CC BY
152
УДК 631.33.024.2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОШНИКА С НАПРАВИТЕЛЕМ-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ СЕМЯН ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ
Ларин Максим Алексеевич, аспирант
Мачнев Алексей Валентинович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Механизация технологических процессов в АПК»
Шуков Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»
Мачнева Валентина Васильевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Растениеводство»
ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»
440014, г. Пенза, ул. Ботаническая д.30, тел. (841-2) 628-517 е-mail: [email protected]
Ключевые слова; лаповый сошник, семена, подпочвенно-разбросной посев, многофакторный эксперимент, направитель-распределитель семян, распределение семян, площадь рассева.
В статье приведены результаты многофакторного эксперимента по обоснованию оптимальных значений конструктивных параметров разработанного сошника: ширины, угла наклона и высоты выходного отверстия направителя-распределителя семян.
Рентабельность отрасли растениеводства связана, прежде всего, с получением высоких и стабильных урожаев зерновых культур. Этого можно достичь за счет применения ресурсосберегающих технологий их возделывания, которые базируются на применении широкозахватных многофункциональных посевных агрегатов и комплексов. Однако необходимо признать, что проблема получения стабильно-высоких урожаев пока еще не решена. Изучение и анализ качественных показателей работы посевных машин показал, что применение сеялок для подпочвенно-разбросного посева позволяет повысить урожайность зерновых культур на 10...20% за счет улучшения условий развития растений, увеличения противоэрозионной устойчивости почв, экономии топливо-сма-зочных материалов и сокращения времени посева [1].
Следует отметить, что большинство современных сеялок для подпочвенно-разбросного посева оборудуют лаповыми сошниками, которые не в полной мере отвечают агротехническим требованиям, предъявляемым к посеву. А ведь именно сошники в основном определяют эффективность работы посевных машин в целом.
Основными недостатками современных сошников для подпочвенно-разбросного посева являются их малая ширина захвата, нерациональное использование камеры рассева, пульсация семенного потока и недостаточная равномерность распределения семян по площади рассева на заданной глубине. Таким образом, разработка и внедрение новых рабочих органов посевных машин, обеспечивающих качественный подпочвенно-разбросной посев, на сегодняшний день актуальна [2].
Поэтому в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на кафедре «Механизация технологических процессов в АПК» разработан сошник пневматической сеялки для подпочвенноразбросного посева с направителем-рас-пределителем семян, который позволяет повысить равномерность распределения семян по площади рассева на заданной глубине и увеличить ширину его захвата при снижении пульсации потока семян.
Разработанный сошник для подпочвенно-разбросного посева с направителем-рас-пределителем семян (рисунок 1) состоит из стрельчатой лапы 1, закрепленной на раме сеялки с помощью С-образной пружинной стойки 2, пневмосемяпровода 3 с наконечни-
Рис. 1. - Схема семян (обозначения
ком 4 и направителя-рас-пределителя семян 5, закрепленного на стойке 2 посредством держателя 10 и болтовых соединений 12. Направитель-распредели-тель семян 5 включает в себя свод 9, образующего увеличенную камеру рассева 11, приемник 6 с выходным отверстием в виде эллипса, и-образное днище 7 и направляющие 8, расположенные между сводом 9 и днищем 8. Для высева различных по физико-механическим свойствам семян в задней части наконечника имеется окно 13 с сеткой 14.
Для определения конструктивных параметров сошника для подпочвенноразбросного посева с направителем-рас-пределителем семян были проведены его экспериментальные исследования на лабораторной установке (рисунок 2), состоящей из почвенного канала 1, приводной тележки 2, на которой крепится сошник 3 с направите-лем-распределителем семян, пневмовентилятор 4, бункер 5, распределительная головка
6 с семяпроводами 7, высевающий аппарат 8, механизм привода 9, электродвигатель 10, а также поверхность рассева 11.
Принцип работы установки заключается в следующем. Поток воздуха, создаваемый пневмовентилятором 4, подхватывает семена, поступающие из высевающего аппарата 8, и направляет их в распределительную головку 6, откуда по семяпроводу
7 они подаются к сошнику 3, в котором посредством направителя-распределителя семян укладываются на поверхность рассева, представляющую собой липкую ленту с квадратами размером 5 х 5 см [3]. Экспериментальные исследования сошника с направи-телем-распределителем семян осуществляли с применением методик планирования многофакторного эксперимента [4], а также расчета и определения равномерности распределения семян зерновых культур по площади [5]. За критерий оптимизации был выбран коэффициент вариации V, характе-
сошника с направителем-распределителем
в тексте)
Рис. 2 - Общий вид лабораторной установки (обозначения в тексте)
ризующий равномерность распределения сошником для подпочвенно-разбросного посева с направителем-распределителем семян по площади рассева в процентах.
На основании априорного ранжирования было выделено 18 факторов, которые оказывают влияние на коэффициент вариации п. В результате отсева выделены 8 наиболее значимых факторов, влияющих на распределение семян по площади рассева: количество п направляющих пластин; ширина Ь направителя-распределителя семян; угол наклона а направителя-распределителя семян; высота выходного отверстия h направителя-распределителя семян; скорость и воздушного потока; диаметр входного отверстия d направителя-распределителя семян; скорость и1 движения сошника; норма высева О.
После обработки результатов многофакторного эксперимента [3] на персональной ЭВМ установили три наиболее существенных фактора, влияющих на равномерность распределения семян по площади рассева. Это ширина b направителя-распре-делителя, угол наклона a направителя-рас-пределителя и высота выходного отверстия h направителя-распределителя. Затем с помощью прикладной программы «STATISTIKA 6.0» получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость n = f(b, а, h) в закодированном виде [5]:
у = 3S,24 + 0,3хг + 0,4х2 + 0,07х3 + 3,03х^ + 1,9х22 + 2,04х32 + 0,26х1х2 + 0,36х1х3 +
0,9вх2х3,
(1)
где у - параметр оптимизации, %, x1, x2, x3 - ширина направителя-распределителя, угол наклона направителя-распределителя и высота выходного отверстия направителя-распределителя соответственно.
Уравнение (1) в раскодированном виде имеет следующий вид:
(2)
Далее изучали поверхности отклика в зоне оптимальных значений факторов с помощью двухмерных сечений. Для этого приравнивали фактор х2 к нулю и подставляли его в уравнение (1). В результате получили выражение:
Ух2 _ 0 = 38,24 + 0,3хг + 0,07х3 + 3,03х^ + 2,04х32 + 0,36х1х3. (3)
Затем составляли систему дифференциальных уравнений, представляющих собой частные производные по каждому из двух факторов:
После решения системы (4) нашли координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х1 = -0,05, х3 = 0,008 (после раскодирования Ь = 0,238 м; Л = 0,00801 м). Подставляя значения х1 и х3 в уравнение (3) получили значение ух2=0 = 38,23, характеризующее равномерность распределения семян по площади рассева.
Подставляя различные значения параметра оптимизации Ух2=0 в уравнение (3), получили уравнения, которые в совокупности представляют собой семейство сопряжённых эллипсов. По ним строили двухмерное сечение, характеризующее зависимость распределения семян V от ширины Ь напра-вителя-распределителя семян и высоты Л выходного отверстия направителя-распре-делителя (рисунок 3).
Приравняв к нулю фактор х3 и подставив его в уравнение (1), получили:
ух3=0 = 38,24 + 0,3хг + 0,4х2 + 3,03х^ + 1,9х22 + 0,26хЛ. (5)
В результате решения системы дифференциальных уравнений
(4)
(6)
определили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде
х1 = -0,04 и х2 = -0,1 при у 3 = 38,21. После
раскодирования ширина направителя-рас-пределителя семян Ь составила 0,238 м, а угол него наклона а = 4,8С.
Далее получили двухмерное сечение поверхности отклика, представленной уравнением (5), характеризующее зависимость распределения семян зерновых культур по площади рассева п от ширины Ь направите-ля-распределителя распределителя семян и от угла а его наклона (рисунок 4).
Приравняв к нулю фактор х1 и подставив его в уравнение (1), получили выражение:
ширина направителя-распредепителя (Ь), м
Рис. 3 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян зерновых культур по площади рассева от Ь и h
угол наклона направителя-распредепителя (а), град.
Рис. 5 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян зерновых культур п от а и h
Ух1=0 = 38,24 + 0,4х2 + 0,07хз + 1,9х22 + 2,04хз2 + 0,98х2хз. (7)
Решив систему дифференциальных уравнений
- 0,98 ■ х, + 3,8 • х7 + 0,4 - 0;
еіх
<
= 4,04 ■ х, + 0,98 ■ х, + 0,07 = 0,
СІХ з ’3=2= ’
(8)
определили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде х2 = - 0,03, хз = -0,01, (после раскодирования
’ ’ ’ ’ ’ — 40
Ь-ширина направителя-распредепителя, м
Рис. 4 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее распределение семян зерновых культур n по площади рассева от b и a
а = 4,94 град., h = 0,00798 м), при параметре оптимизации у а = 37,35.
Подставив полученные значения в уравнение (7), построили двухмерное сечение (рисунок 5) поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян зерновых культур по площади рассева n от угла а наклона направителя-рас-пределителя и высоты h его выходного отверстия.
Проанализировав двумерные сечения (рисунки 3 - 5), можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в следующих интервалах: ширина направителя-распределителя семян b = 0,22...0,26 м, угол наклона направителя-распределителя а = 4,2...6,1 град. и высота выходного отверстия направителя-распре-делителя семян h = 0,0084.0,0069 м. При этом коэффициент вариации v, характеризующий равномерность распределения семян по площади рассева, составил 37,3.38,24 %.
В ходе проведения лабораторно-полевых исследований на полях ОАО ПЗ «Еланский» пневматической сеялки-культиватора Morris Concept 2000, оснащенной сошниками для подпочвенно-разбросного посева с направителем-распределителем семян установлено, что экспериментальная сеялка устойчиво высевает семена зерновых культур в диапазоне скоростей 7.12 км/ч. При норме высева озимой пшеницы «Поволж-
ская-86» 250 кг/га, отклонение фактической нормы высева от заданной не превысило 1,5%, а доля семян, находящихся в слое 5 ± 1 см составила 91,2%. Коэффициент вариации, характеризующий равномерность распределения семян по площади рассева, составил 38,2%.
Библиографический список
1. Структурная оценка энергосберегающей технологии возделывания зерновых культур и рабочих органов посевных машин / Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, М.А. Ларин, А.Н. Хорев // Нива Поволжья. - 2011. - №2.
- С. 72-79.
2. Мачнев, А.В. Обзор и анализ конструктивных схем сошников зерновых сеялок / А.В. Мачнев, М.А. Ларин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: Сб. мат. Всерос. научно-практ.
конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - 251с.
3. Методика лабораторных исследований по обоснованию конструктивных параметров лапового сошника с направителем-распределителем/ Н.П. Ларюшин, А.В. Мачнев, М.А. Ларин, П.Н. Хорев // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: Сб. мат. Всерос. научно-практ. конф., т. 2 - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 112-114.
4. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алёшкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. -168 с.
5. Любушко, Н.И. Методика расчёта и определения равномерности распределения семян зерновых культур по площади / Н.И. Любушко.- М.: ОНТИ ВИСХОМ, 1970. -16 с.
УДК 697.94
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ОБОГРЕВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Петров Алексей Михайлович, преподаватель кафедры «Энергообеспечение сельского хозяйства»
ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия».
625001. г. Тюмень, ул. Ямская, д. 52, кв. 3. Тел.: 89097384345
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: утилизация теплоты, микроклимат, животноводческое помещение, тепловые насосы.
В статье приведены данные по анализу способов обогрева и теплопотерь в животноводческих помещения, приведены доводы в пользу внедрения теплоутилизирующего оборудования и сделан соответствующий вывод.
Совершенствование технологических процессов в животноводстве влечет за собой увеличение энергетических затрат и необходимость улучшения качества энергоснабжения предприятий данных отраслей. Особенно быстро растет потребление газа и электроэнергии: их доля в энергобалансе повысилась более чем в 1,5 раза по сравнению с прошлым десятилетием [10].
Если учитывать, что треть потребляемой энергии в животноводстве тратится на создание оптимальных параметров микроклимата, а стоимость энергоресурсов постоянно повышается, то появляется проблема поиска более экономичных и энергосберегающих способов обогрева помещений [1].
Из расчета теплового баланса животноводческого помещения в зимний период,
