Математическая модель работы бороздообразующего рабочего органа посевной машины и определение его оптимальных конструктивных параметров методом многофакторного эксперимента Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Разработанный опытный образец ворошилки-порциеобразователя представляет собой универсальную машину, которая выполняет две технологические операции: ворошение лент льна и сгребание льнотресты в порции.

Время перевода машины (односекционной) из одного режима работы в другой составляет 0,3 часа (трёхсекционной - не более 1 часа), что позволяет в дальнейшем заменить две машины, задействованные в настоящее время в технологии уборки льна-долгунца: ворошилку лент льна ВЛ-3 и подборщик-порциеобразователь 11Н11-3.

Литература

1. Клёнин Н. И. Сельскохозяйственные машины. - М.: КолосС, 2008. - 816с.

2. А. С. 1692346 СССР, МКИ5 А01Д45/06. Ворошилка лент льна /А. А. Гвоздарев, М. И.

Ковалёв, А. И. Копосов и С. Б. Павлов (РФ). - №4770251/15; заявл. 18.12.1989; опубл.

23.11.1991, Бюл. №43.-6 с.

3. Патент 2044452 РФ, МПК А01Д45/06. Ворошилка лент льна /А. И. Копосов, С. Б. Павлов, А.

А. Линь, И. М. Пчёлкин (РФ). - №93028669/15; заявл. 01.09.1995; опубл. 27.09.1995, Бюл.

№27. - 6 с.

4. Новиков М.А., Смелик В.А., Теплинский И.З. и др. Сельскохозяйственные машины.

Технологические расчеты в примерах и задачах: Учеб. пособие / Под ред. М.А. Новикова.—

СПб.: Проспект Науки, 2011.-207 с.

УДК 631.511 Соискатель А.Х. ГАБАЕВ

(КБГАУ, Alii_gabaev@bk.ru) Канд. техн. наук А.К. НАМ (КБГАУ, mm_anatoliyi@inbox.ru)

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ БОРОЗДООБРАЗУЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ПОСЕВНОЙ МАШИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕТОДОМ МНОГОФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Сошник, борозда, диск, почва

Основной задачей дальнейшего развития сельского хозяйства в настоящее время является увеличение объемов производства зерна. Эту важную государственную задачу необходимо решать на основе внедрения в сельскохозяйственное производство достижений науки, дальнейшей интенсификации зернового хозяйства как коллективных товаропроизводителей, так и фермерских хозяйств путем повышения культуры земледелия, химизации и мелиорации земель, а также освоения и внедрения более современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Известно, что зерновые сеялки, выпускаемые в настоящее время и имеющиеся в хозяйствах, оборудованы, как правило, двухдисковыми сошниками. Однако их использование для посева семян сельскохозяйственных культур в весенний период года, когда поверхность поля быстро прогревается за счет солнечной энергии с образованием сухого слоя в горизонте 0-3 см, а нижний горизонт (4-8 см) имеет влажность 28-30%, приводит к тому, что диски сошников зерновых сеялок залипают почвой. Залипание дисков сошников приводит к нарушению конфигурации борозды, образованию подсошникового холма, снижению качества работы, увеличению тягового сопротивления. В конечном итоге сеялка становится неработоспособной. До настоящего времени эта проблема остается нерешенной [1].

Целью нашего исследования являлось совершенствование технологии и средств механизации. Нами создан новый заделывающий рабочий орган (Патент РФ № 2511237) для сеялки [2].

В соответствии с планом исследований выявлено влияние соотношения основных

конструктивных параметров бороздообразующего рабочего органа. Анализируя проведенные теоретические расчеты, можно отметить, что на качество формирования бороздки для семян при посеве модернизированным бороздообразующим рабочим органом на переувлажненных почвах практически не влияет скорость движения агрегата, если он находится в оптимальном диапазоне. Решающее значение имеют основные конструктивные параметры, такие как радиус г бороздообразующей накладки, его толщина Ь и угол а конической части [3].

Результаты опытов позволили провести математическую обработку для определения оптимальных конструктивных параметров бороздообразующей накладки методом многофакторного эксперимента. В качестве критерия оптимизации выбрана равномерность глубины хода бороздообразующего устройства, то есть его максимальное отклонение от заданной глубины заделки семян АИтах.

Результаты теоретических исследований выявили основные факторы, влияющие на равномерность глубины хода бороздообразующего устройства:

1. Физико-механические свойства почвы:

- твердость почвы, определяемая коэффициентом объемного смятия qo, Н/м ;

- изменение твердости почвы по длине борозды Ас/, Н/м';

- шаг изменений твердости почвы р, м;

- коэффициент трения бороздообразующей накладки о почву /

2. Конструктивные параметры подвески бороздообразующего устройства к сеялке:

- высота точки подвеса /?, м;

- расстояние от точки подвеса до оси вращения бороздообразующих накладок /, м;

- расстояние от точки подвеса поводки до линии действия пружины 1д, м;

- коэффициент жесткости нажимной пружины кт Н/м;

- момент инерции подвески относительно точки подвеса с?, кг/м2.

3. Конструктивные параметры бороздообразующего устройства:

- высота клиновидной части бороздообразующей накладки ИК, м;

- радиус бороздообразующей накладки г и м;

- толщина бороздообразующей накладки Ь, м;

- угол конуса бороздообразующей накладки а,

- вес бороздообразующего устройства с2, Н;

- плотность материала бороздообразующей накладки (фторопласт) р, кг/м .

Для сведения всех вышеперечисленных факторов в единую систему разработана математическая модель процесса работы бороздообразующего устройства. Для реализации этой модели составлена программа для ЭВМ, позволяющая получить значения критерия оптимизации, задавая значения факторов. При расчетах использованы параметры стандартной подвески сошника сеялки С3-3,6. Аппроксимирование функции отклика проводились по методу трехфакторного эксперимента полиномом вида:

У-К , (1)

где Ъо, Ъи Ъу - коэффициенты регрессии; хо, хи Ху - факторы и их взаимодействия.

Варьирование факторов осуществлялось на двух уровнях.

Для упрощения расчетов производилось кодирование значений факторов:

(2)

Е

где хг - кодированное значение фактора (-; +); Хх - значение фактора в натуральных единицах; Хгл - значение фактора на нулевом уровне; а - интервал варьирования фактора.

Для реализации эксперимента составлена матрица планирования эксперимента (табл.1).

Таблица 1. Матрица планирования трехфакторного эксперимента

№ Факторы и их взаимодействия

XI Х2 Хз х1х2 Х2Х3 х1х3

1 - - - + + +

2 + - - - + -

3 - + - - - +

4 + + - + - -

5 - - + + - -

6 + - + - - +

7 - + + - + -

8 + + + + + +

После получения на ЭВМ значений критерия оптимизации в каждой строке матрицы производился подсчет коэффициентов регрессии по формулам:

N

X у«

ьп =

(3)

0 N

N

^Х V

тУ и

Ь>= N

N

^Х X у

т \

к =

(4)

(5)

N

где Ьо - свободный член уравнения регрессии; Ъг - коэффициент для линейных членов уравнения регрессии; Ъу - коэффициент при парных взаимодействиях уравнения регрессии; уи - значение критерия оптимизации в и-й строке матрицы; N - число строк матрицы; хи, - значение /-го фактора в и-й строке; - значение /-го фактора в и-й строке.

Значимость коэффициентов регрессии определялась по критерию Стьюдента:

'^¿Г'" <6)

где Ъх - проверяемый коэффициент регрессии; яф^ - среднеквадратичное отклонение коэффициента регрессии; 1кр - критическое значение критерия при заданном уровне значимости.

где з(у) - среднеквадратичное отклонение критерия оптимизации. Значимые коэффициенты были включены в полином (1). Адекватность полученной модели проверялась по критерию Фишера:

■V оо

где 821р - дисперсия неадекватности математической модели; Ркр - критическое значение критерия при заданном уровне значимости.

W (9)

Sur (N + N0-kУ

где у - значения критерия оптимизации, полученные по уравнению регрессии; у - значения критерия оптимизации, полученные в результате эксперимента; No - повтор ность опыта;

к - количество значимых коэффициентов регрессии.

Число степеней свободы /(у) определялось как число независимых измерений минус число тех связей, которые наложены на ряд измерений при его обработке. При этом вычитаемая в знаменателе единица характеризует только одно значение среднего из данной выборки. При повторении опытов по строкам матрицы число степеней свободы находят из условия:

fly)=N(r-1); (10)

при проведении опытов в нулевой точке:

fly)=» 0-1- (п)

Обработка экспериментальных данных производилась с помощью табличного редактора Microsoft Excel с надстройкой «Анализ данных», программы STATISTIKA 6.0 и MathCad, позволяющих проводить статистический анализ.

Оценка адекватности математической модели реальному процессу проводилась путем сравнения зависимостей, полученных теоретически и экспериментально. Полученные зависимости лежат в доверительной зоне с уровнем значимости 5%, что свидетельствует о совпадении теоретических и экспериментальных исследований и адекватности модели.

На основании предварительных исследований определено, что минимальное значение радиуса бороздообразующей накладки составляет 0,15м, минимальное значение угла конической части 13°, толщина бороздообразующей накладки 0,02 м [5]. Исходя из этого были приняты следующие уровни варьирования факторов (табл. 2).

Таблица 2. Уровни варьирования факторов

Уровни варьирования Факторы

г, [м] Ъ, [м] П

Нижний (-) 0,10 0,015 10

Нулевой (0) 0,15 0,020 12,5

Верхний(+) 0,20 0,025 15

Расчет коэффициентов регрессии дал следующий результат: Ъо = 13,200; 67 = - 0,640; Ъ2 = -0,315; Ъ3 = - 0,790; Ъ12 = 0,007; Ъ23 = 0,004; Ъв = 0,050.

Критерий Стьюдента для полученных коэффициентов регрессии равен: 1о = 11,60; tl = 5,64; Ь = 2,77; Ь = 6,96; 1.12 = 61,72; 1.2з = 35,27; 1ц = 44,09.

Критическое значение критерия Стьюдента при 1% уровне значимости и восьми степенях свободы равно 3,36. Значимые коэффициенты были включены в уравнение регрессии.

Адекватность результатов позволяет использовать разработанную модель для обоснования конструктивно технологических параметров бороздообразующего устройства посевной машины.

По экспериментальным данным получено описание исследуемой системы в виде полиномиального уравнения линейной регрессии.

У г = Ъо + Ъ1X1+ Ъ2Х2 + ЬзХз + Ь12X1X2 + Ъ 23X2X3 + Ь13X1X3;

у = 13,2 - 0,640х7 - 0,315х2-0,790х, + 0,007х7х2 + 0,004х2х, + 0,050х7х,. ^ '

Заменяя значения факторов их натуральными значениями, получаем:

АИ = 21,296 - 18,360/' - 73,8356 - 0,386а + 28г6 + 0,5306а + 0,400га. (13)

Поверхность отклика, построенная по сочетанию значимых факторов (диаметра и

толщине бороздообразующей накладки), приведена на рисунке.

1*1

Рис. Зависимость отклонения глубины хода бороздообразующего устройства от диаметра

и толщины бороздообразующих накладок

Анализ полученного уравнения показал, что значение функций отклика растет с ростом факторов г и а, а рост фактора Ъ приводит к уменьшению значений функции отклика.

Допустимое максимальное отклонение глубины бороздки составляет 0,01 м. Это значение функции отклика ограничивает область оптимальных значении Ъ и а. С другой стороны, увеличение радиуса бороздообразующей накладки приводит к уменьшению значений функции отклика, но он ограничен по конструктивным соображениям. Исходя из вышеизложенного, можно принять рациональные значения параметров бороздообразующего устройства следующими: г = 0,15-0,18 м; Ъ = 0,015-0,020 м; а= 13-15°.

Литература

1. Каскулов М.Х., Габаев А.Х. Агротехническая оценка работы экспериментальной сеялки с фторопластовыми бороздообразующими накладками // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. - 2015. - №1. - С. 35-38.

2. Патент 1Ш №2511237 С1 А01С7/20 Бюл. №10 от 10.04.2014 г.

3. Габаев А.Х., Мишхожев А.А. Совершенствование средств механизации для посева семян зерновых культур [Электронный ресурс] //Novainfo.Ru. - 2015. - №38. - С. 31-34.

4 Габаев А.Х. Влияние свойств почвы на процесс образования бороздки для семян // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. - 2013. - №2. - С. 67-71.

5. Габаев А.Х., Мисиров М.Х. Деформации почвы при обработке двухгранным клином: Мат. межвузовской науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. - Нальчик, 2009. - С. 131-134.

УДК 636.4.087.8:615

Канд. техн. наук Ю.Г. ЗАХАРЯН (АФИ, с1/Ис 111. иглу а пс1с \. ш)

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Пространственная неоднородность, мелкоконтурность, градация, геостатистика, дифференциации, эффективность, агротехнология, повторяемость, корреляционный анализ

Предположим, что на некоторой территории от точки к точке меняется некоторый почвенно-климатический фактор X, который влияет на технологическое воздействие. Закономерности изменения X в пространстве могут быть описаны двояким образом: