CC BY
21
05.20.01 УДК 631.319.2
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОФИЛЕОБРАЗУЮЩЕГО КАТКА ДЛЯ ГРЕБНЕВОГО ПОСЕВА ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР
© 2017
Дмитрий Александрович Молодченков, аспирант
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: основным назначением профилеобразующего катка для посева пропашных культур является создание оптимальных условий для развития растений, т. е. формирование гребня заданных параметров, создание оптимальной плотности почвы посевного ложа, образование мелкокомковатой структуры верхнего слоя для минимизации процесса испарения влаги. Целью проводимого исследования является подтверждение теоретического обоснования конструктивно-технологических параметров профилеобразующего катка для гребневого посева пропашных культур.
Материалы и методы: для проведения исследования был использован почвенный канал, оборудованный тяговой подстанцией и передвижной тележкой. Исходя из назначения катка, в качестве главного критерия оптимизации была выбрана плотность почвы в зоне расположения семян, а также в качестве «ограничивающих» критериев - ширина верхнего основания гребня, ширина нижнего основания и высота гребня. Для определения оптимальных параметров профилеобразующего катка и выявления их взаимного влияния на рабочий процесс формирования и уплотнения гребня проведено планирование эксперимента.
Результаты: в результате анализа данных эксперимента получены уравнения регрессии с высокой степенью точности, описывающие влияние исследуемых факторов на критерии оптимизации.
Обсуждение: таким образом, для почвообрабатывающих катков данной конструкции можно рекомендовать следующие параметры работы: скорость движения 5,5 км/ч, предварительное натяжение пружины 156 Н, смещение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков 0,02 м.
Заключение: результаты ряда экспериментов, проведенных с вышеполученными параметрами профилеобразую-щего катка, показали высокий уровень совпадения данных с предсказанными значениями уравнениями регрессии, что также свидетельствует об их адекватности. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что исследованная конструкция профилеобразующего катка способна обеспечить качественную подготовку почвы для гребневого возделывания пропашных культур.
Ключевые слова: верхнее основание гребня, влажность, высота гребня, гребень, почва, критерии оптимизации, нижнее основание гребня, план эксперимента, плотность почвы, посевное ложе, почвенный канал, про-филеобразующий каток, скорость, сферический диск, уравнение регрессии, усилие натяжения пружины, факторы.
Для цитирования: Молодченков Д. А. Результаты экспериментальных исследований профилеобразующего катка для гребневого посева пропашных культур // Вестник НГИЭИ. 2018. № 9 (88). С. 114-127.
THE RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEACHES OF A PROFILEBASE RINK FOR ROWING OF TILLED CROPS
© 2017
Dmitry Aleksandrovich Molodchenkov, the postgraduate student
Nizhny Novgorod state engineering-economic nuniversity, Knyaginino (Russia)
Abstract
Introduction: the main purpose of the profile-forming roller for the cultivation of tilled crops is to create optimal conditions for the development of plants, to be more precise formation of a crest of given parameters, creation of an optimum soil density of a seedbed, formation of a fine-clad structure of the upper layer to minimize the evaporation of moisture. The purpose of the study is to confirm the theoretical justification of the structural and technological parameters of the profile forming roller for combing of row crops.
Materials and methods: a soil channel equipped with a traction substation and a mobile trolley was used for the study. Based on the purpose of the rink, the soil density in the seed location was chosen as the main optimization crite-
Вестник НГИЭИ. 2018. № 9 (88)
rion, and also the width of the upper base of the ridge, the width of the lower base and the height of the ridge as 'limiting' criteria. To determine the optimal parameters of the profile-forming roller and to reveal their mutual influence on the working process of formation and compaction of the ridge, an experiment was planned. Results: as a result of the analysis of experimental data, regression equations with a high degree of accuracy are described that describe the influence of the factors studied on the optimization criteria.
Discussion: thus, for the soil-processing rollers of this design, the following working parameters can be recommended: speed of 5.5 km/h, preliminary tension of the spring 156 N, without displacement of the rolling roller with respect to the axis of symmetry of the spherical disks.
Conclusion: the results of a number of experiments carried out with the above parameters of the profile forming roller showed a high level of coincidence of the data with the predicted values by regression equations, which also indicates their adequacy.
On the basis of the obtained results, it can be concluded that the investigated design of the profile-forming roller is capable of providing high-quality soil preparation for row crop cultivation of row crops.
Keywords: top basis of a crest, humidity, crest height, crest, ground, optimization criteria, lower basis of a crest, experiment plan, soil density, sowing bed, soil channel, profileobrazuyushchy skating rink, speed, spherical disk, regression equation, force of a tension of a spring, factors.
For citation: Molodchenkov D. A. The results of experimental reseaches of a profilebase rink for rowing of tilled crops // Bulletin NGIEI. 2018. № 9 (88). P. 114-127.
Введение
Основным назначением профилеобразующего катка для посева пропашных культур является создание оптимальных условий для развития растений, т. е. формирование гребня заданных параметров, создание оптимальной плотности почвы посевного ложа [1, а 1; 2, с. 6], образование мелкокомковатой структуры верхнего слоя для минимизации процесса испарения влаги [3, с. 9; 4, с. 19].
Целью проводимого исследования является подтверждение теоретического обоснования конструктивно-технологических параметров профилеоб-разующего катка для гребневого посева пропашных культур [5, с. 1].
Материалы и методы
Экспериментальное орудие было изготовлено из стандартных деталей сельскохозяйственных машин. Также были изготовлены нестандартные элементы и узлы. Рама и элементы жесткости почвообрабатывающего орудия изготовлены из металлопроката.
Экспериментальное орудие (рис. 1) состоит из рамы 1, на продольных балках которой с помощью болтов закреплены корпуса 2 с запрессованными в них подшипниками, в подшипники установлены валы 3, на нижних концах валов со смещением закреплены оси. На осях установлены ступицы с закрепленными сферическими дисками 4. Сферические диски установлены выпуклостью к оси симметрии катка и имеют возможность изменять угол к направлению движения (угол атаки) посредством поворота совместно с валом 3, для симметричного изменения угла направления движения обоих дис-
ков на верхних концах валов посредством шпонки закреплены рычаги 5, которые через шарнирное соединение передают усилие, создаваемое дисками при движении на тягу 6. Уплотнение центральной части гребня осуществляется прикатывающим роликом 7, закрепленным на раме посредством установки поводка в кронштейн 8, который позволяет регулировать положение ролика в вертикальном и горизонтальном направлении. Угол к направлению движения сферических дисков во время работы регулируется пружиной 9, один конец которой закреплен на тяге, а второй через регулировочный болт 10 - к поперечной балке.
Рис. 1. Общий вид экспериментального орудия Fig. 1. General view of the experimental instrument
Для проведения исследования был использован почвенный канал, оборудованный тяговой подстанцией и передвижной тележкой (рис. 2).
Рис. 2. Почвенный канал межкафедральной лаборатории Казанского ГАУ: 1 - тележка; 2 - трос; 3 - барабан; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель; 6 - частотный преобразователь
Fig. 2. Soil channel of the Kazan GAU laboratory: 1 -trolley, 2 -rope, 3 -drum, 4 -reducer, 5 -electric motor, 6 -frequency converter
Привод тяговой лебедки осуществлялся от электродвигателя переменного тока, подключенного через частотный преобразователь, коробку передач, что обеспечило широкий диапазон поступательных скоростей передвижной тележки.
Определение скорости перемещения тележки проводили путем регистрации времени прохождения контрольного участка с помощью секундомера СДСпр-1-2-000 и контрольных флажков.
Методика определения физико-механических свойств почвы Перед каждым опытом определяли физико-механические свойства почвы и поддерживали их на одном уровне в течение всей серии экспериментов.
Влажность почвы во время экспериментов поддерживали в пределах 20.. .24 %. Свойства почвы определяли согласно действующих ГОСТов и утвержденных методик [6, с. 3]. Заранее до начала экспериментов почву увлажняли и рыхлили на глубину 20 см. После каждого прохода профилеобразующего катка вновь проводили рыхление и выравнивание почвы.
Во время проведения лабораторных исследований в почвенном канале для взятия проб, с целью послойного определения влажности и плотности почвы в гребне почвы, использовали специально изготовленное приспособление (рис. 3).
Рис. 3. Приспособление для послойного взятия проб почвы Fig. 3. The device for layerwise sampling of soil
Приспособление для послойного определения плотности и влажности почвы состоит из тонкостенного цилиндра, внутри которого при помощи штока свободно перемещается поршень, на штоке с целью определения глубины погружения нанесена
разметка. Для фиксации штока вовремя взятия проб предусмотрен зажимной винт.
Для взятия пробы приспособление вертикально погружали в почву, одновременно по отметкам на штоке контролируя глубину погружения. После
достижения требуемой глубины погружение прекращали, а шток фиксировали зажимным винтом. Затем при помощи лопатки очищали почву вокруг приспособления и ниже его во избежание выпадения почвы при извлечении. После извлечения излишнюю почву удаляли, затем, ослабив фиксирующий винт при помощи незначительного усилия, извлекали слой почвы через каждые 2 см и помещали ее в весовые алюминиевые стаканчики. После стаканчики закрывали и отправляли в лабораторию для взвешивания и высушивания. Затем по весу абсолютно сухой почвы рассчитывали ее плотность по следующей формуле:
р = m/V, (1)
где т - вес абсолютно сухой пробы почвы, кг; V -объем образца взятой почвы, м3.
Плотность почвы контролировали до и после формирования гребней в шестикратной повторно-сти.
Влажность почвы определяется по ГОСТу 28268-89 [7, с. 3]. Для этого пробы почвы вместе со стаканчиками и крышками взвешивали и помещали в сушильный шкаф, где выдерживали при температуре 105±5° в течение семи часов до достижения постоянной массы. Затем закрывали стаканчики крышками и проводили взвешивание на весах ВЛТК-2000 с погрешностью ± 0,1 г.
Содержание влаги в почве Ж в процентах определяли по выражению:
= ш, - то . ^ (2)
т0 - т
где Ш\ - масса стаканчика и крышки с влажной почвой, г; т0 - масса сухой почвы со стаканчиком, г; т - масса пустого стаканчика с крышкой, г.
Параметры полученных после прохода катка гребней определяли с помощью миллиметровой бумаги, зафиксированной на щите, и аэрозольного распылителя с краской (рис. 4).
Рис. 4. Фиксирование профиля гребня Fig. 4. Fixation of the crest profile
После извлечения щита и высыхания краски измеряли полученные отпечатки линейкой с ценой деления 1 мм.
Методика определения усилия предварительного натяжения пружины В изготовленном орудии пружина имеет первоочередное значение, так как от нее зависит угол, при котором в процессе движения будут находиться сферические диски, а следственно, и объем почвы, сгребаемый в гребень, также пружина является «предохранительным механизмом», который позво-
лит сглаживать влияние неровностей на процесс формирования гребня.
С целью ускорения процесса настройки катка во время проведения эксперимента было принято решение построить тарировочный график зависимости растяжения пружины от прилагаемого усилия. Для этих целей применяли электронный динамометр с пределом измерения 5 000 Н.
Исследования зависимости величины растяжения пружины от прилагаемой нагрузки осуществляли следующим образом. Один конец пружины
крепили к электронному динамометру, а к другому прикладывали нагрузку с помощью резьбовой растяжки, длину пружины измеряли с помощью штангенциркуля с ценой деления 0,1 мм. Измерение величины удлинения пружины производили через равные интервалы нагружения. Для получения достоверных результатов испытания проводили в трехкратной повторности, после чего строили график зависимости растяжения пружины от прилагаемого усилия.
В процессе эксперимента на основе уже полученного графика проводили подбор оптимальных значений предварительного натяжения пружины, интервалы и уровни варьирования.
Выбор и обоснование параметра оптимизации
Роль профилеоборазующего катка в составе посевного агрегата, как сказано ранее, заключается в формировании гребня почвы требуемых размеров и его оптимальной структуры, т. е. обеспечить требуемую плотность почвы в зоне расположения семян, а также создать мелкокомковатую структуру на поверхности гребня для предотвращения чрезмерного иссушения почвы. Исходя из этого, в качестве главного критерия оптимизации была выбрана плотность почвы в зоне расположения семян у, а также в качестве «ограничивающих» критериев ширина верхнего основания гребня у , ширина
нижнего основания у и высота гребня у .
Анализ априорной информации показал, что оптимальная плотность почвы в зоне расположения семян должна находиться в пределах 1 200-1 250 кг/м3 [8, с. 17; 9, с. 40; 10, с. 17; 11, с. 16; 12, с. 6] только в
этом случае будет достаточный контакт между семенем и почвой, что обеспечит их скорейшее прорастание. Плотность почвы над семенем должна соответствовать плотности почвы при предпосевной обработки 900-1 000 кг/м3 [13, с. 19; 14 с. 3].
Для определения оптимальных размеров гребня необходимо учитывать характер распространения корневой системы в почве в зависимости от возраста растений. Корневая система кукурузы распространяется в диаметре одного метра вокруг стебля, причем основная ее часть развивается близко к поверхности почвы, что создает большую опасность при уходе пропашными агрегатами. Для исключения возможности сильного травмирования растений в зависимости от их возраста рекомендуется соблюдать минимальные защитные зоны, которые составляют в фазе 4-5 листьев 5 см, а с выходом в фазу 12-14 листьев ее рекомендуют не менее 10-15 см. Оптимальная глубина при проведении междурядной обработки должна быть на 1-2 см ниже глубины залегания семян, но не более 10 см, в этом случае повреждение корней растения находится на минимальном уровне [15 с. 23; 16 с. 19; 17, с. 18; 18, с. 17].
Исходя из биологических особенностей корневой системы кукурузы, можно сформулировать требования к размерам гребня (рис. 5). При оптимальной глубине заделки 5-6 см оптимальная высота гребня 8 см, ширина верхнего основания должна обеспечивать минимальную защитную зону и должна быть не менее 10 см, ширина нижнего основания соответственно должна обеспечивать максимальную защитную зону в 15 см и тем самым быть не менее 30 см.
b
Рис. 5. Схема к определению оптимальных параметров гребня: Hg - высота гребня; а - ширина верхнего основания; b - ширина нижнего основания; X - угол естественного откоса почвы; ho - глубина предпосевной обработки; Ho - глубина основной обработки Fig. 5. Scheme to determine the optimal parameters of the crest: Hg - Height of a crest; а - the width of the upper grounds of a crest; b - the width of the lower base of a crest; X - angle of repose of the soil; ho - depth of presowing treatment; Ho -Depth of the basic processing
Методика лабораторных исследований качества работы профилеобразующего катка
Для определения оптимальных параметров профилеобразующего катка и выявления их взаимного влияния на рабочий процесс формирования и уплотнения гребня проведено планирование эксперимента (табл. 1). Исследовали влияние следующих факторов: усилие натяжения пружины, положение
прикатывающего ролика по горизонтали, скорость движения агрегата (табл. 2) на плотность почвы в зоне расположения семян, а также параметры формируемого гребня (ширина верхнего и нижнего основания, высота).
Эксперимент проводили по плану Бокса-Бенкина второго порядка в трехкратной повторно-сти каждого опыта [19, с. 45].
Таблица 1. Матрица планирования факторного эксперимента Table 1. Matrix planning experiment
Уровень варьирования / Variation level Варьируемые ( )акторы/ Variable factors
Скорость движения агрегата/ Speed of movement of the unit, м/с Усилие натяжения пружины/ Force of a tension of a spring, Н Смещение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков/ The position of the sealing roller with respect to the axis of symmetry of the spherical disks, м
Верхний/ top (+1) Нижний/ lower (-1) Основной/ base (0) Интервал варьирования/ Interval of a variation, Axi Кодовые обозначения/ Code designations
2,1 1,1 1,6
0,5 X!
320 60 190
130 X,
0,03 0,01 0,02
0,01 Хз
Для выявления интервалов варьирования факторов были проведены ряд поисковых экспериментов, в результате которых было выявлено, что при скорости свыше 2,1 м/с вне зависимости от усилия натяжения пружины происходит чрезмерный отброс почвы сферическими дисками, вследствие чего гребень принимает форму пирамиды с острой вершиной, которая не соответствует требованиям, определенным ранее. При снижении скорости ниже 1,1 м/с наблюдался противоположный эффект, в результате которого формировался гребень малой высоты, плотность почвы в котором была близка к исходной. Исходя из этого, данные скорости были выбраны в качестве интервалов варьирования фактора х1.
При определении предварительного усилия натяжения пружины (фактор х2) исходили из принятого интервала скоростей, так при предварительном усилии более 320 Н угол атаки сферических дисков всегда был максимальный и ограничивался лишь конструкцией катка, из-за чего объем почвы, подаваемый в зону уплотнения, не мог изменяться в зависимости от почвенных условий. В случае, когда предварительное натяжение пружины было менее 60 Н, профилеобразующий каток формировал некачественный гребень, особенно на скорости 2,1 м/с, что объясняется малым объемом почвы, сгребаемой сферическими дисками из-за уменьшения угла атаки вследствие возрастающего сопротивления почвы.
Интервалы варьирования фактора х3 определяли исходя из того, что прикатывающий ролик при смещении более чем на 30 мм от оси симметрии сферических дисков в направлении, противоположном направлению движения, препятствовал «укрытию» сформированного гребня рыхлым слоем почвы сферическими дисками. Смещение прикатывающего ролика на величину менее 10 мм приводило к тому, что зона расположения семян оказывалась не уплотненной в независимости от остальных изменяемых режимов работы катка.
Результаты Результаты исследований по определению
зависимостей плотности почвы в гребне от изменяемых параметров катка После определения коэффициентов регрессии и исключения незначимых факторов получена модель при 93 % доверительной вероятности: У1 = 1233,31 + 42,125х1 + 63,0х2 -—71,375х3 - 141,288х| + 33,9615х32. (3) Оценка значимости эффектов проводилась по критерию р [20, с. 23]. Она показала, что значения р, большие 0,05, имеют следующие эффекты: хь х2, Х3 х2 х2 и х^хз. Наибольшую значимость имеет эффект х2 х2 (¿22 = -141,228).
Степень достоверности аппроксимации полученного уравнения регрессии Я2 составила 93,6 %, а статистика Дарбина-Уотсона DW = 1,96,
что свидетельствует об адекватности полученной модели. На основании полученной модели регрессии построены поверхности отклика, характери-
зующие влияние исследуемых факторов на критерий работы профилеобразующего катка при фиксации третьего фактора на нулевом уровне (рис. 6).
Рис. 6. Поверхности отклика, характеризующие влияние на критерий оптимизации y (плотность почвы в зоне расположения семян) факторов: x1 - скорость движения агрегата; x2 - усилие натяжения пружины; x3 - положение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков
Fig. 6. Response surfaces characterizing the effect of factors on the optimization criterion y
(soil density in the seed location): x1 -Speed of movement of a skating rin; x2 - force of a tension of a spring; x3 - position of the sealing roller with respect to the symmetry axis of the spherical discs
Форма полученных поверхностей отклика показывает, что увеличение скорости движения агрегата влечет повышение критерия - уплотнение почвы, противоположный эффект вызывает увеличение величины смещения прикатывающего ролика, увеличение усилия натяжения пружины оказывает неоднозначное влияние на плотность почвы, так превышение усилия в 219 Н начинает отрицательно сказывается на уплотнении почвы.
Результаты исследований по определению зависимостей параметров гребня
(ширина верхнего основания) от изменяемых параметров катка После определения коэффициентов регрессии и исключения незначимых факторов получена модель при 96,4 % доверительной вероятности:
У2 = 106,0 - 29,0хх + 13,375х2 +.
6,375х3 - 20,75*2 - 33,75х|. (4)
Оценка значимости эффектов проводилась по критерию p. Она показала, что значения р, большие 0,05, имеют следующие эффекты: xl, X2, x3 X2 X2 и x3x3. Наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает эффект x3 x3 (Ь33 = -33,75).
Оценка адекватности модели регрессии проводилась по скорректированному коэффициенту детерминации R2, который равнялся 94,7 %. Таким образом, построенная модель может быть применима для описания изучаемого процесса.
На основании полученной модели регрессии построены поверхности отклика, характеризующие влияние исследуемых факторов на ширину верхнего основания формируемого гребня почвы (рис. 7).
Рис. 7. Поверхности отклика, характеризующие влияние на критерий оптимизации y2 (ширина верхнего основания гребня) факторов: Xj - скорость движения агрегата; x2 - усилие натяжения пружины; x3 - положение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков
Fig. 7. Response surfaces characterizing the effect of factors on the optimization criterion y
(the width of the upper grounds of a crest): xi -Speed of movement of a skating rin; x2 - force of a tension of a spring; x3 - position of the sealing roller with respect to the symmetry axis of the spherical discs
Проанализировав полученные поверхности, можно сделать вывод, что максимальная ширина верхнего основания гребня возможна при минимальных скоростях обработки и наоборот. Изменение усилия натяжения пружины и положения ролика оказывают практически одинаковый эффект на параметр оптимизации, с увеличением которых до определенного момента происходит увеличение изучаемого параметра, но при дальнейшем увеличении наблюдается противоположный эффект.
Результаты исследований по определению зависимостей параметров гребня
(ширина нижнего основания) от изменяемых параметров катка
После определения коэффициентов регрессии и исключения незначимых факторов получена модель при 86,6 % доверительной вероятности:
y3 = 307,143 + 11,25х^ +12,5х2 + 17,8571х2
2 (5)
Оценка значимости эффектов проводилась по критерию р. Она показала, что значения р, большие 0,05, имеют следующие эффекты: х1, х2, х2 х2 . Коэффициенты уравнения показывают примерно одинаковое влияние линейных членов х1 (скорость агрегата) и х2 (усилие натяжения пружины) на параметр оптимизации. Наибольшее влияние на параметр оптимизации оказывает нелинейный член уравнения - квадрат скорости движения агрегата (Ь11 =17,8571).
Оценка адекватности модели регрессии проводилась по скорректированному коэффициенту детерминации Я2, который равнялся 83 %. Таким образом построенная модель может быть применима для описания изучаемого процесса.
На основании полученной модели регрессии построены поверхности отклика, характеризующие влияние исследуемых факторов на ширину нижнего основания формируемого гребня почвы (рис. 8).
Х3=0,0 Х2=0,0
Рис. 8. Поверхности отклика, характеризующие влияние на критерий оптимизации y (ширина нижнего основания гребня) факторов: X1 - скорость движения агрегата; X2 - усилие натяжения пружины; X3 - положение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков Fig. 8. Response surfaces characterizing the effect of factors on the optimization criterion y
(the width of the lower base of a crest): x1 -Speed of movement of a skating rin; x2 -force of a tension of a spring; x3 - положение position of the sealing roller with respect to the symmetry axis of the spherical discs.
Анализ форм поверхностей отклика показывает прямолинейную зависимость ширины основания гребня от усилия натяжения пружины и полное отсутствие влияния на данный критерий оптимизации положения прикатывающего ролика. Изменение скорости работы агрегата оказывает неоднозначное действие на исследуемый параметр в большей степени увеличение скорости приводит к увеличению ширины нижнего основания, данный факт можно объяснить тем, что с ростом скорости происходит более интенсивный отброс почвы сферическими дисками.
Результаты исследований по определению зависимостей параметров гребня (высота) от изменяемых параметров катка Высота гребня представляет более значимый параметр, поскольку от нее напрямую зависит глубина расположения семян в гребне, а впоследствии и корневой системы растения.
Для нахождения оптимальных настроек агрегата была проанализирована модель регрессии, описывающая влияние исследуемых факторов на высоту гребня.
у4 = 80,8571 + 6,875х1 + 3? 375х3 + 10? 5179х32. (6)
Оценка влияния эффектов проводилась по критерию p при 5 % уровне значимости. Она показала, что значимыми являются следующие эффекты: Xl, Xз, Xз Xз. Коэффициенты уравнения показывают, что наибольшее влияние на исследуемый параметр оказывает нелинейный член (Ь33 = 10,5179), также можно заметить, что все эффекты оказывают положительное влияние на критерий оптимизации.
Оценка адекватности модели регрессии проводилась по скорректированному коэффициенту детерминации R2, который равнялся 86,8 %. Анализ автокорреляции в остатках проводили с помощью критерия Дарбина-Уотсона, который составляет DW = 2,23, что говорит об отсутствии автокорреляции в остатках. Таким образом построенная модель может быть применима для описания изучаемого процесса.
На основании полученной модели регрессии построены поверхности отклика, характеризующие влияние исследуемых факторов на высоту формируемого гребня почвы (рис. 9).
Рис. 9. Поверхности отклика, характеризующие влияние на критерий оптимизации y (высота гребня) факторов: Xi - скорость движения агрегата; x2 - усилие натяжения пружины; x3 - положение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков
Fig. 9. Response surfaces characterizing the effect of factors on the optimization criterion y4 (Height of a crest): x1 - Speed of movement of a skating rin; x2 -force of a tension of a spring; x3 - position of the sealing roller with respect to the symmetry axis of the spherical discs
Полученные формы поверхностей отклика показывают, что увеличение параметра скорости и положение прикатывающего ролика приводит к увеличению высоты гребня, изменение усилия натяжения пружины не оказывает на параметр оптимизации существенного влияния. Увеличение высоты гребня от увеличения скорости объясняется усилением отброса почвы сферическими дисками за прикатывающим роликом.
Анализ полученных математических моделей и поверхностей откликов показал сложность и неоднозначность процесса формирования гребня с необходимыми параметрами, поскольку факторы, значимые для одного критерия, могут быть совершенно незначимыми для другого критерия оптимизации. Исходя из этого, оптимальные значения исследуемых факторов определяли наложением друг на друга двумерных сечений поверхностей откликов (рисунок 5).
В результате анализа графиков основных эффектов, было выявлено что фактор х3 (положение
прикатывающего ролика) при нахождении на основном уровне оказывает воздействия на критерий оптимизации близкие к оптимальным, вследствие чего при наложении двухмерных сечений было принято решение зафиксировать фактор х3 на основном уровне и вести поиск оптимальных значений для факторов х1 и х2.
При поиске оптимальных значений в первую очередь исходили из того, что плотность почвы и высота гребня имеют первоочередное значение на условия произрастания растений, а следовательно, на будущую урожайность.
Проанализировав двумерные сечения (рис. 10), определили оптимальные параметры профилеобра-зующего катка: х1 = - 0,125, х2 = - 0,26, х3 = 0.
Необходимо отметить, что плотность почвы над семенным ложем в процессе всех экспериментов находилась в рыхлом состоянии в независимости от изменяемых параметров, что также подтверждает рациональность исследованной конструкции.
Рис. 10. График наложения двумерных сечений поверхностей откликов Fig. 10. Graph of the overlap of two-dimensional sections of the response surfaces:
плотность почвы/ soil density, кг/м1:
----ширина верхнего основания гребня/ the width of the upper grounds of a crest, см;
---- ширина нижнего основания гребня/ the width of the lower base of a crest, см;
-- высота гребня/ Height of a crest, см.
Обсуждение
Таким образом, для почвообрабатывающих катков данной конструкции можно рекомендовать следующие параметры работы: скорость движения -5,5 км/ч, предварительное натяжение пружины -156 Н, смещение прикатывающего ролика относительно оси симметрии сферических дисков - 0,02 м.
С учетом полученных параметров плотность почвы в зоне расположения семян должна составить у1 = 1 200 кг/м3, ширина верхнего основания у2 = 105 мм, ширина нижнего основания у3 = 303 мм, высота гребня у4 = 80 мм, что соответствует выше-обозначенным требованиям.
Заключение
Результаты ряда экспериментов, проведенных с вышеполученными параметрами профилеобра-зующего катка, показали высокий уровень совпадения данных с предсказанными значениями уравнениями регрессии, что также свидетельствует об их адекватности.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что исследованная конструкция профилеобразующего катка способна обеспечить качественную подготовку почвы для гребневого возделывания пропашных культур.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Косолапов В. В. Результаты экспериментальных исследований посевной секции с опытной сошниковой группой // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 2. С. 106-111.
2. Каноков Т. Б. Параметры и режимы работы комбинированного почвообрабатывающего агрегата : автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.20.01. Нальчик, 2007. 23 с.
3. Падальцин К. Д., Снижение энергозатрат и повышение качественных показателей поверхностной обработки почвы комбинированием рабочих органов культиватора : дис. ... канд. техн. наук. Ставрополь, 2015. 128 с.
4. Добрынин Ю. М., Повышение влагосбережения почвы совершенствованием орудия для мелкой мульчирующей обработки: автореферат дис. ... кандидата технических наук. Пенза, 2012. 20 с.
5. Лисунов Е. А., Молодченков Д. А. Пат. 172 060 Российская федерация, МПК A01B 29/04 (2006.01). Профилеобразующий каток; заявитель и патентообладатель Д. А. Молодченков. № 2016134164; заявл. 19.08.16; опубл. 28.06.17, Бюл. № 19.
6. ГОСТ 20915-2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. М. : Стандартинформ, 2013. 35 с.
7. ГОСТ 28268-89. Метод определения влажности. Взамен ГОСТ 12041-82; Введ.01.01.89 г. М. : Изд-во стандартов, 1989. 4 с.
8. Цапенко Ю. Я. Исследование процесса прикатывания почвы катками сеялок : дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 1967. 175 с.
9. Зыкин Е. С. Разработка и обоснование технологии и средств механизации гребневого возделывания пропашных культур : дис. ... д-ра техн. наук. Ульяновск, 2017. 372 с.
10. Голубев В. В. Обоснование параметров и режимов работы почвообрабатывающего катка для предпосевной обработки почвы под мелкосеменные культуры : автореф. дис. ... кандидата технических наук. М., 2004. 20 с.
11. Новицкий А. С. Совершенствование процесса сева зерновых комбинированным сошником на базе стрельчатой лапы : автореферат дис. ... кандидата технических наук. Воронеж. гос. аграр. ун-т им. К. Д. Глинки. Воронеж, 2007. 19 с.
12. Загинайлов А. В. Совершенствование технологии возделывания кукурузы в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России: автореф. дис. ... канд с.-х. наук. М., 2011. 20 с.
13. Жуков С. П. Оптимизация ленточно-гребневого способа посева яровой пшеницы по предшественникам и нормам высева в условиях Приобья Алтая : автореферат дис. ... кандидата сельскохозяйственных наук. Барнаул, 2008. 21 с.
14. Курдюмов В. И., Зыкин Е. С., Бирюков И. В. Экспериментальное обоснование режимов работы сошника гребневой сеялки // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 4 (24). С. 109-112.
15. Марченко Л. А., Изучение корневой системы кукурузы для обоснования приемов обработки почвы при уходе за ее посевами : автореф. дис. ... кандидата сельскохозяйственных наук. Харьков. 1963. 26 с.
16. Кабаков Н. С., Балашов В. М., Таратоненко В. И. и др. Гребневая технология и комплекс машин для возделывания кукурузы на силос. М. : ВИМ, 1990. 28 с.
17. Тихонов А. В. Влияние способов и глубины междурядной обработки почвы на развитие корневой системы и урожай кукурузы на юге степи Украины : автореферат дис. ... кандидата сельскохозяйственных наук. Одесса, 1966. 30 с.
18. Кротенко И. П. Влияние основной и междурядной обработки почвы на развитие корневой системы и урожай кукурузы в условиях Львовской области : автореферат дис. ... кандидата сельскохозяйственных наук. Одесса, 1967. 26 с.
19. Летягин И. Ю. Математическое моделирование и основы научных исследований в сварке : учеб. пособие. Ч. 1. Статистическая обработка и планирование эксперимента. Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. поли-техн. ун-та, 2014. 140 с.
20. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М. : Машиностроение, 1981. 184 с.
Дата поступления статьи в редакцию 11.06.2018, принята к публикации 20.07.2018.
Информация об авторе: Молодченков Дмитрий Александрович, аспирант
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, 22а
E-mail: dmitry.boldino@yandex.ru
Spin-код: 8316-6842
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Kosolapov V. V. Rezul'taty eksperimental'nyh issledovanij posevnoj sekcii s opytnoj soshnikovoj gruppoj [The results of experimental research of experimental planting section], Vestnik Ul'yanovskoj gosudarstvennoj sel'sko-hozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk state agricultural Academy], 2013, No. 2. pp. 106-111.
2. Kanokov T. B. Parametry i rezhimy raboty kombinirovannogo pochvoobrabatyvayushchego agregata [Parameters and operating modes of the combined soil treatment unit. Ph. D. (Engineering) thesis], Nal'chik, 2007, 23 p.
3. Padal'cin, K. D. Snizhenie ehnergozatrat i povyshenie kachestvennyh pokazatelej poverhnostnoj obrabotki pochvy kombinirovaniem rabochih organov kul'tivatora [Reducing energy costs and improving the quality of surface treatment of soil by combining cultivator working elements. Ph. D. (Engineering) diss.], Stavropol', 2015, 128 p.
4. Dobrynin Yu. M. Povyshenie vlagosberezheniya pochvy sovershenstvovaniem orudiya dlya melkoj mul'chi-ruyushchej obrabotki [Improving soil moisture conservation by improving the tools for fine mulching processing. Ph. D. (Engineering) thesis], Penza, 2012, 20 p.
5. Lisunov E. A., Molodchenkov D. A. Profileobrazuyushchij katok [Profile-forming roller]. Patent RF, No. 172 060, 2017.
6. GOST 20915-2011. Ispytaniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki. Metody opredeleniya uslovij ispytanij [Tests of agricultural machinery. Methods for determining test conditions], Moscow, Standartinform, 2013, 35 p.
7. GOST 28268-89. Metod opredeleniya vlazhnosti [Method for determination of humidity], Moscow, Publ. standartov, 1989, 4 p.
8. Capenko Yu. Ya. Issledovanie processa prikatyvaniya pochvy katkami seyalok [Research of process of a prikatyvaniye of the soil skating rinks of seeders. Ph. D. (Engineering) diss.], Zernograd, 1967, 175 p.
9. Zykin E.S. Razrabotka i obosnovanie tekhnologii i sredstv mekhanizacii grebnevogo vozdelyvaniya pro-pashnyh kul'tur [Development and justification of technology and means of mechanization of rowing cultivation of tilled crops. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Ul'yanovsk, 2017, 372 p.
10. Golubev V. V. Obosnovanie parametrov i rezhimov raboty pochvoobrabatyvayushchego katka dlya pred-posevnoj obrabotki pochvy pod melkosemennye kul'tury [Justification settings and modes of operation of the rink for preseeding processing ground under small-seeded crops. Ph. D. (Engineering) thesis], Moscow, 2004, 20 p.
11. Novickij A. S. Sovershenstvovanie processa seva zernovyh kombinirovannym soshnikom na baze strel'cha-toj lapy [Improving the process of sowing cereals combined opener on the basis of Lancet paws. Ph. D. (Engineering) thesis], Voronezh, 2007, 19 p.
12. Zaginajlov A. V. Sovershenstvovanie tekhnologii vozdelyvaniya kukuruzy v usloviyah Central'nogo rajona Nechernozemnoj zony Rossii [Improvement of technology of cultivation of corn in the conditions of the Central district of the Nonchernozem zone of Russia. Ph. D. (Agriculture) thesis], Moscow, 2011, 20 p.
13. Zhukov S. P. Optimizaciya lentochno-grebnevogo sposoba poseva yarovoj pshenicy po predshestvennikam i normam vyseva v usloviyah Priob'ya Altaya [Optimization of the ribbon-crestal method of sowing spring wheat by predecessors and seeding rates in the conditions of Priobye Altai. Ph. D. (Agriculture) thesis], Barnaul, 2008, 21 p.
14. Kurdyumov V. I., Zykin E. S., Biryukov I. V. Eksperimental'noe obosnovanie rezhimov raboty soshnika grebnevoj seyalki [Experimental substantiation of operation modes of the vomer combed seeders], Vestnik Ul'yanovskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk state agricultural Academy], 2013, No. 4 (24), pp. 109-112
15. Marchenko L. A. Izuchenie kornevoj sistemy kukuruzy dlya obosnovaniya priemov obrabotki pochvy pri uhode za ee posevami [The study of the root system of maize for the justification of methods of tillage in the care of its crops. Ph. D. (Agriculture) thesis], Har'kov, 1963, 26 p.
16. Kabakov N. S., Balashov V. M., Taratonenko V. I. Grebnevaya tekhnologiya i kompleks mashin dlya voz-delyvaniya kukuruzy na silos [Cultivation of corn on the ridges and a complex of machines for cultivating corn for silage], Moscow, VIM, 1990, 28 p.
17. Tihonov A. V. Vliyanie sposobov i glubiny mezhduryadnoj obrabotki pochvy na razvitie kornevoj sistemy i urozhaj kukuruzy na yuge stepi Ukrainy [Influence of methods and depth of inter-row cultivation of soil on the development of the root system and corn yield in the south of the steppe of Ukraine. Ph. D. (Agriculture) thesis], Odessa, 1966, 30 p.
18. Krotenko I. P. Vliyanie osnovnoj i mezhduryadnoj obrabotki pochvy na razvitie kornevoj sistemy i urozhaj kukuruzy v usloviyah L'vovskoj oblasti [Influence of the main and interrow cultivation of the soil on the development of the root system and maize yield in Lviv region. Ph. D. (Agriculture) thesis], Odessa, 1967, 26 p.
Вестник НГИЭИ. 2018. № 9 (88)
19. Letyagin I. Yu. Matematicheskoe modelirovanie i osnovy nauchnyh issledovanij v svarke [Mathematical modeling and the fundamentals of scientific research in welding], ucheb. posobie. Part 1. Statisticheskaya obrabotka i planirovanie ehksperimenta, Perm', Publ. Perm. nac. issled. politekhn. un-ta, 2014, 140 р.
20. Spiridonov A. A. Planirovanie eksperimenta pri issledovanii tekhnologicheskih processov [Planning of the experiment in the study of technological processes], Moscow, Mashinostroenie, 1981, 184 р.
Submitted 11.06.2018, revised 20.07.2018.
Dmitrij A. Molodchenkov, the postgraduate student
Address: Nizhny Novgorod State engineering-economic university, 606340, Russia, Knyaginino,
Oktyabrskaya Street, 22a
E-mail: dmitry.boldino@yandex.ru
Spin-код: 8316-6842
Author have read and approved the final manuscript.
05.20.02 631.362.2
ВНЕДРЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ АПК ДОСТИЖЕНИЙ ВПК - ПУТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
© 2018
Николай Васильевич Оболенский, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующий кафедрой «Охрана труда и БЖД» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: потребность электротермического оборудования (ЭТО) в сельском хозяйстве все возрастает, поэтому требуется: восстановление его утраченных производств, а для уже разработанной и вновь создаваемой энергосберегающей техники - технологическое переоснащение выпускающих предприятий. Рассматривается перспективное ЭТО корабельного назначения, конструкции которого рекомендуются для освоения в серийном производстве и использования в качестве аналогов при создании и исследованиях ЭТО для сельскохозяйственных и пищевых производств.
Материалы и методы: при проведении исследований рекомендуются: литературные источники, отражающие конструкторский, исследовательский и практический опыт по созданию маломощного ЭТО (до 100 кВт), метод прогнозирования показателей надежности ЭН по произвольно задаваемым размерам и температурам исследуемых элементов. математические критерии надежности и модель нестационарной теплопроводности в ЭН, а также методы и способы повышения эффективности ЭТО.
Обсуждение: с аннулированием СКТБЭТ было прекращено производство многих изделий, пользовавшихся широким спросом, как то: чайные подарочные наборы, электросамовары, электрочайники, а некоторые вновь созданные, так и не были освоены. В частности, пищеварочные агрегаты АПЭН, прошедшие междуведомственные испытании и рекомендованные к серийному производству; подогреватели масла и топлива ПМЭТ; те-плоэлектровентилятор; электроконвекторы; нагреватели воздуха типа НВЭМ.
Результаты: полученные экспериментальные результаты выражены в виде выведенных эмпирических уравнений, в т. ч. критериального, для определения показателей надежности ЭН в целом и его структурных элементов, а также результаты интерпретированные в рамках модельных представлений о взаимосвязях потребляемой мощности, габаритов и температур как теплоотдающих поверхностей ЭТО, так и температур нагреваемых и окружающих сред. Практическое использование математических критериев надежности и модели нестационарной теплопроводности в ЭН, а также методов и способов повышения эффективности ЭТО обусловило научно-технический прогресс судовой электротермии, сельскохозяйственных и пищевых производств; внедрены конструкторско-технологические разработки, в том числе принципиально новые технические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами. Внедрению ЭТО на базе РЭН препятствовали: а) рассуждения о последствиях загрязнения, в частности, в подогревателе типа ПМТЭ межреберного пространства РЭН нерастворимыми в изопентане осадками нефтепродуктов, заключающихся в повышении
