CC BY
0
УДК 631.331
РО! 10.36461/ЫР.2023.66.2.012
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОДНОДИСКОВОГО СОШНИКА С КАНАВКАМИ В ВИДЕ ЭПИЦИКЛОИДЫ
В.А. Сипунов, аспирант; В.В. Шумаев, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, т. (8-8412) 62-85-79, е-таИ: shumaev.v.v@pgau.ru
Целью исследований явилось повышение качества посева яровой пшеницы сорта «Злата» разработанным однодисковым сошником с канавками в виде эпициклоиды пневматической сеялки, позволяющим повысить равномерность распределения семян по глубине посева. В статье отражено, что ранее известные конструкции лаповых, однодисковых и двухдисковых сошников имеют существенные тяговые характеристики, не могут обеспечить подходящее копирование рельефа поля, образовывая обширную борозду, которую нелегко заделать. Вышеуказанное отрицательно влияет на равномерность распределения семян яровой пшеницы сорта «Злата» как по длине рядка, так и по глубине посева. В статье предложена конструкция дискового сошника, по контору которого имеются канавки в виде эпициклоиды и результаты лабораторных исследований. Получено уравнение регрессии второго порядка, с помощью которого определены оптимальные значения конструктивных параметров глубина выреза I = 0,026...0,031 м (0,02655788 м); число вырезов д = 10...11 шт. (10 шт.); диаметр диска сошника = 0,38...0,42 м (0,4170157 м), при этом параметр оптимизации б (среднее квадратическое отклонение распределения семян по глубине рядка) будет составлять 1,9002923616.
Ключевые слова: сеялка, лабораторные исследования, однодисковый сошник с канавками в виде эпициклоиды, посев, семена, почва.
Для цитирования: Сипунов В.А., Шумаев В.В. Лабораторные исследования однодискового сошника с канавками в виде эпициклоиды. Нива Поволжья, 2023, 2 (66), с. 3007. ЭО! 10.36461/ЫР.2023.66.2.012
Введение
Для увеличения урожайности яровой пшеницы в первую очередь необходимо качественно и в установленные сроки провести операцию посева. Для обеспечения оптимальных условий для роста и развития растений при посеве необходимо равномерно распределить посевной материал по глубине заделки и площади питания. В настоящее время используются лаповые, одно-дисковые или двухдисковые сошники для заделки семян на современных пневматических зерновых сеялках. Однодисковые и двухдисковые сошники имеют существенные тяговые характеристики, которые не могут обеспечить подходящее копирование рельефа поля, образовывая обширную борозду, которую нелегко заделать. Вышеуказанное отрицательно влияет на равномерность распределения семян яровой пшеницы сорта «Злата» как по длине рядка, так и по глубине посева. Нами было установлено, что наиболее многообещающим направлением поиска подходящих показателей работы посевной машины или агрегата является оснащение зерновых сеялок дисковыми сошниками, по контору которого имеются канавки в виде эпициклоиды [1, 2].
Методы и материалы
Лабораторные исследования опирались на принципы математического анализа, моделирования и математической статистики, рабочих процессов посевных и посадочных машин, ГОСТы по испытаниям посевных машин и др.
В настоящее время на кафедре механизации технологический процессов в АПК ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, изготовлен дисковый сошник (Патент №215855) (рис. 1), содержащий кронштейн (5), на оси которого расположен плоский диск (1), по контору которого имеются канавками в форме эпициклоиды (6). Ниже оси кронштейна (5) установлен клапан (2) и накладка (3), а выше оси обтекатель (4). Так как данный сошник применен впервые, то в задачу лабораторных исследований входит уточнение конструктивных и кинематических параметров, определённых в результате теоретических исследований [1, 2].
Дисковый сошник работает следующим образом. При перемещении дискового сошника плоский диск (1) с канавками по контуру в форме эпициклоиды (6) разрушает крупные почвенные элементы, разрезает пожнивные и корневые остатки растений и сорняков, одновременно
раздвигая их в стороны, образуя бороздку на заданной глубине. У дискового сошника так же предусмотрена накладка (3), которая плотно прилегает к плоскому диску (1) и служит для очистки прилипшей почвы, пожнивных и корневых остатков. Семена из высевающего аппарата, поступающие по семяпроводу сеялки через обтекатель (4), попадают на клапан (2) и раскатываются на дно бороздки. После перемещения плоского диска (1) стенки бороздок осыпаются и закрывают высеянные семена. Так как данный сошник применен впервые, то в задачу теоретических исследований входят определение необходимых конструктивных параметров [1, 3, 22].
Рис. 1. Дисковый сошник: 1 - плоский диск; 2 - клапан; 3 - накладка; 4 - обтекатель; 5 - кронштейн; 6 - канавки по контуру диска в форме эпициклоиды
Для проведения лабораторных исследований в ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ была установлена экспериментальная лабораторная
установка на почвенном канале. Применение конструкции лабораторной установки дает возможность проводить исследования неравномерности распределения семян по длине рядка, неустойчивости общего высева, дробления семян и т.д. [4, 5].
При проведении испытаний дискового сошника с вырезами по контору в виде эпициклоиды для укладки и заделки семян зерновых культур при высеве его крепили на регулировочный брус лабораторной установки. Устанавливали необходимую глубину заделки зерновых культур (60 мм). С пульта управления запускали приводную тележку с экспериментальным сошником. При проведении эксперимента запускался вентилятор привода высевающей системы, далее приводилась в движение приводная тележка, проезжая заданное расстояние отключался привод тележки с пульта управления, далее отключался привод высевающей системы. Методом раскопок определяли количество семян, заделанных на заданной глубине для семян яровой пшеницы [6, 7].
Результаты и их обсуждение
Для уточнения конструктивных и кинематических параметров, полученных при теоретических исследованиях, проведён трёхфакторный эксперимент. Значение среднеквадратического отклонения равномерности распределения семян по глубине приняли за критерий оптимизации а. На основе априорной информации определены наиболее важные факторы, оказывающие существенное влияние на среднеквадратическое отклонение распределения семян по глубине. Уровни варьирования факторов представлены в таблице 1. Оценку значимости факторов проводили по критерию Стьюдента 1 [8].
Таблица 1
Факторы, влияющие на равномерность распределения семян по глубине
Обозначение Наименование фактора Уровень ва рьирования
-1 1
Х1 к - коэффициент, учитывающий величину давления на почву в зависимости от вертикального перемещения сошника, Н/м 2 10
Х2 И - глубина посева, м 0,03 0,09
Хз 1 - глубина выреза, м 0,02 0,04
Х4 рс - скорость сошника, м/с 1,2 3,8
Х5 q - число вырезов, шт 7 13
Хб Л - угол атаки диска, град 2 8
Х7 йд - диаметр диска сошника, м 0,30 0,50
Х8 Ф - угол заточки диска, град 12 24
Для построения таблицы 2 корреляции использовалась программа Б1а11Б11са 10,0, вкладка «Статистика» - «Множественная регрессия» [911]. Из таблицы 2 видно, что наиболее значимыми факторами являются Х3, Х2 и Х4, поскольку у них наблюдается наибольшее значение стандартизированного коэффициента регрессии, при этом уровень значимости ошибки больше заданной величины в 5 %. Значение критерия
Стьюдента при доверительной вероятности 95 % равно 12,706, что выше фактически полученных значений критерия Стьюдента. Они значительно снижают среднее квадратическое отклонение распределения семян по глубине рядка [12, 13].
Данные обрабатывали в программе «^а^Б^са 10,0» модулем «Нелинейная оценка» и получили математическую зависимость средне квадратического отклонения распределения
семян по глубине рядка от конструктивных и кинематических параметров сошника в закодированном виде [14, 15]:
у = 0,19813 + 1,17000 • х1 + 0,46100 • х2 + 2,45000 • х3 + 3,87687 • хх2 + 3,76187 • х22 +
4,04687 • х32 + 1,39375 х3 — 2,61875 • х2 • х3.
хх • х2 + 0,12625 • хх
(1)
Для использования уравнения (1) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде. С учетом значимости коэффициентов регрессии, уравнение можно представить следующим выражением [16]:
а = 2,45000 • dд + 3,87687 • I2 + 3,76187 • q2 + 4,04687 • d2 + 1,39375 • 1 • q - 2,61875 • q • dд. (2).
Таблица 2
Уровни значимости факторов, влияющих на среднеквадратическое отклонение распределения семян по глубине посева
Показатель Фактор Стандартизированный коэффициент регрессии, Бета Стандарт. Ошибка Бета Не стандартизированный коэффициент регрессии В Стандарт. ошибка В Критерий Стьюдента t(1) Уровень значимости р-1^е1
Intercept 8,89750 5,52972 1,609032 0,354007
x1 0,77510 3,391087 3,53750 15,47664 0,228570 0,856945
x2 -1,68605 6,256768 -7,69500 28,55537 -0,269476 0,832426
x3 1,78301 3,894807 8,13750 17,77557 0,457791 0,726690
x4 1,31192 3,894807 5,98750 17,77557 0,336839 0,793161
x5 1,08350 4,312180 4,94500 19,68043 0,251265 0,843284
x6 0,48314 1,106051 2,20500 5,04792 0,436813 0,737818
x7 -0,96025 2,098584 -4,38250 9,57776 -0,457570 0,726806
x8 -1,24463 5,083022 -5,79750 23,67686 -0,244859 0,847126
При этом о будет равен 1,9002923616 Уравнение (1) вводим на персональном компьютере в программу «^а^Иса 10,0», в результате обработки получаем графические зависимости, характеризующее зависимость средне-
квадратического отклонения распределения семян по глубине рядка от показателя глубины выреза (I), числа вырезов (д) и (диаметра диска сошника (рисунок 2, 3) [17, 18].
Рис. 2. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость среднеквадратиче-ского отклонения распределения семян по глубине рядка от показателя глубины выреза (I) и диаметра диска сошника (
Получено уравнение регрессии второго порядка, с помощью которого определены оптимальные значения конструктивных параметров глубины выреза I = 0,026... 0,031 м (0,02655788 м); число вырезов д = 10.11 шт. (10 шт.); диаметр диска сошника йр = 0,38.0,42 м (0,4170157 м), при этом параметр оптимизации б (среднее квад-ратическое отклонение распределения семян по
глубине рядка) будет составлять 1,9002923616 [19, 20].
Переход от кодированных (х1, х2, х3) значений к натуральным (1,ц,йр) значениям факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента. Оптимальные значения параметров I, ц, в закодированном и раскодированном виде представлены в таблице 3.
ЗМ Графики поверхностей для У и Х2 и ХЗ Таблица2 10у*14с У= 1,6892+0,461 *х+2,45*у+4,6565*х*х-2,6188*х*у+4,9415*у*у
Рис. 3. Двумерное сечение, характеризующее зависимость среднеквадратического отклонения распределения семян по глубине рядка от числа вырезов (ц) и диаметра диска сошника (йр)
Таблица 3
Оптимальные значения исследуемых факторов
Исследуемый фактор Оптимальное значение фактора
в закодированном виде в раскодированном виде
Глубина выреза 1 м -0,344212 0,02655788
Число вырезов q шт -0,148324 9,555028
Диаметр диска сошника йр, м 0,170157 0,4170157
Заключение
В результате проведения лабораторных исследований сошника сеялки получено уравнение регрессии второго порядка, с помощью которого определены оптимальные значения конструктивных параметров глубина выреза I = 0,026.0,031 м
(0,02655788 м); число вырезов ц = 10.11 шт. (10 шт.); диаметр диска сошника = 0,38.0,42 м (0,4170157 м), при этом параметр оптимизации б (среднеквадратическое отклонение распределения семян по глубине рядка) будет составлять 1,9002923616.
Литература.
1. Шумаев В.В., Сипунов В.А. Патент 215855 Российская Федерация, МПК А01С 7/00. Дисковый сошник заявитель и патентообладатель Пензенский государственный аграрный университет. № 2022126983; заявл. 17.10.2022; опубл. 29.12.2022, Бюл. № 1, 6 с.
2. Сипунов В.А., Шумаев В.В. Исследование конструктивных схем сошников зерновых сеялок: сборник статей Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы. Пензенский ГАУ. Пенза: РИО ПГАУ, 2021, с. 107-110.
3. Shumaev V. V., Ovtov V. A., KaLabushev A. N., Papchev M. A. Single disc coulter with gauge wheel for pneumatic seed drill. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: Volga Region Farmland 2021 (VRF 2021), Penza, 16-18 ноября 2021 года, v. 953. Penza: IOP Publishing Ltd, 2022, p. 012019. DOI 10.1088/1755-1315/953/1/012019.
4. Kuczewski I. Soil parameters for predicting the draught of model plough bodies. J. agr. Egr. Res, 1981, № 3, p. 193-201.
5. Kukharev O.N., Semov I.N., Rylyakin E.G. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces. Contemporary Engineering Sciences, 2015, v. 8, № 9, p. 481-484.
6. Ларюшин Н. П., Кувайцев В.Н., Бучма А.В., Шумаев В.В. Теоретические исследования комбинированного сошника для одновременного разноуровневого внесения удобрений и посева семян. Нива Поволжья, 2014, № 1, с. 82-88.
7. Папшев М. А., Шумаев В. В. Теоретические исследования однодискового сошника с копирующим колесом зерновой сеялки с-7,2ПМ4. Нива Поволжья, 2021, № 3 (60), с. 88-96. DOI 10.36461/NP.2021.60.3.003. EDN MSIRQO.
8. Губанова А.Р., Шумаев В.В. Анализ характеристик сеялок. Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов международной научно-практической конференции. Пенза: РИО ПГАУ, 2019, с. 66-69.
9. Ovtov V., Ovtova О. The evaluating method of the biological activity and relative productivity for mixed and combined three-component crops. Scientific papers series A. Agronomy. Volume LXIII, 2020, № 1, p. 112-118.
10. Kalabushev A., Larushin N., Zubarev A. Scientific results on justification the parameters of a combine u-shaped furrow-opener. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020. v. 63, № 1, p. 80-85.
11. Ларюшин Н. П., Мачнев А. В., Шумаев В. В. Теоретические исследования сошника с бороздо-образующим рабочим органом. Нива Поволжья, 2010, № 1, с. 58-61.
12. Губанова А.Р., Кокойко А.В., Шумаев В.В. Анализ конструкций комбинированных сошников для поуровневого посева семян и внесения удобрений. Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов международной научно-практической конференции. Том 3. Пенза: РИО ПГАУ, 2018, с. 127-131.
13. Kshnikatkina A., Galiullin A., Kshnikatkin S., Alenin P. Legume-rhizobial symbiosis of the pannonian clover variety anik using complex microelements and growth regulators. Scientific papers-series A-agronomy
2020, № 1, p. 659-665.
14. Shumaev V., Kulikova Ju., Orehov A., Polikanov A. Investigation of the grain seeder opener operation for environmental friendly technologies of crops production. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1. p. 527-532.
15. Папшев М.А., Мачнев А.В., Шумаев В.В., Губанова А.Р. Исследование функциональной и принципиальной схем работы сошника. Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов международной научно-практической конференции. Пенза: РИО ПГАУ, 2019, с. 135-137.
16. Гаева А.Р., Шумаев В.В., Папшев М.А. Однодисковый сошник зерновой сеялки. Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса: сборник статей Международной научно-практической конференции молодых ученых. Том IV/ Пензенский ГАУ. Пенза: РИО ПГАУ,
2021, с. 256-258.
17. Kuhmazov К., Shumaev V., Gubskii S., Malshev А. Harvesting flat crops with minimal loss. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1, p. 653-658.
18. Zubarev A., Larushin N., Kukharev O. Innovative working bodies of openers for seeding grain crops. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1, p. 148-152.
19. Шумаев В.В., Ларина Е.А., Губанова А.Р., Кокойко А.В. Исследования комбинированного сошника для посева семян зерновых культур. Новости науки в АПК, 2018, № 2 (11), т. 2, с. 415-417.
20. Шумаев В.В. Прикладная математика: учебное пособие. Пенза: РИО ПГСХА, 2014, 101 с.
21. Kukharev O.N., Polikanov A.V., Semov I.N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 2017, v. 8, № 1, p. 1210-1213.
22. Овтов В.А., Шумаев В.В., Губанова А.Р. Сошник для рядового посева семян и удобрений с сво-добообразующей косынкой. Сурский Вестник, 2019, № 2 (6), с. 39-43.
UDC 631.331
DOI 10.36461/N P.2023.66.2.012
LABORATORY STUDIES OF A SINGLE-DISC COULTER WITH EPICYCLOIDAL GROOVES
V.A. Sipunov, postgraduate student; V.V. Shumaev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor
Federal State-Funded Educational. Institution of higher education Penza State Agrarian University, Penza, Russia, t. (8-8412) 62-85-79, e-mail: shumaev.v.v@pgau.ru
The aim of the research was to improve the quality of sowing of spring wheat of the ZLata variety with a pneumatic seeder with a developed single-disc coulter with grooves in the form of an epicycloid, which allows to increase the uniformity of seed distribution over the sowing depth. The article reflects that the previously known designs of tined, single-disc and double-disc coulters have significant traction characteristics, cannot provide suitable copying of the field relief, forming an extensive furrow, which is not easy to close up. Aforementioned negatively affects the uniformity of the distribution of seeds of spring wheat of the Zlata variety both along the length of the row and the depth of sowing. The article proposes the design of a disc coulter, which has grooves in the form of an epicycloid contourwise and the results of laboratory studies. The regression equation of the second order is obtained, with the help of which the optimal values of the design parameters are determined, the cutout depth 1= 0.026...0.031 m (0.02655788 m); the number of cutouts q = 10...11 pieces (10 pieces); the diameter of the coulter disc dR= 0.38 ...0.42 m (0.4170157 m), while the optimization parameter is 6 (mean square deviation seed distribution by row depth) will be 1,9002923616.
Keywords: seeder, laboratory studies, single-disc coulter with epicycloidal grooves, sowing, seeds, soil.
Reference.
1. Shumaev V.V., Sipunov V.A. Patent 215855 Russian Federation, IPC A01C 7/00. Disc coulter applicant and patent holder Penza State Agrarian University. No. 2022126983; application 17.10.2022; publ. 29.12.2022, Bul. No. 1, 6 p.
2. Sipunov V.A., Shumaev V.V. Research of constructive schemes of coulters of grain seeders: collection of articles Agro-industrial complex: state, problems, prospects. Penza SAU. Penza: PPD PSAU, 2021, pp. 107-110.
3. Shumaev V. V., Ovtov V. A., Kalabushev A. N., Papchev M. A. Single disc coulter with gauge wheel for pneumatic seed drill. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: Volga Region Farmland 2021 (VRF 2021), Penza, November 16-18, 2021, v. 953. Penza: IOP Publishing Ltd, 2022, p. 012019. DOI 10.1088/1755-1315/953/1/012019.
4. Kuczewski I. Soil parameters for predicting the draught of model plough bodies. J. agr. Egr. Res, 1981, № 3, p. 193-201.
5. Kukharev O.N., Semov I.N., Rylyakin E.G. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces. Contemporary Engineering Sciences, 2015, v. 8, № 9, p. 481-484.
6. Laryushin N. P., Kuvaytsev V.N., Buchma A.V., Shumaev V.V. Theoretical studies of a combined coulter for simultaneous multi-level fertilization and sowing. Niva of the Volga region, 2014, No. 1, pp. 82-88.
7. Papshev M. A., Shumaev V. V. Theoretical studies of a single-disc coulter with a copying wheel of a grain seeder s-7,2PM4. Niva of the Volga region, 2021, No. 3 (60), pp. 88-96. DOI 10.36461/NP.2021.60.3.003. EDN MSIRQO.
8. Gubanova A.R., Shumaev V.V. Analysis of characteristics of seeders. Innovative ideas of young researchers for the agro-industrial complex of Russia: collection of materials of the international scientific and practical conference. Penza: PPD PSAU, 2019, pp. 66-69.
9. Ovtov V., Ovtova O. The evaluating method of the biological activity and relative productivity for mixed and combined three-component crops. Scientific Papers Series A-Agronomy. Volume LXIII, 2020, № 1, p. 112-118.
10. Kalabushev A., Larushin N., Zubarev A. Scientific results on justification the parameters of a combine u-shaped furrow-opener. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020. v. 63, № 1, p. 80-85.
11. Laryushin N. P., Machnev A. V., Shumaev V. V. Theoretical studies of a coulter with a furrow-forming working organ. Niva of the Volga region, 2010, No. 1, pp. 58-61.
12. Gubanova A.R., Kokoiko A.V., Shumaev V.V. Analysis of the designs of combined coulters for level-by-level sowing and fertilization. Innovative ideas of young researchers for the agro-industrial complex of Russia: collection of materials of the international scientific and practical conference. Volume 3. Penza: PPD PSAU, 2018, pp. 127-131.
13. Kshnikatkina A., GaLiuLLin A., Kshnikatkin S., ALenin P. Legume-rhizobiaL symbiosis of the pannonian clover variety anik using compLex microeLements and growth reguLators. scientific Papers-Series A-agronomy 2020, № 1, p. 659-665.
14. Shumaev V., KuLikova Ju., Orehov A., PoLikanov. Investigation of the grain seeder opener operation for environmentaL friendLy technoLogies of crops production. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1. p. 527-532.
15. Papshev M.A., Machnev A.V., Shumaev V.V., Gubanova A.R. Study of functionaL and schematic diagrams of the couLter. Innovative ideas of young researchers for the agro-industriaL compLex of Russia: coLLection of materiaLs of the internationaL scientific and practicaL conference. Penza: PPD PSAU, 2019, pp. 135-137.
16. Gaeva A.R., Shumaev V.V., Papshev M.A. SingLe-disc couLter of a grain seeder. Innovative ideas of young researchers for the agro-industriaL compLex: a coLLection of articLes of the InternationaL Scientific and PracticaL Conference of Young Scientists. VoLume IV. Penza State University. Penza: PPD PSAU, 2021, pp. 256-258.
17. Kuhmazov K., Shumaev V., Gubskii S., MaLshev A. Harvesting fLat crops with minimaL Loss. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1, p. 653-658.
18. Zubarev A., Larushin N., Kukharev O. Innovative working bodies of openers for seeding grain crops. Scientific Papers-Series A-Agronomy, 2020, v. 63, № 1, p. 148-152.
19. Shumaev V.V., Larina E.A., Gubanova A.R., Kokoiko A.V. Studies of a combined couLter for grain crops sowing. Science News in the Agro-industriaL CompLex, 2018, No. 2 (11), voL. 2, pp. 415-417.
20. Shumaev V.V. AppLied Mathematics: a textbook. Penza: PPD PSAA, 2014, 101 p.
21. Kukharev O.N., PoLikanov A.V., Semov I.N. The technoLogy of obtaining high-quaLity seeds of sugar beet. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 2017, v. 8, № 1, p. 1210-1213.
22. Ovtov V.A., Shumaev V.V., Gubanova A.R. A pLoughshare for row sowing of seeds and fertiLizers with an arch-forming kerchief. Sursky BuLLetin, 2019, No. 2 (6), pp. 39-43.
