CC BY
6Научная статья УДК 631.171
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВЫХ БОРОН В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
В РАМКАХ СИСТЕМЫ МАШИН, АДАПТИРОВАННОЙ К ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
Дмитрий Анатольевич Дегтярев
Дальневосточное высшее общевойсковое командное ордена Жукова училище им. Маршала Советского Союза К. К. Рокоссовского, agroamur@list.ru
Аннотация. Рассмотрены основные задачи систем машин в растениеводстве. Современная система машин должна учитывать следующие параметры: различные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, почвенно-климатические условия зоны их возделывания и др. Перспективой создания современных систем машин для комплексной механизации растениеводства является их интеграция с информационными технологиями. В ходе научного исследования по дисковым боронам, в рамках работы над системой машин, в задачи исследований входило: уточнить определение понятия "дисковая борона", выявить техническую характеристику, которая станет основой для определения классов дисковых борон, выявить классы дисковых борон, определить зависимость ширины захвата дисковой бороны от посевной площади, глубины обработки почвы и мощности двигателя агрегатируемого трактора в заданных пределах в условиях факторного эксперимента. Основными техническими характеристиками дисковых борон являются: рабочая ширина, диаметр дисков, глубина обработки почвы, вес, расстояние между дисками, угол атаки дисков. В ходе исследования на основе данных по испытаниям сельскохозяйственной техники был проведены результаты проведения многофакторных экспериментов в которых, в качестве факторов были использованы посевная площадь зерновых и сои, ширина захвата дисковой бороны, глубина обработки почвы в зависимости от мощности агрегируемого трактора. В результате проведенных исследований уточнено понятие "дисковая борона", проведена классификация дисковых борон, удобная при использовании в информационных технологиях, а также получена зависимость ширины захвата дисковой бороны от посевной площади, глубины обработки почвы и мощности двигателя агрегатируемого трактора. Проведённые исследования упрощают подбор дисковой бороны и служат базой для выполнения итоговой задачи исследований - создания системы машин для возделывания зерновых и сои, адаптированной к интеллектуальным технологиям.
Ключевые слова: система машин для комплексной механизации растениеводства, информационные технологии, система подбора сельскохозяйственной техники и оборудования "Меридиан", дисковая борона, ширина захвата дисковой бороны, многофакторный эксперимент, поверхность отклика, сечение поверхности отклика, глубина обработки почвы, посевная площадь, интервал варьирования, уравнение регрессии.
Для цитирования: Дегтярев Д.А. Обоснование технических параметров дисковых борон в зависимости от основных факторов сельскохозяйственного производства в рамках системы машин, адаптированной к интеллектуальным технологиям // Агронаука. 2023. Том 1. № 1. С.152-157.
Original article UDC 631.171
JUSTIFICATION OF THE TECHNICAL PARAMETERS OF DISC HARROWS DEPENDING ON THE MAIN FACTORS OF AGRICULTURAL PRODUCTION WITHIN THE FRAMEWORK OF A MACHINE SYSTEM ADAPTED TO INTELLIGENT TECHNOLOGIES
Dmitri)' A. Degtyarev
Far Eastern Higher All-Arms Command School
named after Marshal of the Soviet Union K.K. Rokosovsky, agroamur@list.ru ©Дегтярев Д.А., 2023
Abstract. The main tasks of machine systems in crop production are considered. The modern system of machines should take into account the following parameters: various technologies for growing crops, soil and climatic conditions of the zone of their cultivation, etc. The prospect of creating modern machine systems for the integrated mechanization of crop production is their integration with information technology. In the course of a scientific study on disc harrows, as part of the work on a system of machines, the objectives of the research included: to clarify the definition of the concept of "disk harrow", to identify a technical characteristic that will become the basis for determining the classes of disc harrows, to identify classes of disc harrows, to determine the dependence of the working width disc harrow on the sown area, the depth of tillage and the power of the engine of the aggregated tractor within the specified limits under the conditions of the factorial experiment. The main technical characteristics of disc harrows are: working width, disc diameter, tillage depth, weight, distance between discs, angle of attack of discs. In the course of the study, based on data from testing agricultural machinery, the results of multifactorial experiments were carried out in which, as factors, the sown area of cereals and soybeans, the width of the disc harrow, the depth of tillage, depending on the power of the aggregated tractor, were used. As a result of the research, the concept of "disk harrow" was clarified, a classification of disk harrows was carried out, which is convenient for use in information technology, and the dependence of the width of the disk harrow on the sown area, tillage depth and engine power of the aggregated tractor was obtained. The conducted research simplifies the selection of a disc harrow and serves as the basis for the implementation of the final task of the research - the creation of a system of machines for the cultivation of grain and soybeans, adapted to intelligent technologies.
Keywords: machine systems for the integrated mechanization of crop production, information technologies, the system of selection of agricultural machinery and equipment "Meridian", disc harrow, working width of disc harrow, multivariate experiment, response surface, response surface section, tillage depth, sown area, interval of variation, regression equation.
For citation: Degtyarev D. A. Obosnovanie tekhnicheskih parametrov diskovyh boron v zavisimosti ot osnovnyh faktorov sel'skohozyajstvennogo proizvodstva v ramkah sistemy mashin, adaptirovannoj k intellektual'nym tekhnologiyam [Justification of the technical parameters of disc harrows depending on the main factors of agricultural production within the framework of a machine system adapted to intelligent technologies]. Agronauka. - Agroscience. 2023; 1; 1: 152-157. (in Russ.)
Введение. Выбор технических параметров того или иного сельскохозяйственного орудия всегда находится в плотной связке с агрегатируемым трактором. Многие аграрии подбирают сельскохозяйственные орудия в соответствии с уже имеющимся парком тракторов. Современная система машин должна учитывать не только технические характеристики машин и орудий, а также многие факторы сельскохозяйственного производства [1-4].
В ходе разработки системы машин, адаптированной к интеллектуальным технологиям следует классифицировать каждый тип сельскохозяйственных машин и орудий привести к классификации. Интеллектуальные технологии требуют, чтобы в классификации машин и орудий не было "пустых мест".
При проведении научного исследования по дисковым боронам, в рамках работы над системой машин, в задачи входило: уточнить определение понятия "дисковая борона", выявить техническую характеристику, которая станет основой для определения классов
дисковых борон, выявить классы дисковых борон, определить зависимость ширины захвата дисковой бороны от посевной площади, глубины обработки почвы и мощности двигателя агрегатируемого трактора в заданных пределах в условиях факторного эксперимента.
Условия, материалы и методы. Для определения зависимости ширины захвата дисковой бороны от посевной площади, глубины обработки почвы и мощности двигателя агрегатируемого трактора в ходе исследования на основе данных по испытаниям сельскохозяйственной техники российскими МИС [1] были проведены два многофакторных эксперимента.
Применение в данном исследовании методики многофакторного эксперимента позволяет обосновать математические зависимости результирующей функции от трёх различных факторов. Введение более трёх факторов значительно усложнило бы получение адекватных зависимостей и заставило бы дробить факторную обработку на части, что могло сильно исказить конечных резуль-
тат.
В первом факторном эксперименте в качестве факторов были использованы посевная площадь зерновых и сои ширина захвата дисковой бороны (Ь), глубина обработки почвы Результирующей функцией выбрана мощность агрегируемого трактора ^_тр).
В качестве факторов во втором эксперименте были использованы посевная площадь зерновых и сои, мощности агрегируемого трактора, глубина обработки почвы. Результирующей функцией выбрана ширина захвата дисковой бороны
Для нахождения коэффициентов полинома использовался ортогональный центрально-композиционный план второго порядка. Пределами варьирования вышеперечисленных факторов были выбраны: для посевной площади - до 2000 га, для ширины захвата дисковой бороны - 12 метров, для глубины обработки почвы - до 0,25 метров. Значимость коэффициентов регрессии проверялась по критерию Стьюдента. В нашем случае для 3-х степеней свободы и 90%-ном уровне значимости t = 1,44. Расчётные значения критерия Фишера составили: F = 19,3.
Результаты исследований и обсуждения. В понятие "дисковая борона", современные заводы-изготовители вносят некий сумбур, который выражается в многочисленных названиях данных сельскохозяйственных орудий: дискаторы, дисковаторы, дискаторы-глубокорыхлители, дисковые глу-бокорыхлители, дисковые мотыги, дисковые мульчировщики, дисковые агрегаты, дисковые плуги. Наиболее приемлемым и точным названием для данных сельскохозяйственных орудий, на наш взгляд, является термин "дисковая борона".
Основными техническими характеристиками дисковых борон являются: рабочая ширина, диаметр дисков, глубина обработки почвы, вес, расстояние между дисками, угол атаки дисков. Диаметр дисков является характеристикой влияющей на глубину обработки, которая учитывается в системе подбора
сельскохозяйственной техники и оборудования "Меридиан" отдельной характеристикой [5,6]. Таким образом, основной технической характеристикой, наиболее сильно влияющей на выбор конкретной марки, является именно рабочая ширина дисковой бороны. Разумеется, на окончательный выбор дисковой бороны влияют и остальные факторы, такие как: вес, диаметр и конструкция дисков, особенности конструкции, надежность, имя и репутация бренда, репутация дилера, у которого приобретается орудие и др. Учитывается также количество, особенности конструкции и технические характеристики катков, обрабатывающих почву после дисков, установленных на дисковой бороне.
Функционал дисковых борон также сильно отличается. Сельскохозяйственными орудиями, включающими в свою конструкцию, дисковые бороны, проводятся следующие полевые операции: предпосевная обработка, основная обработка, глубокое рыхление почвы, обработка заросших и закустаренных земель. Разные полевые операции подразумевают и различные требования к техническим параметрам дисковых борон. Большое разнообразие орудий с дисковыми боронами затрудняют проведение классификации дисковых борон. Для более удобной интеграции с интеллектуальными системами, предложена классификация дисковых борон, прежде всего, включающих в свой состав именно диски, как основной рабочий инструмент. При совмещении операций, например, совмещение в конструкции орудия лаповых культиваторов и дисков, орудие логичней классифицировать, как "комплекс для обработки почвы". В исследовании проведена следующая классификация дисковых борон, обоснованная интеллектуальными технологиями (таблица).
В результате проведения первого многофакторного эксперимента, получено уравнение регрессии, которое вполне адекватно описывает процесс в пределах исследуемой области (рисунки 1, 2).
Итогом факторной обработки второго многофакторного эксперимента было получение уравнения в раскодированном виде
N = -315,1 - 0,094^ + 3450,362Ф + 32,209-Ь - 05769^Ф -
тр ' ' ' '
- 0,002^-Ь + 7,143-ЬЬ + 0,0824^ЬЬ + 0,00015^2 - 8188,57Ф2 - 1,79-Ь2
Таблица - Классификация дисковых борон
Класс
Дисковая борона шириной захвата до 2,0 метров Дисковая борона шириной захвата от 2,1 до 2,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 3,0 до 3,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 4,0 до 4,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 5,0 до 5,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 6,0 до 6,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 7,0 до 7,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 8,0 до 8,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 9,0 до 9,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 10,0 до 10,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 11,0 до 11,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 12,0 до 12,9 метров Дисковая борона шириной захвата от 13,0 до 15,9 метров Дисковая борона шириной захвата 16,0 метров и более
Рисунок 1 - Поверхность отклика мощности двигателя трактора в зависимости от ширины
захвата дисковой бороны и посевной площади при зафиксированной на верхнем уровне значении глубины обработки почвы (0,25 м)
Рисунок 2 - Поверхность отклика мощности двигателя трактора в зависимости от глубины
обработки почвы и посевной площади при зафиксированной на нулевом уровне значении ширины захвата дисковой бороны (7 м)
На рисунках 1 и 2 представлены поверхности отклика мощности двигателя в зависимости от ширины захвата дисковой бороны и посевной площади при зафиксированной на верхнем уровне значении глубины обра-
ботки почвы (0,25 м) и в зависимости от глубины обработки почвы и посевной площади при зафиксированной на нулевом уровне значении ширины захвата дисковой бороны (7 м).
Итогом факторной обработки второго многофакторного эксперимента было получение уравнения в раскодированном виде
b = - 12,901 + 0,005-S + 141,874-h + 0,024-N + 0,0346-S-h + 0,000019^N -- 0,1001-h-N - 0,000069^S^N - 0,0000055^S2 - 397,644h
Обработка зависимостей, полученных в посевной площади от ширины захвата дис-результате многофакторных экспериментов ковой бороны при различной глубине обра-позволила выявить зависимость количества ботке почвы (рисунок 3).
Ширина занвага дисковой бороны, i
/
площадь
0.0114252^ Глубина до 20 см 0.00Э1542"х Глубина до 12 см
- Дискование на глубину до 12 см (Ь = 0,0114252S);
____- Дискование на глубину от 13 до 36 см (Ь = 0,0091542S).
Рисунок 3 - График зависимости ширины захвата дисковой бороны (Ь, м) от посевной площади га)
Полученные зависимости позволяют продолжить формирование базовых данных и зависимостей для разработки системы машин, адаптированной к интеллектуальным технологиям. Для сельскохозяйственных машин и орудий таких как, культиваторы, плуги, зубовые и штригельные бороны, посевные машины в ходе работе по созданию системы машин также планируется провести исследование, включающие в себя обоснование классификации, приемлемой для информационных технологий, проведение многофакторных экспериментов, в которых участвуют технические характеристики машин и орудий, посевная площадь, глубина обработки почвы и количество посевной площади зерновых и сои.
Выводы. Таким образом, в результате проведенных исследований уточнено понятие "дисковая борона", проведена классификация дисковых борон, удобная при использовании в интеллектуальных технологиях, а также получена зависимость ширины захвата дисковой бороны от посевной площади, глубины обработки почвы и мощности двигателя агрегатируемого трактора. Проведённые исследования упрощают подбор дисковой бороны и являются базой для выполнения итоговой задачи исследований - создания системы машин для возделывания зерновых и сои, адаптированной к интеллектуальным технологиям.
Список источников
1. Вестник испытаний сельскохозяйственной техники // Ассоциация испытателей сельскохозяйственной техники и технологий, председатель ред. совета Чекмарев П.А., М., ФГБНУ "Росинформагро-тех", 2018, 120 с.
2. Дегтярев Д.А. Основы методологии системы подбора сельскохозяйственной техники и оборудования "Меридиан"// Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2017, С.61-66.
3. Дегтярев Д.А. Особенности применения IT-технологий в сфере агропромышленного комплекса на примере электронного ресурса "Система подбора сельскохозяйственной техники и оборудования "Меридиан" // Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития: тезисы докладов всероссийской научно-практической конференции. - Благовещенск: ДальГАУ, 2019, С.15-17.
4. Дегтярев Д.А. Особенности интеграции информационных технологий и систем машин в целях комплексной механизации растениеводства// Вестник Алтайского государственного аграрного университета - Барнаул, 2020, № 9. - 153 с, стр. 115 - 123.
5. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П. Система машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства на период до 2020 года//Сельскохозяй-ственные машины и технологии. №6, 2013, С. 6-10.
6. Система подбора сельскохозяйственной техники и оборудования (СПСТО) "Меридиан" [Электронный ресурс] http://manyfactors.ru/index%20%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%81% D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%20%D0%94.%D0%9 0.%D0%94%D0%B5%D0%B3%D1%82%D1%8F%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0.html . (Дата обращения 21.01.2023).
References
1. Vestnik ispy"tanij sel"skoxozyajstvennoj texniki// Associaciya ispy"tatelej sel"skoxozyajstvennoj texniki i texnologij, predsedatel" red. soveta Chekmarev P.A., M., FGBNU "Rosinformagrotex", 2018, 120 p.
2. Degtyarev D.A. Osnovy" metodologii sistemy" podbora sel"skoxozyajstvennoj texniki i oborudovaniya "Meridian"// Sovremenny"e texnologii proizvodstva i pererabotki sel"skoxozyajstvennoj produkcii: sb. nauch. tr. Dal"GAU. - Blagoveshhensk: Dal"GAU, 2017, S.61-66.
3. Degtyarev D.A. Osobennosti primeneniya IT-texnologij v sfere agropromy"shlennogo kompleksa na primere e"lektronnogo resursa "Cisterna podbora sel"skoxozyajstvennoj texniki i oborudovaniya "Meridian" // Agropromy"shlenny"j kompleks: problemy" i perspektivy" razvitiya: tezisy" dokladov vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Blagoveshhensk: Dal"GAU, 2019, S.15-17.
4. Degtyarev D.A. Osobennosti integracii informacionny"x texnologij i sistem mashin v celyax kompleksnoj mexanizacii rastenievodstva// Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta -Barnaul, 2020, № 9. - 153 s, str. 115 - 123.
5. Izmajlov A.Yu., Lobachevskij Ya.P. Sistema mashin i texnologij dlya kompleksnoj mexanizacii i avtomatizacii sel"skoxozyajstvennogo proizvodstva na period do 2020 goda//Sel"skoxozyajstvenny"e mashiny" i texnologii. №6, 2013, S. 6-10.
6. Sistema podbora sel"skoxozyajstvennoj texniki i oborudovaniya (SPSTO) "Meridian" [E"lektronny"j resurs] http://manyfactors.ru/index%20%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%BA %D0%B8%D0%B9%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%20%D0%94.%D0%90.%D 0%94%D0%B5%D0%B3%D1%82%D1%8F%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0.html. (Data obrashheniya 21.01.2023).
Информация об авторе Information about the author
Д.А. Дегтярёв - канд. техн. наук, преподаватель D.A. Degtyaryov - Cand. Tech. Sci., lecturer
Статья поступила в редакцию 21.01.2023; одобрена после рецензирования 28.02.2023; принята к публикации 15.03.2023
The article was submitted 21.01.2023; approved aftee reviewing 28.02.2023; accepted for publication 15.03.2023
