CC BY
41
УДК 631.312.024
определение равномерности распределения семян двухленточным сошником при помощи программного обеспечения
Е.В. ДЕМЧУК, кандидат технических наук, доцент
A.С. СОЮНОВ, кандидат технических наук, доцент
B.В. МЯЛО, кандидат технических наук, доцент
М.С. ЧЕКУСОВ, кандидат технических наук, доцент
Омский ГАУим. П.А. Столыпина, Институтская пл., 2, Омск, 646008, Россия
E-mail: DemchykEV@mail.ru
Резюме. ВВнимание к равномерному распределению семян по площади питания объясняется большим потенциалом повышения урожайности при снижении нормы высева. От качества заделки семян в почву в значительной мере зависят их всхожесть и, как следствие, развитие растений. Для создания оптимальных условий роста, необходимо обосновать конструктивные параметры сошника, влияющие на равномерность распределения семян по площади питания. Равномерность распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты при посеве двухленточным сошником зависит от следующих конструктивных параметров: угол атаки а, угол крена ß, длина выреза нижней кромки стойки L. Для выявления рациональных конструктивных параметров двухленточного сошника зерновой сеялки на теоретическом уровне был проанализирован характер движения семян в системе «семяпровод-сошник-почва», получена система для определения скорости движения и координат нахождения положения зерновки в пространстве. Составлена схема перемещения семян, отображающая различные варианты их движения. На основании теоретических предпосылок разработана программа для ПЭВМ, позволяющая проводить имитационные опыты с посевом семян зерновых культур двухленточным сошником, с целью определения его рациональных конструктивных параметров (угол атаки а, угол крена ß, длина выреза нижней кромки стойки L). В результате реализации имитационного эксперимента получены теоретические зависимости равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты, анализ которых свидетельствует, что максимальные значения показателей равномерности распределения семян по длине ПР=0,9 и ширине ПР=0,78 ленты достигаются при а = ß =15°, L=50 мм, следовательно именно эти параметры можно принять в качестве рациональных.
Ключевые слова: двухленточный сошник, равномерность распределения семян, теоретические исследования. Для цитирования: Определение равномерности распределения семян двухленточным сошником при помощи программного обеспечения / Е.В. Демчук, А.С. Союнов, В.В. Мяло, М.С. Чекусов//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №8. С. 69-71.
Важнейшая задача совершенствования механизации посева - разработка и освоение высокопродуктивных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий возделывания зерновых культур.
Рост и развитие сельскохозяйственных растений зависит от поступления питательных веществ, влаги, света и теплоты, а также от площади питания, которую, в свою очередь, определяет равномерность распределения семян. Для формирования максимальной урожайности необходимо создавать оптимальную площадь питания для каждого растения.
Цель наших исследований - теоретическое обоснование конструктивных параметров двухленточного
сошника, влияющих на равномерность распределения семян.
Условия, материалы и методы. Качество распределения и заделки семян зерновых культур зависит от характера движения их в системе «семяпровод - сошник - почва». Для определения равномерности распределения семян по площади питания необходимо определить точки встречи их с почвой.
На участках полёта зерна в воздушной среде закон движения можно охарактеризовать следующей системой дифференциальных уравнений [1]:
(1)
\х; = ух1у; = уу,2; = уг
\тУх =5ух,тУу=ЬуУу,тУ: = -5у,-тд'
где т - масса зерна, кг; 8х, 8у, 8Т - коэффициенты, изменения направления движения зерен в семяпроводе и стойке (начальные их значения 8х=8у=8г=1), д -ускорение свободного падения, м/с2; х, у, z - перемещение зерновки в системе координат, м; V - скорость зерновки, м/с.
В полете при столкновениях зерновок между собой или со стенками семяпровода происходит изменение траектории их движения в пространстве (х, у, z), что корректируется значениями 8х, 8у, 8г.
После удара зерновка движется под действием силы тяжести, и ее скоростные характеристики восстанавливаются. Учитывая многократное соударение семян, их поток разбивается на некоторое количество хаотично движущихся зерновок, для которых необходимо определить точки встречи с поверхностью почвы.
В результате теоретических изысканий мы предложили систему для определения скорости движения и координат зерновки:
vj+1 =
Vм =
у
vr =
1-
Mk-R1
т
A t-k-R'
т
Atk-R1
т
т Эх
у т бу
т dz
(2)
Q';l = Q'y+Atv;,
q;+1 = q;+a tvi.
(3)
где к - коэффициент трения; И' - величина, характеризующая силу реакции поверхности, направленную
ЭР ЭР ЭР
вдоль нормали;
компоненты вектора
Эх Э/ dz
нормали к поверхности в точке (xi yi z); At - про-
где Е= (ЕХЕ Ег) - вектор, распределённый по нор-
мальному закону с плотностью вероятностей
V,0, V0,
V" - вектор, определяемый конструкцией семяпровода.
Поскольку математическое ожидание вектора £ равно нулевому вектору, то У0 - наиболее вероятная скорость вылета [2].
Для генерации точки попадания семени на дно борозды было взято следующее соотношение:
<3=(0„ОМНЕМ).
(7)
Рис. 1. Схема формирования движения зерна.
межуток времени перемещения зерновки, Q' - положение зерновки до перемещения,
с; м;
положение зерновки в пространстве после
Qi+
перемещения, м.
В некоторый момент времени семена достигают нижней кромки сошника. Так как они вылетают в случайные моменты времени, плотность распределения можно рассчитать по формуле Пуассона [2]:
где О = (0,0, Е2) - точка наиболее вероятного появления семени; координата Е1 - определяется скоростью зернового потока.
Рассмотренные связи и зависимости позволяют представить общую схему движения полёта зерновок (рис. 1) в системе «семяпровод - сошник - почва» после столкновения (одной с другой, со стенками семяпровода, с почвой) и определить координаты их размещения на почве.
С использованием представленной методики составлена программа для ПЭВМ, которая позволяет проводить имитационные опыты высева семян зерновых культур двухленточным сошником [3-5], учитывая все возможные варианты поведения посевного материала, а также изменять параметры конструкции сошника с целью определения их рациональных значений.
Обеспечить равномерное распределение семян по длине и ширине засеваемой ленты при посеве двухленточным сошником (рис. 2) можно путем изменения угла атаки стоек а к траектории движения, угла крена стоек р к поверхности почвы и длины выреза L наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки стойки.
При моделировании распределения семян в программу вводили варьируемые параметры двух-ленточного сошника, которые влияют на равномерность этого процесса - это углы атаки а и крена р
Р(0 = ае"
(4)
частота вылета
где а семян.
Математическое ожидание времени вылета одного семени равно:
Рис. 2. Двухленточный сошник: 1 - пластина с заостренным носком, 2 - пустотелая стойка, 3 - семянаправитель, 4 - кронштейн, а - угол атаки, р - угол крена, L - длина выреза.
]tP(t)dt = ]tae-a'dt = -,
(5)
Для начальной скорости было принято следующее соотношение:
(К,К,К) = (К.К>К°)+(ЕЛЕЛ
(6)
(в наших исследованиях варьировались в пределах 3-27°), длина выреза нижней кромки стойки L (0-100 мм) [1].
Результатом имитационного опыта служит таблица координат точек приземления семян, на основании которой проводится вычисление среднего арифметического ряда замеров Хср, среднего квадратического отклонения аср и коэффициента вариации Су. По полученным значениям осуществляется расчет показателя равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты.
Распределение можно считать идеальным, если показатель его равномерности будет равен единице [2]:
п = х» , Р Х„ + Мп
(8)
где ПР < 1 - показатель равномерности распределения; Хср - среднее арифметическое ряда замеров; t - коэффициент Стьюдента; т - ошибка средней арифметической
результаты и обсуждение. На основании реализации теоретических исследований мы установили зависимости равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты от конструктивных параметров двухленточного сошника (рис. 3).
Анализируя эти зависимости, можно сделать вывод, что максимальные значения показателей равномерности распределения семян по длине ПР=0,9 и ширине ПР=0,78 ленты достигаются при а = р =150, L=50 мм., следовательно именно эти параметры можно принять в качестве рациональных.
выводы. В результате проведенных исследований предложена схема формирования движения зерновки в системе «семяпровод - сошник - почва» при посеве двухленточным сошником.
Разработана программа для ПЭВМ, позволяющая определять равномерность распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты.
Получены теоретические значения равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой ленты, в зависимости от варьируемых параметров сошника.
Теоретически обоснованы рациональные параметры угла атаки (а) и угла крена (Р) стоек, а также
рис. 3. Теоретические зависимости равномерности распределения семян при L=50: а - по длине ленты; б - по ширине ленты: ♦ - р = 3; ■ - р = 5; А - р = 15; ■ - р = 25; • - р = 27.
длины выреза наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки стойки ^), обеспечивающие равномерное распределение семян как вдоль, так и поперек засеваемой ленты: а = р =150, L=50 мм.
Литература.
1. Демчук Е.В. Обоснование параметров двухленточного сошника зерновой сеялки: автореферат дис.... канд. техн. наук. Новосибирск, 2010. 19 с.
2. Методологические основы совершенствования рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин: монография / И.Д. Кобяков, A.B. Евченко, Е.В. Демчук, А.С. Союнов. Омск: Изд-во ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2012. 144 с.
3. Демчук Е.В., Демчук Ю.В. Определение качества распределения семян зерновых культур двухленточным сошником // Тракторы и с.-х. машины. 2013. № 5. С. 41-42.
4. Демчук Е.В., Евченко A.B. Новая технология посева зерновых двухленточным сошником // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. №11. С. 23-24.
5. Пат. 72378 Российская Федерация, МПК7 А 01 С 7/20. Сошник сеялки / Е. В. Демчук, И. Д. Кобяков - № 2007144865; заявл. 03.12.2008. опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11 (Шч.) - С. 755.
DETERMINATION OF uNIFORMITY OF SEED DISTRIBuTION
by two-tape shovel using software
E.C. Demchuk, A.S. Soyunov, V.V. Myalo, M.S. Chekusov
Omsk State Agrarian University after P.A. Stolypin, Institutskaja sq., 2, Omsk, 646008, Russia
Summary. The attention to uniform distribution of seeds on growing space is explained by high potential of increase in productivity with decrease in seeding rates. Seed germination and, consequently, plant development significantly depends on the quality of seed embedding into the soil. In order to create the optimal conditions for growth, it is necessary to substantiate constructive parameters of a shovel, which influence the uniformity of the distribution of seeds on growing space. The indicator of uniformity of seed distribution throughout the length and width of sowing strip with the use of two-tape shovel is influenced by following constructive parameters: drift angle alpha, banking angle beta, the length of cut of the lower edge of tine L. For identification of rational design parameters of the two-tape shovel of a grain seeder peculiarities of seed movement in the system "seed pipe-shovel-soil" was analyzed in theory; the system to determine the movement speed and coordinates of a seed was obtained. The diagram of seed movement was composed, which reflected different variants of seed shifting. On the basis of theoretical prerequisites the program for personal computer was developed, which enables to carry out simulation experiments on seed sowing by two-tape shovel in order to determine its rational design parameters (drift angle alpha, banking angle beta, the length of cut of the lower edge of tine L). As a result of realization of simulation test theoretical dependencies of uniformity of seed distribution throughout the length and width of seeded strip were obtained. The analysis of these dependencies indicates that the best uniformity of seed distribution throughout the length and width (0.9 and 0.78) were obtained at drift angle and banking angle equal to 15 degrees, L = 50 mm. Therefore these parameters can be accepted as the rational ones.
Keywords: two-tape shovel, uniformity of seed distribution, theoretical studies.
Author Details: E.C. Demchuk, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof. (e-mail: DemchykEV@mail.ru); A.S. Soyunov, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.; V.V. Myalo, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.; M.S. Chekusov, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.
For citation: Demchuk E.C., Soyunov A.S., Myalo V.V., Chekusov M.S. Determination of uniformity of seed distribution by two-tape shovel using software. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No8. pp. 69-71 (In Russ)
