CC BY
10
УДК 631.331.54
ЕВ. ДЕМЧУК, ВВ. МЯЛО, Р.А. БРАУЛИК, АС. БАРДОЛА
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХЛЕНТОЧНОГО СОШНИКА МЕТОДОМ РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА
Одним из определяющих факторов, обусловливающих темпы роста производства сельскохозяйственной продукции, является наличие технических средств, составляющих машинно-тракторные агрегаты сельскохозяйственных предприятий. Увеличение объемов производства отрасли растениеводства возможно при качественном выполнении посевных работ, вызванных оптимальным размещением семян по площади питания и глубине заделки. Таким образом, модернизация существующих и создание новых посевных машин, обеспечивающих рациональное размещение посевного материала, представляется актуальной задачей. Цель - разработка сошника, обеспечивающего равномерное распределение посевного материала по длине засеваемой борозды. Предмет исследований - закономерности процесса обеспечения равномерного посева зерновых культур за счет обоснования рациональных параметров предлагаемого рабочего органа посевной машины путем многофакторного регрессионного анализа. В качестве модели выбран симметричный ортогональный композиционный план второго порядка. Критерием оптимизации геометрических параметров разрабатываемого сошника является равномерность распределения семян по длине засеваемой борозды. Во время экспериментальных исследований изменялись следующие параметры предлагаемого сошника: L - длина выреза наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки стойки, в пределах 20-80 мм, а - угол атаки в горизонтальной плоскости и ß - угол крена в вертикальной плоскости, в пределах 3-28°. В ходе исследований получено уравнение регрессии, на его основании построены поверхности отклика. Из анализа этих поверхностей видно, что рациональными параметрами, при которых достигается наилучшее распределение семян по длине борозды, являются угол атаки а = 25°, угол крена ß = 15°, длина выреза нижней кромки стойки L = 50 мм.
Ключевые слова: сошник, посев, зерновая культура, равномерность распределения, многофакторный эксперимент.
Введение
В приоритете Государственной программы развития сельского хозяйства - улучшение условий жизни граждан, развитие территорий сельскохозяйственного назначения, обеспечение продовольственной безопасности страны, повышение конкурентоспособности продукции агропромышленного комплекса (АПК) и финансовой устойчивости сельскохозяйственных предприятий [1].
Базой и основной социально ориентированной производственной системой аграрного производства является машинно-технологический комплекс. Данная система регулирует экономические показатели конечной сельскохозяйственной продукции, ее объемы и качество; включает агротехнологии, выполняемые машинными агрегатами, технические средства и инфраструктуру, обеспечивающую работоспособность агрегатов [2].
Один из определяющих факторов, обусловливающих темпы роста производства продукции АПК, - наличие технических средств, составляющих машинно-тракторные агрегаты предприятий АПК [3].
Объекты и методы
Внедрение инновационных подходов и эффективных технологий, соответствующих климатическим условиям и региональным особенностям сельскохозяйственного
© Демчук Е.В., Мяло В.В., Браулик Р.А., Бардола А. С., 2020
производства, - драйвер увеличения объемов производства и повышения конкурентоспособности АПК [4; 5].
Получение высоких урожаев осуществимо только при качественном выполнении посевных работ [6], т.е. оптимальном размещении семян по площади питания и глубине заделки [7; 8].
В настоящее время наибольшее распространение получил рядовой способ посева, однако при таком способе площадь питания растений представляет прямоугольник с соотношением сторон 1 : 10, в то время как оптимальным размещением растений по площади поля считается триангуляционное [9; 10].
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод: модернизация существующих и создание новых посевных машин, обеспечивающих рациональное размещение семян -актуальная задача.
Цели работы - разработка сошника, обеспечивающего равномерное распределение посевного материала по длине засеваемой борозды.
Предметом исследований являются закономерности процесса обеспечения равномерного посева зерновых культур за счет обоснования рациональных параметров предлагаемого рабочего органа посевной машины путем многофакторного регрессионного анализа.
Результаты исследований
На основании исследований разработан двухленточный сошник (рис. 1) [11].
Рис. 1. Двухленточный сошник: 1 - пластина с заостренным носком; 2 - пустотелая стойка; 3 - семянаправитель; 4 - кронштейн; 5 - вырез с углом схождения у; 6 - монтажная стойка; 7 - вырез, выполненный с наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки; а - угол атаки; в - угол крена; Ь - длина выреза
На процесс распределения семян по длине засеваемой бороздки влияет множество факторов: конструктивные параметры сошника, технологические параметры посевного агрегата, агротехнические требования. Поскольку предлагаемые сошники устанавливают на сеялку со стандартным междурядьем 150 мм, необходимо обеспечить равномерное распределения семян по длине засеваемой бороздки с целью недопущения загущения семян в рядке.
В ходе экспериментальных исследований изменялись следующие параметры предлагаемого сошника: L - длина выреза наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки стойки, в пределах 20-80 мм, а - угол атаки в горизонтальной плоскости и в - угол крена в вертикальной плоскости, в пределах 3-28°.
Для описания закономерностей распределения семян по длине засеваемой бороздки проводится планируемый эксперимент, с его помощью выявляют влияние факторов на исследуемый показатель. Критерием оптимизации геометрических параметров разрабатываемого сошника является равномерность распределения семян по длине засеваемой бороздки. В качестве модели выбран симметричный ортогональный композиционный план второго порядка (табл. 1). Приведено распределение факторов по уровням их варьирования (табл. 2).
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента
№ опыта Хо Х1 Х2 Хз Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 ад Х2Х2 Х3Х3 Уср (по длине)
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,722
2 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 0,704
3 1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 0,684
4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 0,684
5 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 0,749
6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 0,736
7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 0,691
8 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 0,694
9 1 1,215 0 0 0 0 0 1,476 0 0 0,829
10 1 -1,215 0 0 0 0 0 1,476 0 0 0,804
11 1 0 1,215 0 0 0 0 0 1,476 0 0,684
12 1 0 -1,215 0 0 0 0 0 1,476 0 0,735
13 1 0 0 1,215 0 0 0 0 0 1,476 0,686
14 1 0 0 -1,215 0 0 0 0 0 1,476 0,747
15 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,878
Таблица 2
Уровни варьирования факторов
Фактор Угол атаки а, ° Угол крена в, ° Длина выреза Ь, мм
Кодированное обозначение X, Х2 Х3
Основной уровень (Х10) 15 15 50
Интервал варьирования (ДХ1) 10 10 25
Верхний уровень (Х1 = 1) 25 25 75
Нижний уровень (Х1 = -1) 5 5 25
Звездная точка +а(Х1 = 2) 2,85 2,85 80,375
Звездная точка -а(Х1 = 2) 27,15 27,15 19,625
В ходе проведения многомерного регрессионного анализа необходимо получить модель типа [12; 13]:
У=ъ0+ 1 ¿А-*,2.
1 < ; < к 1 < i < у < к 1 < i < к
В результате получена модель второго порядка. По критерию Кохрена О расч = 0,2141 < Отабл = 0,2758 ряд дисперсий считается однородным.
Таким образом получено уравнение регрессии, описывающее процесс изменения равномерности распределения семян по длине засеваемой борозды У = 0,824731 + 0,005298 • Х1 + 0,008886 • Х2 - 0,01374 • Х3 + 0,00435 • Х12 - 0,00533 • Х13 -- 0,00533 • Х23 + 0,006014 • Х11 - 0,0666 • Х22 - 0,06204 -Х33.
Проанализировав уравнение, можно сделать выводы.
Наиболее значимый фактор - длина выреза нижней кромки стойки (Х3). Однако ее увеличение ведет к снижению качества распределения семян, поскольку перед (Х3) знак «минус». Менее важен угол атаки (Х1), его увеличение приводит к повышению равномерности распределения семян. Подобная картина и по Х2, показывающему влияние угла крена.
Модель нелинейна, поскольку в уравнении присутствуют квадратичные коэффициенты (Х11, Х22, Х33), при этом поверхности отклика должны описываться кривыми второго порядка.
При переводе коэффициентов из кодированных в натуральные получилось уравнение регрессии
Г - 0,393569 + 0,002994•« + 0,022585• /3 + 0,011002-Ь-0,000044-а-/3 -- 0,000021 -а-Ь- 0,000021 • р ■ Ь - 0,00006а2 - 0,000667/?2 - 0,00009912
В уравнении девять коэффициентов. Проверка гипотезы об адекватности математической модели проведена по критерию Фишера. По результатам проверки модель признана адекватной ^расч = 2,75 < ^табл = 3,2.
По полученным данным построены поверхности отклика, отражающие зависимости равномерности распределения семян по длине засеваемой ленты.
а б в
Рис. 2. Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от длины выреза и угла крена, при угле атаки: а - 5°; б - 15°; в - 25°
Рис. 3. Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от угла атаки и длины выреза, при угле крена: а - 5°; б - 15°; в - 25°
а б в
Рис. 4. Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от угла атаки и угла крена, при длине выреза: а - 25 мм; б - 50 мм; в - 75 мм
Заключение
В ходе многомерного регрессионного анализа получено уравнение регрессии и построены поверхности отклика, отражающие зависимости равномерности распределения семян от конструктивных параметров разрабатываемого сошника. Из анализа полученных данных следует, что рациональными параметрами с достижением наилучшего распределения семян по длине ленты являются угол атаки а = 25°, угол крена в = 15°, длина выреза нижней кромки стойки L = 50 мм.
E.V. Demchuk, V.V. Myalo, R.A. Braulik, A.S. Bardola
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Determination of the rational parameters of a double-band ploughshare by method
of regression analysis
One of the determining factors that condition the growth rate of agricultural production is the availability of technical means that make up the whole structure of machine and tractor units of agricultural enterprises. An increase in the production volume of the plant growing industry is possible with a high-quality sowing work, which is due to the optimal placement of seeds in the feeding area and the depth of planting. Thus, the moderni-
zation of existing and the creation of new seeding machines that ensure the rational placement of seeds is an urgent task. The aim of the work is to develop a ploughshare that ensures uniform distribution of the seeds along the length of the sowing rib. The object of the research is represented by the regularities of the process of ensuring uniform sowing of grain crops, by justifying the rational parameters of the proposed working body of the seeding machine by means of multifactor regression analysis. A symmetric orthogonal compositional plan of the second order was chosen as a model. The criterion for optimizing the geometric parameters of the developed ploughshare is the uniformity of the distribution of seeds along the length of the sowing rib. In the course of experimental studies, the following parameters of the proposed ploughshare were changed: L - the length of the cutout on the outer side of the rectilinear profile of the lower edge of the rack varied between 20-80 mm, a - the attack angle on the horizontal plane and p - the roll angle on the vertical plane varied between 3-28°. In the course of the research, a regression equation was obtained, on the basis of which the response surfaces were constructed. From the analysis of such surfaces, it can be seen that the rational parameters ensuring the achievement of the best distribution of seeds along the length of the belt are the attack angle a = 25°, the roll angle p = 15°, the length of the cutout of the lower edge of the rack L = 50 mm.
Keywords: ploughshare, sowing, grain crop, uniformity of distribution, multifactorial experiment.
Список литературы
1. О государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, документ с изменениями, внесенными постановлением Правительства Российской Федерации от 16 июля 2020 № 1061. (Официальный интернет-портал правовой информации www.pro.gov.ru, 21.07.2020. № 000120207210018).
2. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года / Ю.Ф. Лачуга [и др.]. - Москва : ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 80 с. - Текст : непосредственный.
3. Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года. Утверждена приказом Минсельхоза России от 25 июня 2007 года № 342. - Текст : непосредственный.
4. Полоус В.С. Адаптивные способы основной обработки почвы в звене зернопропашного севооборота / В.С. Полоус, В.Г. Зурлугиан. - Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: естественные науки - 2015. - № 3(187). - 70-75 с.
5. Точечное земледелие - Информационные технологии в точном земледелии. - URL: https://selo-delo.ru/zemledelie/tochechnoe-zemledelie-informatsionnye-tehnologii-v-tochnom-zEmledelii.html, свободный (08.06.2017). - Текст : электронный.
6. Демчук Е.В. Равномерность распределения семян зерновых культур двухленточным сошником / Е.В. Демчук, И.Д. Кобяков. - Текст : непосредственный // Тракторы и сельхозмашины. -2012. - № 2. - С. 21-23.
7. Евченко А.В. Посевные машины : монография / А.В. Евченко, И.Д. Кобяков ; Министер-
References
1. O gosudarstvennoj programme razvitiya sel'skogo hozyajstva i regulirovaniya rynkov sel'sko-hozyajstvennoj produkcii, syr'ya i prodovol'stviya na 2013-2020 gody, dokument s izmeneniyami, vnesen-nymi postanovleniem Pravitel'stva Rossijskoj Fe-deracii ot 16 iyulya 2020 № 1061 (Oficial'nyj internetportal pravovoj informacii www.pro.gov.ru, 21.07.2020. № 000120207210018).
2. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoj mo-dernizacii sel'skogo hozyajstva Rossii na period do 2020 goda / Yu.F. Lachuga [i dr.]. - Moskva : FGNU "Rosinformagrotekh", 2009. - 80 s. - Tekst : nepo-sredstvennyj.
3. Koncepciya razvitiya agrarnoj nauki i nauch-nogo obespecheniya agropromyshlennogo kompleksa Rossijskoj Federacii na period do 2025 goda. Ut-verzhdena prikazom Minsel'hoza Rossii ot 25 iyunya 2007 goda № 342. - Tekst : neposredstvennyj.
4. Polous V.S. Adaptivnye sposoby osnovnoj obrabotki pochvy v zvene zernopropashnogo sevoobo-rota / V.S. Polous, V.G. Zurlugian. - Tekst : neposredstvennyj // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: estestvennye nauki -2015. - № 3(187). - 70-75 s.
5. Tochechnoe zemledelie - Informacionnye tekhnologii v tochnom zemledelii. - URL: https://selo-delo.ru/zemledelie/tochechnoe-zemledelie-informatsion-nye-tehnologii-v-tochnom-zemledelii.html, svobodnyj (08.06.2017). - Tekst : elektronnyj.
6. DemchukE.V. Ravnomernost' raspredeleniya semyan zernovyh kul'tur dvuhlentochnym soshnikom / E.V. Demchuk, I.D. Kobyakov. - Tekst : neposredstvennyj // Traktory i sel'hozmashiny. - 2012. -№ 2. - S. 21-23.
7. Evchenko A.V. Posevnye mashiny : monogra-fiya / A.V. Evchenko, I.D. Kobyakov ; Ministerstvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii, Tarskij fili-
ство сельского хозяйства Российской Федерации, Тарский филиал Федерального государственного образовательного учреждения «Омский государственный аграрный университет». - Омск. - 2006. -С. 126. - ISBN 5-89-764-231-1. - Текст : непосредственный.
8. The Effect of Opener for Sowing and Fertilizing at Different Depths on the Quality and Yield of Spring Wheat Grain / M.S. Cherasov [i dr.] // Advances in Social Science, Education and Humanities Research, volume 393 The Fifth Technological Order: Prospects for the Development and Modernization of the Russian Agro-Industrial Sector (TFTS 2019). -Text : direct.
9. Механизация процессов селекции, земледелия и растениеводства : монография / В.А. Дом-рачев [и др.]. - Омск : Издательство ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. - 2011. - 190 с. -ISBN 978-5-89764-294-6. - Текст : непосредственный.
10. Повышение равномерности распределения непылящих известковых удобрений по поверхности поля / Ю.Ф. Лачуга [и др.]. - Текст : непосредственный // Инженерно-техническое обеспечение АПК. - 2017. - № 1. - С. 10-13.
11. Патент 72378 Российская Федерация, МПК7 А 01 С 7/20. Сошник сеялки - № 2007144865; заявл. 03.12.2008; опубл. 20.04.2008 / Дем-чук Е.В., Кобяков И.Д. - Бюл. № 11 (III ч.). - 755 с. -Текст : непосредственный.
12. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. - Москва : Наука, 1980. - 168 с. - Текст : непосредственный.
13. Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. - Москва : Машиностроение, София: Техника, 1980. - 304 с. -Текст : непосредственный.
Демчук Евгений Владимирович, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, ev.demchuk@om-gau.org; Мяло Владимир Викторович, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, vv.myalo@omgau.org; Браулик Роман Александрович, аспирант факультета технического сервиса в АПК по направлению подготовки 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве, Омский ГАУ, ra.braulik350604@omgau.org; Бардола Андрей Сергеевич, студент факультета технического сервиса в АПК по направлению подготовки 35.04.06 - агроинженерия, Омский ГАУ, as.bardola2034@omgau.org.
al Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya "Omskij gosudarstvennyj agrarnyj uni-versitet". - Omsk. - 2006. - S. 126. - ISBN 5-89-764231-1. - Tekst : neposredstvennyj.
8. The Effect of Opener for Sowing and Fertilizing at Different Depths on the Quality and Yield of Spring Wheat Grain / M.S. Chesusov [i dr.] // Advances in Social Science, Education and Humanities Research, volume 393 The Fifth Technological Order: Prospects for the Development and Modernization of the Russian Agro-Industrial Sector (TFTS 2019). -Text : direct.
9. Mekhanizaciya processov selekcii, zemlede-liya i rastenievodstva : monografiya / V.A. Domrachev [i dr.]. - Omsk : Izdatel'stvo FGBOU VPO OmGAU im. P.A. Stolypina. - 2011. - 190 s. - ISBN 978-589764-294-6. - Tekst : neposredstvennyj.
10. Povyshenie ravnomernosti raspredeleniya nepylyashchih izvestkovyh udobrenij po poverhnosti polya / Yu.F. Lachuga [i dr.]. - Tekst : neposredstvennyj // Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie APK. -2017. - № 1. - S. 10-13.
11. Patent 72378 Rossijskaya Federaciya, MPK7 A 01 S 7/20. Soshnik seyalki. -№ 2007144865; zayavl. 03.12.2008; opubl. 20.04.2008 / Demchuk E.V., Kobyakov I.D. - Byul. № 11 (III ch.). - 755 s. - Tekst : neposredstvennyj.
12. Mel'nikov S.V. Planirovanie eksperimenta v issledovaniyah sel'skohozyajstvennyh processov / S.V. Mel'nikov, V.R. Aleshkin, P.M. Roshchin. -Moskva : Nauka, 1980. - 168 s. - Tekst : nepo-sredstvennyj.
13. Novik F.S. Optimizaciya processov tekhno-logii metallov metodami planirovaniya eksperimentov / F.S. Novik, Ya.B. Arsov. - Moskva : Mashinostroe-nie, Sofiya: Tekhnika, 1980. - 304 s. - Tekst : neposredstvennyj.
Demchuk Evgenij Vladimirovich, Cand. Tehn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, ev.demchuk@om-gau.org; Myalo Vladimir Viktorovich, Cand. Tehn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, vv.myalo@omgau.org; Braulik Roman Alexandrovich, postgraduate student of the faculty of technical service in the agro-industrial complex in the field of training 35.06.04 - Technologies, means of mechanization and power equipment in agriculture, forestry and fisheries, Omsk SAU, ra.braulik350604@omgau.org; Bardola Andrej Ser-geevich, student of the Faculty of Technical Service in the agro-industrial complex in the direction of training 35.04.06 - agroengineering, Omsk SAU, as.bar-dola2034@omgau.org.
