CC BY
39
УДК 631.331.001.2
ПОДАЧА СЕМЯН КУКУРУЗЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ АППАРАТОМ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ
© 2009 г. аспирант А.Ю. Попов
Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering
агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd
Изложены результаты исследований пневматического высевающего аппарата избыточного давления при высеве семян кукурузы с использованием многофакторного эксперимента типа ПФЭ 2 . Установлены зависимости параметра оптимизации от основных факторов, влияющих на процесс подачи семян высевающим аппаратом.
Results of researches of a pneumatic sowing apparatus of an overpressure are stated at seeding of cornseeds with use of multifactorial experiment of FFE type 23. Dependences of parametre of optimisation on the major factors influencing process of feed of seeds by a sowing apparatus are established.
Кукуруза - одна из основных культур современного мирового земледелия. Эта культура разностороннего использования и высокой урожайности. На продовольствие в странах мира используется около 20% зерна кукурузы, на технические цели - 1520% и примерно две трети - на корм. В зерне содержатся углеводы (65-70%), белок (9-12%), жир (4-8%), минеральные соли и витамины. Зерно кукурузы -ценный компонент комбикормов для животных и птиц. В 1 кг сухого зерна содержится 1,34 кормовой единицы и 78 г перевариваемого протеина. Как пропашная культура кукуруза является хорошим предшественником в севообороте, способствует освобождению полей от сорняков, почти не имеет общих с зерновыми культурами вредителей и болезней [1].
Одним из факторов, определяющих получение высоких урожаев пропашных культур в целом и кукурузы в частности, является равномерность размещения растений в рядке, так как каждое растение тем самым обеспечивается оптимальной площадью питания.
В настоящее время для посева пропашных культур в отечественном сельском хозяйстве применяются сеялки с пневматическими высевающими
аппаратами вакуумного типа. Но такие
аппараты не в полной мере отвечают всё возрастающим агротехническим
требованиям к механизированному посеву, а именно сохранению равномерности высева пропашных культур с увеличением скорости посева. В связи с этим за рубежом от вакуумных пневматических аппаратов начинают постепенно отказываться в пользу пневматических аппаратов избыточного давления, которые лишены этого недостатка. Поэтому разработка пневматического аппарата избыточного давления для пунктирного посева кукурузы и исследование процессов, происходящих при высеве, актуальны.
На кафедре механизации
растениеводства ФГОУ ВПО АЧГАА был разработан экспериментальный
пневматический высевающий аппарат избыточного давления, а также проведены экспериментальные исследования для определения его оптимальных режимов работы, в ходе которых на универсальном компьютеризированном стенде
производилась регистрация
индивидуальной подачи семян кукурузы каждым дозирующим элементом.
Перед проведением
экспериментального исследования были определены факторы, оказывающие
влияние на качество высева семян кукурузы.
К ним относятся:
- частота вращения высевающего диска;
- избыточное давление в семенной камере аппарата;
- диаметр отверстия дозирующих элементов высевающего диска;
- физико-механические свойства семян кукурузы;
- уровень заполнения бункера высевающего аппарата;
- форма отверстий дозирующих элементов высевающего диска и другие.
Ранжирование показало, что основными факторами являются частота вращения высевающего диска, избыточное давление и диаметр отверстий дозирующих элементов высевающего диска. Поэтому цель исследования - определение влияния
этих факторов на параметр оптимизации. В качестве параметра оптимизации было принято математическое ожидание подачи семян дозирующими элементами высевающего диска М.
Для исследования процесса высева семян кукурузы пневматическим высевающим аппаратом избыточного давления был выбран и реализован полный трехфакторный эксперимент по матрице планирования ПФЭ 2 .
Факторы и их уровни варьирования представлены в таблице 1. Опыты проведены по матрице ПФЭ 2 , в последовательности, имеющей случайный характер, т.е. опыты рандомизированы.
С помощью таблицы случайных чисел была принята следующая последовательность опытов: 4, 3, 8, 5, 7, 2, 1, 6 [2].
Таблица 1
Основные факторы и уровни их варьирования
^^^-^Факторы Уровни Диаметр ячей Частота вращения высевающего диска Избыточное давление в камере
Натуральное обозначение d, мм п,с-1 p, кПа
Верхний 5,0 1,4 4,0
Основной (нулевой) 4,0 0,8 3,0
Нижний 3,0 0,2 2,0
Кодированное обозначение Xi X2 Хз
Верхний +1 + 1 +1
Основной (нулевой) 0 0 0
Нижний -1 -1 -1
Полученные результаты обработаны по стандартной методике с помощью пакета компьютерных программ Mathcad 2001 Professional, Excel 2003 и представлены в таблице 2.
Повторность опытов трехкратная, по 400 подач в каждой повторности. Таким
образом, в каждом опыте регистрировалось 1200 подач, что обеспечило высокую точность результатов исследования.
Точность опытов, т.е. относительная ошибка средней подачи семян, - от 1,19 до 2,04%.
Таблица 2
Подача семян кукурузы пневматическим высевающим аппаратом
избыточного давления
№ опыта Факторы Частости подач семян дозирующими элементами, % Числовые характеристики
Х1 Х2 Хэ а0 а1 а2 а3 а4 М, шт о,шт У,%
мм п,с-1 P, кПа
1 5,0 1,4 4,0 1,4 85,9 10,1 2,0 0,6 1,14 0,48 42
2 5,0 1,4 2,0 1,9 92,0 3,5 1,8 0,8 1,08 0,41 41
3 5,0 0,2 4,0 0,0 80,6 13,6 4,3 1,2 1,26 0,59 47
4 5,0 0,2 2,0 0,1 87,9 7,4 3,6 1,0 1,18 0,53 45
5 3,0 1,4 4,0 23,7 75,2 1,1 - - 0,77 0,44 57
6 3,0 1,4 2,0 39.8 58,9 1,3 - - 0,62 0,51 83
7 3,0 0,2 4,0 13.5 83,6 2.9 - - 0,89 0,39 44
8 3,0 0,2 2,0 20,0 77,8 2,2 - - 0,82 0,43 53
В результате обработки опытных модель процесса высева семян кукурузы в данных известным методом [3, 4, 5] была кодированном виде: построена статистическая математическая
у = 0,970 + 0,194Х - 0,067Х2 + 0,048Х3 + 0,015ХХ2 - 0,010ХХ3 + + 0,009Х2Х3 - 0,013ХХ2Х3.
Это уравнение регрессии
устанавливает зависимость между параметром оптимизации у
(математическим ожиданием М подачи семян дозирующими элементами), диаметром отверстий ё в дозирующих элементах высевающего диска Ху, частотой вращения п высевающего диска Х2 и величиной избыточного давления р в семенной камере Х^.
С помощью критерия Кохрена была проведена оценка однородности дисперсий [2]. С помощью критерия Стьюдента проверена гипотеза о значимости
коэффициентов уравнения регрессий [2, 6]. Все коэффициенты регрессии значимы. Адекватность модели с 95% доверительной вероятностью определена по критерию Фишера. При этом расчетное значение критерия Фишера составило 4,39, а табличное - 4,5. Следовательно, модель адекватна.
При помощи адекватной
математической модели, геометрической интерпретацией которой является поверхность отклика, были составлены в кодированном и в натуральном виде уравнения сечений поверхности отклика.
Уравнения сечений поверхности отклика в кодированном виде:
у = 0,970 - 0,067 X2 + 0,048 Х3 + 0,009 X2X3 (при Х1=0); (2)
У = 0,970 + 0,194 X1 + 0,048 X3 - 0,010 X1X3 (при Х2=0); (3)
У = 0,970 + 0,194 X1 - 0,067 X2 + 0,015 X1X2 (при Хз=0). (4)
Уравнения поверхности отклика в натуральном виде:
М = 0,952 - 0,156п + 0,036р + 0,015пр (при ¿=4,0 мм); (5) М = -0,071 + 0,225d + 0,089р - 0,0Шр (при и=0,8 с-1); (6) М = 0,362 + 0,174d - 0,209« - 0,024dn (при р=3,0 кПа). (7) Изолинии сечений поверхности дозирующими элементами высевающего отклика - одинакового математического диска, построенные по уравнениям 2, 3 и ожидания подачи семян кукурузы 4, представлены на рисунках 1, 2 и 3.
Диаметр отверстий в дозирующих элементах
Рис. 1. Изолинии математического ожидания подачи семян кукурузы дозирующими элементами при постоянном избыточном давлении в семенной камере высевающего аппарата р = 3 кПА (Х3 = 0)
Диаметр отверстий в дозирующих элементах
Рис. 2. Изолинии математического ожидания подачи семян кукурузы дозирующими элементами при постоянной частоте вращения высевающего диска
п = 0,8 с-1 (Х2 = 0)
Частота вращения высевающего диска
Рис. 3. Изолинии математического ожидания подачи семян кукурузы дозирующими элементами при постоянном диаметре отверстий в дозирующих элементах высевающего диска ё = 4,0 мм (Х1 = 0)
Анализ уравнений позволяет сделать следующие выводы:
- при увеличении частоты вращения высевающего диска от 0,2 с-1 до 1,4 с-1 математическое ожидание подачи семян дозирующими элементами аппарата уменьшается;
- при увеличении избыточного давления в семенной камере высевающего аппарата от 2,0 кПа до 4,0 кПа математическое ожидание подачи дозирующими элементами увеличивается;
- при увеличении диаметра отверстий в дозирующих элементах высевающего диска от 3,0 мм до 5,0 мм математическое ожидание подачи увеличивается;
- из трех факторов в исследуемых пределах наибольшее влияние на математическое ожидание подачи семян кукурузы оказывает диаметр дозирующих элементов высевающего диска,
наименьшее - избыточное давление в аппарате;
- при одновременном увеличении диаметра дозирующих элементов и частоты вращения высевающего диска пропорционально их интервалам варьирования математическое ожидание подачи семян увеличивается;
- при одновременном увеличении диаметра дозирующих элементов и избыточного давления в семенной камере аппарата пропорционально их интервалам варьирования математическое ожидание подачи семян увеличивается;
- при одновременном увеличении частоты вращения высевающего диска и избыточного давления в семенной камере аппарата пропорционально их интервалам варьирования математическое ожидание подачи семян уменьшается незначительно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вавилов, П.П. Растениеводство [Текст] / П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др. - М.: Агропромиздат, 1986. - 512 с.
2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
3. Хижняк, В.И. Экспериментальное исследование пневматического высевающего аппарата избыточного давления [Текст] / В.И. Хижняк // Механика дискретных сред: межвуз. сб. науч. тр. - Зерноград, 2002. - С. 105-109.
4. Лобачевская, Н.П. Закономерности подачи семян клещевины аппаратом пневматической сеялки [Текст] / Н.П. Лобачевская; Азово-Черномор. гос. агроинж. акад. -Зерноград, 2000. - 17 с. - Деп. в ВИНИТИ 26.04.2000; № 1215-В2000.
5. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях [Текст] / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. -288 с.
6. Ермольев, Ю.И. Основы научных исследований в сельскохозяйственном машиностроении [Текст] / Ю.И. Ермольев. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003. - 243 с.
