виде можно записать как

V = ¡1 (п; а). (1)

Помимо поступательной скорости дражируемой массы, на эффективность дражирования в значительной мере влияет вращательная скорость v1 отдельных семян, которая определяется поступательной скоростью дражируемой массы и радиусом параболоида в месте ее расположения:

V = / [а;/1 (п;а)]. (2)

Поскольку зависимость (2) представляет собой сложную функцию, экспериментальное исследование влияния а и п осуществлялось при одновременном варьировании этих факторов. Кроме того, необходимо выявить влияние на эффективность дражирования влажности исходных смесей, а также режимов их подачи. Эти режимы определяются одновременным или поочередным характером впрыска воды и смесей

в рабочий орган. Ранее подобные режимы исследовались в условиях дражирования порошковидным торфом и водной суспензией бентонитовой глины [7]. Однако при использовании ДПС и ГПС режимы их подачи следует уточнить. Необходимо выявить влияние на эффективность дражирования длительности обволакивания семян ДПС и содержания песка в ГПС.

Как правило, первый этап дражирования семян ДПС продолжается до приобретения драже шарообразной формы (обычно через 7-20 мин) и определяется оператором визуально. Иногда первый этап длится менее 5 мин, однако его количественные характеристики в настоящий момент не установлены.

На втором этапе для «закрепления» шарообразной оболочки, обеспечения вращательного движения драже и предотвращения их слипания в материал, помимо глины, иногда добавляется некоторое количество песка. Однако толщина внешнего слоя оболочки незначительна, и при достаточно мелком помоле частиц смеси образующиеся трещины не могут привести к снижению прочности. Можно сделать предположение о том, что добавление песка в состав смеси на втором этапе является необоснованным. Для принятия или отрицания этого предположения необходимо провести исследования. Исходя из технических возможностей эксперимента и технологической целесообразности определены диапазоны варьирования факторов и приняты обозначения (табл. 3)

Таблица 3

Обозначения и диапазоны варьирования исследуемых факторов

Table 3

Designations and ranges of variation of the studied factors

я & s § я q t ■§> а ^ N i I К ^ -а к ^ -а Интервал варьирования фактора Factor variation interval

Исследуемый фактор Studiedfactor * § Si и 1 S, Я ^ Й Si ъ ! 1 & 43 В В ^ В A S * & 1С <" В Я И S S я ^ В1 в ^ ! Э & 43 BBS В ¡5 5 S ^

Я г® <S ^ о « & я " £ o

Угол наклона рабочего

органа, а, ° Angle of inclination of the working tool, а, ° x 62 53 45

Влажность исходной смеси, ф, % X2 45 25 10

Humidity of the initial mixture, ф, %

Частота вращения рабочего органа, n, м-1 X3 50 10 20

Rotation frequency of the working tool, n, mr'

Соотношение песка и глины

в смеси на втором этапе, m X4 2 0 1

Ratio of sand and clay in the mixture at the second stage, m

Продолжительность первого

этапа дражирования, t, мин X5 25 15 5

Duration of the first stage of pelletazing, t, min

Режим подачи воды и смеси Water and mixture supply mode Одновременно Поочередно -

Andreev S.A.

Experimental studies of seed pelletizing in a drum pelltizer

Реализуем стандартную матрицу [8] и произведем кодирование уровней в соответствии с выражением:

x = -

I,.

(3)

b =

S ".jx „

(4)

где х1 - кодированное значение фактора; х1 - значение фактора в натуральном виде на произвольном уровне; х0 - значение фактора в натуральном виде на нулевом уровне; I'. - интервал варьирования фактора в натуральном виде.

Для реализации составной план-матрицы проведена серия опытов, результаты которых в форме параметра оптимизации представлены в таблице 4.

Эксперимент в каждой точке проводился дважды. Степень влияния каждого фактора на параметр оптимизации определялась в соответствии с выражением:

где Ь1 - коэффициент регрессии '-го фактора; у, - значение параметра оптимизации в ,-м опыте; х, у - кодированное значение '-го фактора в ,-м опыте; п - количество опытов в матрице. В результате вычислений получены следующие значения

коэффициентов регрессии: b = -2,5 -10"2

b = 7

10"

b3 = 1,04 -10"

b5 = 5,1 -10"

b2 = 4,031-10" b6 = 2,4-10"

При этом ошибка эксперимента рассчитывалась по формуле:

SA =

S n=1S j = 1 (yч yi )

mn.

где п1- количество опытов с повторениями; т - количество повторений каждого опыта, т = 0,016.

Матрица дробной реплики и план проведения отсеивающего эксперимента Fractional replica matrix and a plan for conducting a screening experiment

Таблица 4 Table 4

n

№ опыта Experiment number Исследуемые факторы Studiedfactors Количество неиспользуемой смеси, г Amount of unused т,ХЫт, g

Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Серия опытов A series of experiments Среднее значение Mean

К Н К Н К Н К Н К Н К Н I II

1 - 53 - 25 - 10 - 0 - 1,5 - Нет 0,924 0,860 0,892

2 + 62 + 45 + 50 + 2 - 1,5 - Нет 1,896 1,846 1,871

3 + 62 + 45 - 10 - 0 + 2,5 - Да 1,830 1,894 1,862

4 + 62 - 25 + 50 - 0 - 1,5 + Да 1,330 1,260 1,295

5 + 62 - 25 - 10 + 2 + 2,5 - Нет 1,079 1,101 1,090

6 - 53 + 45 + 50 - 0 + 2,5 - Нет 2,100 2,180 2,140

7 - 53 + 45 - 10 + 2 - 1,5 + Да 1,965 1,963 1,829

8 - 53 - 25 + 50 + 2 + 2,5 + Да 1,170 1,232 1,201

Примечание. К и Н - кодированные и натуральные значения исследуемых факторов. Note. K and H - coded and natural values of the studiedfactors.

Величина доверительного интервала определялась по критерию Стьюдента:

Ab,. =±¿05 Sb,

поверхности отклика описывался полиномом первой степени исходя из результатов предварительного эксперимента:

(5)

где t05 - табличное значение критерия Стьюдента Ab, = 0,036. Ранжировочная кривая, иллюстрирующая степень влияния каждого фактора на КНС, представлена на рисунке 2.

Из ранжировочной кривой следует, что на величину КНС существенно влияют второй, третий и пятый факторы. В то же время четвертый, шестой и первый факторы остаются соизмеримыми с ошибкой опыта. Следовательно, на процесс образования драже статистически достоверно влияют влажность ( x2 ) исходной смеси, частота вращения ( х3 ) рабочего органа и продолжительность ( x5 ) первого этапа дражирования. Другие факторы на качество исследуемого процесса не влияют.

Поиск области оптимума параметров дражирования произведен методом крутого восхождения Бокса-Уилсона [9]. Для реализации метода осуществлялись последовательное выполнение дробно-факторного эксперимента, статистический анализ коэффициентов выборки, обоснование шага и крутое восхождение по поверхности отклика. Участок

y = b0 bixi.

(6)

Рис. 2. Ранжировочная кривая влияния факторов при отсеивающем эксперименте

Fig. 2. Ranking curve of the influence of factors in the screening experiment

— — Андреев С.А.

20 Экспериментальные исследования дражирования семян в барабанном дражираторе

План-матрица для текущей серии опытов формировалась по ранее использованной методике для отсеивающего эксперимента. Посредством дифференцирования полученного полинома находился градиент общей функции:

w дУ . ду . ду

Vy = — I j + + . дхх дх2 dxn

(7)

В итоге этот градиент выродится в сумму коэффициентов регрессии:

Vy = b + b2 + ••• + bn

(8)

где b = 0,0070; b2 = 0,4031; b3 = 0,1040; b4 = -0,0250;

b5 = 0,0070; bn = 0,0240.

Коэффициенты регрессии, а также их произведения на величины интервалов варьирования каждого фактора Ь11р значения шагов по каждому фактору для последующих опытов представлены в таблице 5.

Первый и четвертый факторы стабилизировались на исходном уровне вследствие незначительности шагов их варьирования. С целью определения условий новых опытов выбранные шаги добавлялись к нулевому уровню факторов. Результаты опытов (теоретические) определялись на основе полинома (7). Реализация намеченных опытов продолжалась до достижения оптимального значения. Результаты эксперимента сведены в таблицу 6.

При уменьшении затрат на эксперимент сначала проводился десятый и одиннадцатый опыты теоретически (мысленно). Во избежание пропуска возможного оптимума реа-лизовывался двенадцатый опыт. Поскольку опыт показал положительный результат (КНС ниже, чем на нулевом уровне, в девятом опыте), опыт 13 воспроизводился теоретически. Аналогично реализовывался четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый опыты. Примечательно, что в шестнадцатом опыте КНС становится равным нулю.

Крутое восхождение по плану Бокса-Уилсона

Steep ascent according to the Box-Wilson plan

Таблица 5 Table 5

Фактор / Factor x1 X2 X3 X4 X5

Коэффициент регрессии, bl / Regression coefficient, bi 0,007 0,403 0,104 —0,025 0,051

Интервал варьирования, It / Variation interval, Ii 4,5 10 20 1 5

Шаг поиска, bf t / Search step, biIi 0,03 4 2 —0,025 0,3

Нулевой уровень / Zero level 57,5 35 30 1 20

Таблица 6

План поиска оптимальных значений исследуемых факторов методом Бокса-Уилсона

Table 6

Search plan for the optimal values of the studied factors by the Box-Wilson method

№ опыта Experiment number Опыт Исследуемые факторы Studiedfactors Количество неиспользуемой смеси, г Amount of unused miXture, g

Experiment X1 X2 X3 X4 X5 I II Среднее значение Mean

9 Нулевой уровень / Zero level 57,5 35 30 1,00 20,0 1,515 1,385 1,450

10 Теоретический / Theoretical 57,47 31 28 1,03 19,7 — — —

11 Теоретический / Theoretical 57,41 27 26 1,06 14,4 — — —

12 Эксперимент / Experiment 57,38 23 24 1,09 19,1 1,075 — 1,075

13 Теоретический / Theoretical 57,35 19 22 1,11 18,8 — — —

14 Эксперимент / Experiment 57,32 15 20 1,14 18,5 0,485 — 0,485

15 Эксперимент / Experiment 57,29 11 18 1,17 18,2 0,171ё 0,192 0,185

16 Эксперимент / Experiment 57,26 7 10 1,20 18,0 0 0 0

Наилучший результат достигается при влажности исходной смеси 7%, частоте вращения рабочего органа 16 м-1 и продолжительности первого этапа дражирования семян диатомитно-песочной смесью 18 мин.

Для математического описания зависимости КНС от анализируемых факторов воспользуемся отрезком ряда Тейлора, представленного в виде полинома:

к к к

у=Ь0 + Тьх+Трх + Трхх +■■ -, (9)

1=1 1=1 1=1

где к - количество факторов.

Применяя трехфакторный план Бокса-Бенкина (табл. 7), выберем уровни и интервалы варьирования факторов для их приведения к условиям стандартной матрицы (табл. 8).

Andreev S.A. .

Experimental studies of seed pelletizing in a drum pelltizer 2'

Таблица 7

План Бокса-Бенкина (B - B3) для k = 3

Table 7

Box-Benkin Plan (B - B3) for k = 3

Фактор Номер опыта / Experiment number

Factor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

х1 + + - - + + - - 0 0 0 0 0

Х2 + - + - 0 0 0 0 + + - - 0

Х3 0 0 0 0 + - + - + - + - 0

Таблица 8

Матрица варьирования исследуемых факторов

Table 8

Matrix of variation of the studied factors

Фактор / Factor х2, % х3, м-1 х5, мин

Уровень / Level:

Верхний / upper 60 60 30

Средний / average 40 30 20

Нижний / lower 20 0 10

Интервал варьирования Variation interval 20 30 10

Сформированная матрица, натуральные значения факторов и значения параметра оптимизации представлены в таблице 9. Реализованы все 13 опытов, при которых КНС максимально, минимально, имеет среднее значение.

Для доказательства неслучайности параметров оптимизации проверялась однородность дисперсий в соответствии с критерием Кохрена, с определением дисперсии результатов повторных опытов и сравнении максимальной дисперсии с их суммой:

е2

G = ——, (10)

У4 s2

¿—и=i '

где G = 0,80; G™ = 0,9i.

Jm6jl. следовательно, однородность дисперсии доказана.

Проверка адекватности математической модели

Checking the adequacy of the mathematical model

Таблица 9 Table 9

№ опыта Experiment number Значение факторов / Importance offactors Эффект взаимодействия Interaction effect Квадрат фактора Factor squared Серия опытов A series of experiments Среднее значение Mean Расчетное значение Estimated value

x1 Х2 Х3

к н к н к н Х2 Х3 Х2 Х5 Х3 Х5 х2 х2 х2 I II

1 + 60 + 60 0 20 + 0 0 + + 0 2,4 2,1 2,25 2,15

2 + 60 - 0 0 20 - 0 0 + + 0 1,9 - 1,90 1,94

3 - 20 + 60 0 20 - 0 0 + + 0 1,1 - 1,10 1,10

4 - 20 - 0 0 20 + 0 0 + + 0 0,5 0,6 0,55 0,61

5 + 60 0 30 + 30 0 + 0 + 0 + 2,2 - 2,20 2,12

6 + 60 0 30 - 10 0 - 0 + 0 + 2,1 - 2,10 2,09

7 - 20 0 30 + 30 0 - 0 + 0 + 0,9 - 0,90 0,98

8 - 20 0 30 - 10 0 + 0 + 0 + 1,0 0,9 0,95 0,91

9 0 40 + 60 + 30 0 0 + 0 + + 1,9 - 1,90 1,98

10 0 40 + 60 - 10 0 0 - 0 + + 1,8 - 1,80 1,88

11 0 40 - 0 + 30 0 0 - 0 + + 1,7 - 1,70 1,62

12 0 40 - 0 - 10 0 0 + 0 + + 1,6 - 1,60 1,56

13 0 40 - 30 0 20 0 0 0 0 0 0 1,7 1,8 1,75 1,72

Используя расчетный коэффициент T,, вычислим коэффи- b =T "Х,2yt + T5 ""Х,2 - T2 "y.; (13)

циенты регрессии полинома (8) по формулам: ,=i ,=1 j=1 j=1

b=т ¿y - тL LX y j; (11) b=T • (14)

i= i i=i j =i

b,=T, Уху ; (12)

b0 =1,715; b2 = 0,600; b3 = 0,171; b5 = 0,043; b23 = -0,066; b25 = 0,004; b35 = 0,011; b22 = -0,241; b33 = -0,028; b35 = - 0,071.

i 1

— — Андреев С.А.

22 Экспериментальные исследования дражирования семян в барабанном дражираторе

КНС может быть определено в соответствии с полиномом y = 1,715 + 0,600х2 +

+ 0,171 x3 + 0,043 x5 — 0,066x2 x3 + 0,004x2 x5 + + 0,011x3 x5 —0,241x22 — 0,028x32 + 0,071x5.

(15)

Определим адекватность полинома по критерию Фишера. Для этого рассчитаем все значения параметра оптимизации, соответствующие условиям эксперимента. Дисперсию адекватности подсчитаем в соответствии с выражением:

ч13 , ч2

, (16)

Say =

Z!=i( у—У')2

n — к — 1

где Say = 0,04.

Расчетное значение критерия Фишера определится отноше-

S2

нием FpaOT = -f, Fpac4 = 0,135, табличное - F™ = 3,63.

Son

По полученному неравенству FpàC4 < FpàC4 делаем вывод об адекватности математической модели.

Из уравнения регрессии следует, что наибольшее влияние на прочность оболочки оказывает влажность исходной смеси, превышение ее более 7% ведет к значительному снижению параметра

Список использованных источников

1. Шарков Г.А., Андреев С.А., Сабетов А.Н. Советуем: дражируй-те семена // Приусадебное хозяйство. 1986. № 5. 33 с.

2. Курзенков С.В., Михеев Д.А. Прогрессивные технологии и оборудование для дражирования семян // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: Материалы Международной научно-практической конференции (Минск, 21-22 октября 2015 г.). Минск: РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», 2015. Т. 2. С. 123-129. EDN: YRRZBP.

3. Михеев Д.А. Способы дражирования семян // Молодежь и ин-новации-2013: Международной научно-практической конференции молодых ученых (г. Горки, 29-30 мая 2013 г.). Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2013. Ч. 2. С. 19-21.

4. Corlett F.M.F., Rufino С.А., Vieira J.F., Tavares L.C, Tunes L.VM., Barros A.C.S.A. The influence of seed coating on the vigor and early seeding growth of barley. Ciencia e investigation agraria. 2014; 41 (1): 129-136. https://doi.org/10.4067/S0718-16202014000100013

5. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970. 367 с.

6. Спирина М.С. Теория вероятностей и математическая статистика / М.С. Спирина, П.А. Спирин. 4-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 352 с.

7. Шахматов В.П. Разработка элементов промышленной технологии выращивания рассады овощных культур с использованием дражированных семян: Дис. ... канд. с.-х. наук. М., 1983. 206 с.

8. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. 522 с.

9. Дэниэл К. Применение статистики в промышленном эксперименте. М.: Мир, 1979. 299 с.

Критерии авторства

Андреев С.А. выполнил теоретические исследования, на основании полученных результатов провел эксперимент и подготовил рукопись. Андреев С.А. имеет на статью авторские права и несет ответственность за плагиат. Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов. Статья поступила в редакцию 29.03.2022 Одобрена после рецензирования 30.07.2022 Принята к публикации 01.08.2022

оптимизации. Затем, в порядке убывания, следуют частота вращения рабочего органа и продолжительность первого этапа дражирования (при использовании диатомитно-песочной смеси).

Знаки эффектов взаимодействия показывают, что на прочность оболочки влияет одновременное изменение влажности исходной смеси и частоты вращения рабочего органа или влажности исходной смеси и продолжительности первого этапа дражирования на одинаковом или противоположном уровнях соответственно. В то же время статистически значимое изменение прочности может быть обусловлено изменением частоты вращения рабочего органа и продолжительностью первого этапа дражирования на противоположных уровнях.

Выводы

1. Прочность оболочки драже можно оценить по количеству смеси, не вступившей в процесс.

2. Оптимальный режим дражирования семян диато-митно-песочной и глиняно-песочной смесями достигается при влажности исходных смесей 7%, частоте вращения рабочего органа 16 м-1 (при использовании дражиратора диаметром 0,4 м и гладкой внутренней поверхностью) и продолжительности первого этапа дражирования 18 мин.

References

1. Sharkov G.A., Andreev S.A., Sabetov A.N. Sovetuyem: drazhiruyte seme-na [Our advice is to pelletize seeds]. Priusadebnoe khozyaystvo. 1986; 5: 33. (In Rus.).

2. Kurzenkov S.V., Mikheev D.A. Progressivnyye tekhnologii i oborudovani-ye dlya drazhirovaniya semyan [Progressive technologies and equipment for seed coating]. Nauchno-tekhnicheskiy progress v sel 'skokhozyaystvennom proizvodstve: Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Minsk, October 21-22, 2015): NPTsNANBelarusipo mekhanizatsii sel'skogo khozyaystva. 2015; 2: 123-129. (In Rus.).

3. Mikheev D.A. Sposoby drazhirovaniya semyan [Methods of seed coating]. Molodezh ' i innovatsii-2013 : Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii molodykh uchenykh (Gorki, May 29-30, 2013). 2013; 2: 19-21. (In Rus.).

4. Corlett F.M.F., Rufino С.А., Vieira G.F., Tavares L.C., Tunes L.V.M., Barros A.C.S.A. The influence of seed coating on the vigor and early seeding growth of barley. Ciencia e Investigation Agraria. 2014; 41(1): 129-130. https://doi.org/10.4067/S0718-16202014000100013

5. Guter R.S., Ovchinsky B.V. Elementy chislennogo analiza i matematiches-koy obrabotki rezul'tatov opyta [Elements of numerical analysis and mathematical processing of experimental results]. Moscow, Nauka, 1970. 367 p. (In Rus.)

6. Spirina M.S., Spirin P.A. Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika [Theory of probability and mathematical statistics]. 4th ed. Moscow, Akademia, 2013. 352 p. (In Rus.)

7. Shakhmatov V.P. Razrabotka elementov promyshlennoy tekhnologii vyrashchivaniya rassady ovoshchnykh kul'tur s ispol'zovaniyem drazhirovan-nykh semyan [Development of elements of industrial technology for growing seedlings of vegetable crops using pelleted seeds: PhD (Ag) thesis. Moscow, 1983. 206 p. (In Rus.)

8. Hartman K., Letsky E., Shaefer V. Planirovanie eksperimenta v issle-dovanii tekhnologicheskikh protsessov [Experimental planning in the study of technological processes]. Moscow, Mir, 1977. 522 p. (In Rus.)

9. Daniel K. Primenenie statistiki v promyshlennom eksperimente [Application of statistics in industrial experiment making]. Moscow, Mir, 1979. 299 p. (In Rus.)

Contribution

S.A. Andreev performed theoretical studies and, based on the results obtained, conducted the experiment and wrote the manuscript. S.A. Andreev has author's rights and is responsible for plagiarism. Conflict of interests

The author declares no conflict of interests regarding the publication of this paper. The article was received 29.03.2022 Approved after reviewing 30.07.2022 Accepted for publication 01.08.2022

Andreev S.A.

Experimental studies of seed pelletizing in a drum pelltizer