CC BY
15
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331+631.315.2
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА ДЛЯ ПОСЕВА СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
И. В. Волошин, аспирант; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; В. В. Шумаев, канд. техн. наук, доцент;
Д. В. Ванин, аспирант
ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, Россия, т. (8-8412) 62-85-17, e-mail: sha_penza@mail.ru
В статье представлены результаты лабораторных исследований комбинированного двухдискового сошника, проведенных с целью оптимизации предлагаемой конструкции, влияющей на повышение качества посева зерновых культур. Главными показателями, характеризующими качество посева, являются равномерность распределения семян по длине рядка и по глубине их заделки. Эти показатели напрямую влияют на урожайность выращиваемой культуры. По выбранной методике были определены оптимальные конструктивно-режимные параметры разрабатываемого сошника, при которых показатель равномерности наибольший. Проведение многофакторного эксперимента позволило найти оптимальные значения показателя кинематического режима (Л), угла схода семени с отогнутой части рыхлителя (б) и ширины пятки рыхлителя (Ь), при которых коэффициент вариации распределения семян по длине рядка был наименьшим. В закодированном и раскодированном виде представлено выражение, при помощи которого были найдены указанные показатели.
Ключевые слова: равномерность распределения семян, качество посева, двухдисковый сошник, направитель семян, рыхлитель, зерновые культуры.
Введение.
Проведение сравнительного аналитического обзора разнообразных вариантов сошников для посева зерновых культур позволило удостовериться в необходимости разработки нового типа сошников, способных раскладывать семена равномерно по длине рядка при соблюдении заданной глубины заделки, уплотнении семенного ложа и исключении осыпания борозды во время раскладки семян [1-5].
На основании данных исследований в Пензенском ГАУ был разработан, изготовлен и испытан в лабораторных условиях комбинированный двухдисковый сошник (заявка в ФИПС № 2017101930 от 20 января 2017 года на патент «Сошник») [6].
Испытания были проведены по методикам ГОСТ Р 52778-2007 и другим рекомендованным к лабораторным испытаниям [7-10], с применением лабораторной установки на почвенном канале.
Описание лабораторной установки.
Испытания, в ходе которых определяли оптимальные конструктивные параметры комбинированного двухдискового сошника, были проведены на установке, представленной на рис. 1.
Лабораторная установка (рис. 2) состоит из приводной станции 18, которая установлена на почвенном канале 2. К тележке закрепляли экспериментальный комбинированный сошник 21 с направителем семян и рыхлителем 14. Работает установка следующим образом. С помощью двигателя 5 и цепной передачи 4, блока полиспастов 1 и 20 и троса 6 осуществляется движение приводной станции 18. Включение и выключение установки выполняется с щитка управления оператором.
При проведении испытаний комбинированный сошник крепили к навеске лабораторной установки. Устанавливали необходимую глубину заделки зерновых куль-
Рис. 1. Общий вид лабораторной установки для определения оптимальных конструктивных параметров комбинированного сошника
тур (60 мм). С пульта управления запускали приводную тележку с экспериментальным сошником. Одновременно запускали высевающий аппарат семян зерновых культур. Приводная станция проезжала в прямолинейном направлении заданное рас-
стояние. Затем отключали привод станции и высевающего аппарата. Затем подсчитывали число участков с п числом семян и записывали полученные показания.
Результаты лабораторных испытаний.
В ходе обработки блоков данных, полу-
Рис. 2. Схема лабораторной установки для исследования процесса посева семян: 1, 20 - системы полиспастов; 2 - почвенный канал; 3, 9 - мотор; 4, 8 - цепная передача; 5 - редуктор; 6 - трос; 7 - привод высевающих аппаратов; 10 - ящик для семян; 11 - высевающий аппарат;
12 - поводок крепления сошника; 13 - семяпровод; 14 - направитель семян и рыхлитель; 15 - почва (липкий щит); 16 - щиток приборов; 17 - ролик; 18 - приводная станция; 19 - шкив; 21 - сошник; 22 - колесо опорно-копирущее; 23 - преобразователь частоты векторный
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 107
ченных при проведении многофакторного опыта в лабораторных условиях при помощи программы <^а^юа 6.0» [11-15], получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость у = f (А, 5, Ь) в закодированном виде:
Y=21,16875+3,61000 Х1 +0,97000 Х2 +
2 2 +3,17000 Х3 +4,33125 х1 +4,93125 Х2 +
+3,93125 Х32 +1,11250 Х1Х3 +1,81250 Х2 Х3 (1)
Множественный коэффициент корреляции будет равен R = 0,996, множественная мера определенности 99,228 %, финальный остаток - 4,217, а F-тест = 0,97. Следовательно, полученная модель адекватно описывает результаты опытов.
Далее находили дифференциал переменных Х1 , х2 и Х3 , в результате чего получили данную систему уравнений:
=3,61000+8,6625х1 +1,11250х3 =0,
¿х,
шли значения переменных х1 , х2 и х3 , при которых коэффициент вариации распределения семян по длине рядка будет наименьшим.
х1 =- 0,373 х2=- 0,035 х3=- 0,342
(3)
=0,97000+9,8625х2 +1,81250х3 =0,
(2)
¿у ¿х2
=3, 17000+7,8625х3 +1,11250х1+1,81250х2 =0.
¿х3
Решив данную систему выражений, на-
Следующим шагом было изучение двумерной поверхности, описывающей функцию регрессии, для определения интервалов оптимальных значений факторов, обеспечивающих минимальный показатель вариации.
Для получения двумерного сечения поверхности отклика, характеризующего распределение семян, вместо показателя кинематического режима (х1 ) и ширины пятки рыхлителя (х3), в уравнении (1) поочередно подставляли значение х2=0 в результате чего получили:
Y=21,16875+3,61000 х1 +3,17000 х3 +4,33
125 х2 +3,93125 х32 +1,11250 х1 х3 (4)
Затем составляли систему дифференциальных уравнений, представляющих собой частные производные по каждому из двух факторов:
=8,6625х1 +1,1125х3 +3,61=0,
Сх1
—=1,1125х; +7,8625х3+3,17=0. Сх2
(5)
Решая систему уравнений (5), находили: х = - 0,3717; х3 = - 0,3507.
Уравнение (4) ввели в ПЭВМ и построили двухмерное сечение, характеризующее зависимость вариации распределения семян по длине рядка от показателя кинематического режима (Л) и ширины пятки рыхлителя (Ь) (рис. 3).
По аналогии подставляли фактор х3 с нулевым значением в выражение (1) и получили:
Y=21,16875+3,61000 х +0,97000 х2 +4,33
125 х2 +4,93125 х22 (6)
Решали систему дифференциальных уравнений:
или двумерное сечение (рис. 4).
Аналогично, приравнивая к нулю фактор х и подставляя его в уравнение (1), получили
Y=21,16875+0,97000 х2 +3,17000 х3 +4,9
3125 х22 +3,93125 х32 +1,81250 х2 х3 (8)
Решали систему дифференциальных уравнений:
Су Сх2
=3,88х2 -0,89х3-0,81=0,
=-0,89 х2 +2,1х3+0,42=0.
dx2
(9)
=4,2 х +0,81х2 +0,29=0,
Схх
С-=0,8Ц +3,88х2 -0,81=0.
(7)
Нашли координаты центра поверхности
х, = -
отклика в закодированном виде: 0,14, х2 = 0,24.
Уравнение (6) вводили в ПЭВМ и стро-
Определяли координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х2 = 0,18, х2 = - 0,12
Уравнение (8) вводили в ПЭВМ и строили двумерное сечение, характеризующее зависимость вариации распределения семян по длине рядка от угла схода семени с отогнутой части рыхлителя и ширины пятки рыхлителя (рис. 5).
Анализируя графические изображения двумерного сечения (рис. 3, 4, 5) можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах 5 = 7,2-8,8 град., Ь = 22,5-25,5 мм, при этом параметр оптимизации (у) соответственно будет составлять 26 %.
Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость вариации распределения семян по длине рядка, от показателя кинематического режима (Л) и угла схода семени с отогнутой части рыхлителя (5)
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 109
Рис. 5. Двумерное сечение, характеризующее зависимость вариации распределения семян по длине рядка, от угла схода семени с отогнутой части рыхлителя (5) и ширины пятки рыхлителя (Ь)
В случае применения выражения (1) в инженерных расчетах, применяют его раскодированный вариант. Отмечая значимые факторы в уравнении запишем:
Y = 137,3798 - 75,8438А - 2,28975 -- 8,2393Ь + 108,2812А2 + 0,0771-52 + + 0,1573Ь2 + 1,1125АЬ + 0,0453 5Ь (10)
Вывод.
Результатом исследований является область значений оптимальных конструктивно-режимных параметров комбинированного сошника (А, 5, Ь), при которых коэффициент вариации распределения семян по длине рядка будет наименьшим. Этим обеспечивается повышение урожайности зерновых колосовых культур.
Литература
1. Посевные машины: теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шу-маев [и др.]. - М.: Росинформагротех, 2010. - 292 с.: ил.
2. Ларюшин, Н. П. Ресурсосберегающие технологии в полеводстве: посевные машины и комплексы / Н. П. Ларюшин. - Пенза: РИО ПГСХА, 2015. - 341 с.: ил.
3. Ларюшин, Н. П. Современные посевные машины: учебное пособие / Н. П. Ларюшин. -Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - 100 с.
4. Ларюшин, Н. П. Технологии и комплексы машин в растениеводстве / Н. П. Ларюшин. -Пенза: РИО ПГСХА, 2016. - 167 с.
5. Кленин, Н. И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н. И. Кленин, В. А. Сакун. - Москва: Колос, 1994. - 751 с.
6. Волошин, И. В. Конструкция комбинированного сошника для посева зерновых культур / И. В. Волошин [и др.] // Нива Поволжья. - 2017. - № 2. - С. 56.
7. ГОСТ 31345-2007 Сеялки тракторные. Методы испытаний: введ. 2009-01-01. - Москва: Стандартинформ, 2008. - 54 с.
8. СТО АИСТ 5.6-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные и посадочные. Показатели назначения. Общие требования: введ. 2011-04-15. - Москва: Росинформагротех, 2011. - 26 с.
9. СТО АИСТ 5.9-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные и посадочные. Показатели назначения. Общие требования: введ. 2011-09-15. - Москва: Росинформагротех, 2011. - 16 с.
10. СТО АИСТ 001-2010. Агротехническая оценка сельскохозяйственной техники. Термины и определения. - Москва: Росинформагротех, 2013. - 60 с.
11. Стукач, О. В. Программный комплекс Statistica в решении задач управления качеством: учебное пособие / О. В. Стукач. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. -163 с.
12. Сидняев, Н. И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учебное пособие для магистров / Н. И. Сидняев. - Москва: ЮРАЙТ, 2012. - 399 с.
13. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces / O. N. Kukharev, I. N. Semov, E. G. Rylyakin // Contemporary Engineering Sciences. - 2015. - Т. 8. - № 9. - С. 481-484.
14. Dowell, F. E. No-till drill design for atrazine treated soils / F. E. Dowell, J. B. Solie, T. F. Peeper // Trans. ASAE. St. Joseph, Mich. - 1986. - Vol. 29, - № 6. P1554-1560. - Bibliogr.: P. 1560 (15 ref).
15. Kukharev, O. N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet / O. N. Kukharev, A. V. Polikanov, I. N. Semov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2017. - Т. 8. - № 1. - С. 1210-1213.
UDK 631.331+631.315.2
LABORATORY TESTS OF COMBINED OPENER FOR SOWING GRAIN SEEDS
I. V. Voloshin, postgraduate student; N.P. Larushin, doctor of technical sciences, professor;
V.N. Kuvaitsev, candidate of technical sciences; V.V. Shumayev, candidate of technical sciences, assistant professor; D. V. Vanin, postgraduate student
FSBEE HE Penza SAU, russsia, t. (8-8412) 62-85-17, e-mail: sha_penza@mail.ru
The article deals with the results of laboratory studies of the combined double-disc opener which carried out in order to optimize the proposed design, influencing the quality of sowing grain crops. The main indicators characterizing the quality of sowing are the uniformity of the distribution of seeds along the length of the row and the depth of their seeding. These indicators directly affect the yield of the cultivated crop. Based on the selected technique the optimal constructive-regime parameters of the constructed opener were determined, under which the indicator of uniformity is the highest. Carrying out a multifactorial experiment made it possible to find out the optimal values of the kinematic regime (A), the angle of descent of the seed from the bent part of the ripper (5) and the width of the heel of the ripper (b), in which the coefficient of variation in the distribution of seeds along the length of the row was the smallest. In the coded and decoded form the expression by means of which the specified indicators were found is presented.
Key words: uniformity of seed distribution, sowing quality, double disc opener, seed guide, ripper, grain crops.
References:
1. Sowing machines: theory, design, calculation / N. P. Laryushin, A.V. Machnev, V. V. Shumayev [et al.]. - M.: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p.: Il.
2. Laryushin, N. P. Resource-saving technologies in field production: sowing machines and complexes / N. P. Laryushin. - Penza: EPD PSAA, 2015. - 341 p.: Il.
3. Laryushin, N. P. Modern sowing machines: textbook / N. P. Laryushin. - Penza: EPD PSAA, 2007. - 100 p.
4. Laryushin, N. P. Technology and machines complexes in crop production / N. P. Laryushin. -Penza: EPD PSAA, 2016. - 167 p.
5. Klenin, N. I. Agricultural and reclamation machines / N. I. Klenin, V. A. Sakun. - Moscow: Kolos, 1994. - 751 p.
6. Voloshin, I. V. Design of combined opener for sowing grain crops / I. V. Voloshin [et al.] / / Niva Povolzhhya. - 2017. - № 2. - 56 p.
7. GOST 31345-2007 Tractor drills. Test methods: introduction. 2009-01-01. - Moscow: Standartin-form, 2008. - 54 p.
8. STS AIST 5.6-2010. Testing of agricultural machinery. Sowing and planting machines. Purpose indicators. General requirements: introduction. 2011-04-15. - Moscow: Rosinformagrotekh, 2011. - 26 p.
9. STS AIST 5.9-2010. Testing of agricultural machinery. Sowing and planting machines. Purpose indicators. General requirements: introduction. 2011-09-15. - Moscow: Rosinformagrotekh, 2011. - 16 p.
10. STS AIST 001-2010. Agrotechnical evaluation of agricultural machinery. Terms and definitions. -Moscow: Rosinformagrotekh, 2013. - 60 p.
11. Stukach, O. V. Statistics programs complex in solving quality management problems: textbook / O. V. Stukach. - Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University, 2011. - 163 p.
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 111
12. Sidnyayev, N. I. Theory of experiment planning and analysis of statistical data: textbook for Master's degree students / N. I. Sidnyayev. - Moscow: YURIT, 2012. - 399 p.
13. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces / O. N. Kukharev, I. N. Semov, Ye. G. Rylyakin // Contemporary Engineering Sciences. - 2015. - Vol. 8. - № 9. - P. 481-484.
14. Dowell, F. E. Zero drill design for atrazine of treated soils / F. E. Dowell, J. B. Solie, T. F. Piper // Trans. ASAE. St. Joseph, Mich. - 1986. - Vol. 29, - № 6. P1554-1560. - Bibliogr.: P. 1560 (15 ref).
15. Kukharev, O. N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet / O. N. Kukharev, A. V. Polikanov, I. N. Semov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2017. - Vol 8. - № 1. - P. 1210-1213.
УДК 631.331
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИВЫХ ЛИНИЙ В МЕХАНИЗМАХ, МАШИНАХ И В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
П. А. Емельянов, доктор техн. наук, профессор; В. А. Овтов, канд. техн. наук, доцент;
ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, Россия, т. 8 (8412) 62-85-79, e-mail: Ovtovvlad@mail. ru
А. Г. Аксенов, канд. техн. наук, старший научный сотрудник; А. В. Сибирев, канд. техн. наук, старший научный сотрудник
ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Москва. Россия, т. 8 (499) 171-43-49, e-mail: sibirev2011@yandex. ru
В основе проектирования, а затем исследования конструкций механизмов и машин для сельскохозяйственного производства лежит принцип осмысливания и использования геометрических линий и поверхностей, связанных с прочностью деталей и механизмов, их технологичностью изготовления, наилучшей работоспособностью и хозяйственно-экономическими показателями.
Кроме того, с помощью кривых линий и поверхностей наглядно можно проследить протекание многих технологических процессов (обработка почвы, уборка урожая и т. д.), отраженных на каком либо наглядном материале с помощью различных устройств. Составленную математическую модель явления (процесса) можно более наглядно показать графически с помощью интегральных кривых. Также графически с помощью интегральных кривых можно показать связь исследуемых факторов какого-либо процесса, оптимизировать форму любой поверхности (форму плуга, форму камеры в двигателях внутреннего сгорания и т. д.).
Поэтому изучение, использование и применение геометрических линий, особенно кривых линий и поверхностей, имеет актуальное значение для сельскохозяйственного машиностроения и производства.
В работе проведен анализ наиболее практически значимых кривых линий, составлена их классификация, показано их использование в сельскохозяйственном производстве. Приведены результаты исследований по использованию кривой линии (овоида) для отыскания оптимальной формы ячеек бугорчатых прокладок для куриных яиц.
Ключевые слова: геометрические линии, кривые линии, кривые поверхности, яйцо, прокладка бугорчатая, овоид.
Введение. В существующей литературе кривой линией называют траекторию точки, перемещаемой в плоскости или пространстве [1, 2].
На самом деле это не совсем правильно, так как кривая линия может быть не закономерной, полученной от пересечения кривых поверхностей друг с другом, с плоскостью (гипербола, парабола, элипс, окружность) и т. д.
На рисунке 1 приведена классификация выполненных в работе некоторых кри-
вых линий [3], которые нашли применение в сельскохозяйственном машиностроении при изготовлении деталей машин и механизмов, а также при исследовании графического изображения различных технологических процессов.
На основании этой классификации можно сделать вывод, что кривые линии могут быть получены на основании алгебраических и трансцендентных функций, в результате пересечения двух криволинейных поверхностей или пересечения кривой
