CC BY
12
УДК 631.331
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КАТУШЕЧНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; А. В. Шуков, инженер; Т. Г. Федина, ст. преподаватель
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17
В статье дано описание лабораторной установки. Проведен многофакторный эксперимент для обоснования оптимальных значений конструктивно-режимных параметров катушечного аппарата.
Ключевые слова: высевающий аппарат, сеялка, многофакторный эксперимент, катушка с желобками, распределение семян.
Высевающий аппарат - один из наиболее ответственных рабочих органов сеялки. Он оказывает существенное влияние на формирование исходного потока семян с заданными параметрами. От того, как работает высевающий аппарат, зависит качество распределения семян по площади поля и урожайность сельскохозяйственных культур.
Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны отвечать следующим требованиям: не травмировать семенной материал, обеспечивать равномерный и устойчивый высев, универсальность, простоту настройки на норму высева и т. д.
Существующие высевающие аппараты не отвечают в полной мере этим требованиям, при работе они дают пульсирующие потоки семян, отчего равномерность распределения семян по площади рассева ухудшается.
В связи с этим на кафедре «Сельскохозяйственные машины» Пензенской ГСХА под руководством профессора Н. П. Ла-рюшина разработан и испытан высевающий аппарат зерновой сеялки, применение которого позволит повысить равномерность высева семян сельскохозяйственных культур и, как следствие, увеличить урожайность.
Качество распределения семян зависит от множества факторов. В связи с этим лабораторные исследования проводились с применением мето-
дики планирования многофакторного эксперимента на установке, смонтированной на почвенном канале ( рис. 1).
Исследуемая лабораторная установка состоит из бункера, высевающего аппарата, семяпровода, сошника.
Высевающий аппарат (рис. 2) содержит семенную коробку 6, высевающую катушку с желобками 1, розетку 2, муфту 7, клапан 4.
Снизу семенная коробка 6 перекрыта подпружиненным клапаном 4, при этом задняя торцевая часть клапана 4 высевающего аппарата выполнена в прямоугольной форме, причем линия обреза задней части клапана расположена ниже оси катушки с желобками 1 на (0,6...0,7) её радиуса. Катушка вставлена в розетку 2, при этом прорези розеток 2 выполнены по форме ребер катушки 1 и под углом 18.22° к её осевой линии. На вал высевающего аппарата 3 надета муфта 7. В муфту 7 вставлен цилиндрический хвостовик 8. Муфта 7 не может вращаться, но при этом свободно перемещается поперек семенной коробки вместе с катушкой 1. Подпружиненный клапан 4 снабжен регулировочным болтом 5.
Высевающий аппарат работает следующим образом: семена из семенного ящика самотеком поступают в семенную коробку 6 высевающего аппарата и заполняют пространство вокруг катушки с желобками 1. Вращаясь, катушка с желобками 1 перемещает семена , запавшие в же -лобки, и часть семян активного слоя, не попавших в желобки, но расположенных вблизи ее ребер, в нижнюю часть семенной коробки 6 и сбрасывает их в конце клапана 4 в воронку семяпровода, причем не пульсирующе- порционно, а плавно и непрерывно за счет того, что ребра желобков катушки с желобками 1 выполнены по винтовой линии, при этом задняя торцевая
часть клапана 4 высевающего аппарата выполнена в прямоугольной форме, причем линия обреза задней части клапана расположена ниже оси катушки с желобками 1. При работе, а также продольном перемещении катушки с желобками 1 во время регулировок зерно не высыпается из семенной коробки за счет розетки 2, прорези которой выполнены по форме ребер катушки с желобками 1. Зазор между клапаном 4 и катушкой с желобками 1 устанавливают с помощью регулировочного винта 5 в зависимости от размеров высеваемых семян. При регулировке нормы высева семян катушку с желобками 1 вводят внутрь семенной коробки 6 путем перемещения катушки с желобками 1 с валом 3 в осевом направлении с одновременным прокручиванием вала 3 по ходу наклона ребер. Норму высева регулируют также путем изменения частоты вращения катушки с желобками 1 высевающего аппарата.
Для определения качественных показателей работы катушечного высевающего аппарата были проведены экспериментальные исследования на высеве семян озимой пшеницы сорта «Безенчукская-380», в результате которых были выявлены конструктивно-режимные параметры и установлены их значения.
Анализ технологического процесса работы катушечного высевающего аппарата показал, что наибольшее влияние на равномерность подачи семенного материала
Рис. 2. Высевающий аппарат: 1 - катушка с желобками; 2 - розетка; 3 - вал высевающего аппарата; 4 - клапан; 5 - регулировочный болт; 6 - семенная коробка; 7 - муфта
оказывают угол наклона ребер катушки, высота расположения обреза торцевой части клапана, угол наклона торцевой части клапана.
После обработки результатов многофакторного эксперимента, используя компьютерную программу 81айз1юа 6.0, получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость v=f (а, р, к) в закодированном виде:
У=89,12-2,598-х1-0,577-х2+2,799-хэ-
-3,823-х12-4,767-х22-3,819^2+
+0,948-х1х2-1,073-х1хэ-2,55-х2хэ. (1)
После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика провели анализ с помощью двумерного сечения.
Для получения двумерного сечения поверхности отклика, характеризующего распределение семян, используются такие показатели, как угол наклона желобка катушки (Х1) и угол наклона торцевой части клапана (Х2). В уравнение (1) подставляем значение х3=0, в результате чего получаем:
У=89,12-2,598*|-0,577*2-
-3,823-х12-4,767-х22-0,948-х1х2. (2)
Определяем координаты центра поверхности дифференцированием уравнения и решением системы уравнений:
йу йх1 йу
= -2,598 - 7,646X; - 0,948 • х2 = 0
= -0,577-0,948• х; -9,534• х2 = 0
йх2
Решая систему, определили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х1=-0,336, х2=-0.027.
Подставляя значения х1 и х2 в уравнение (2), получили значение распределения семян в центре поверхности отклика У3=+89,565.
После некоторых преобразований уравнения (2) получили уравнение в канонической форме:
У - 89,565 = -3,626 • х2 - 4,964 • х22 . (4)
Угол поворота осей составит:
Гр2а =--0,948-г = -1,004 ,
-3,823 -(-4,767)
откуда а=45°.
Подставляя различные значения показателя распределения семян в уравнение (1), получили уравнения соответствующих контурных кривых - эллипсов, в совокупности представляющих целое семейство сопряженных эллипсов. Результаты расчета представлены на рис. 3.
Из рис. 3 видно, что распределение семян составляет 89,4 % при нахождении опти-
го
X
го с го
ь
го т
о
ш
ф
ср о
I-
го
X
о
го
X
с; о
130
120
110
100
90
80
70
60
50
17,57
18,00
20,00
Угол наклона желобков катушки
22,43
22,00
Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян от угла наклона желобков катушки а и угла наклона торцевой части клапана в
Нива Поволжья № 1 (10) февраль 2009 79
мальных значений рассматриваемых факторов угла а наклона желобков катушки и угла р наклона торцевой части клапана в пределах а = 18,25...20,125° , в = 76...99° .
Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее показатель распределения семян от угла в наклона торцевой части клапана (Х2) и высотой к расположения обреза торцевой части клапана (Х3), описывается уравнением (5), которое определяется из уравнения (1) при х1=0, после чего
Y = 89,12-2,598*|-0,577*2+2799*э-
-3,823-х12-4,767-х22-3,819*э2+
+0,948-х1х2-1,073-х1хэ-2,55-х2хэ. (5)
При дифференцировании уравнения (5) получили систему уравнений:
йу
йх2 ¿у
йх,
= -0,577- 9,532• х -2,55• х = 0
= 2,799-2,55• х -7,638• х = 0
6)
на основе которых рассчитали координаты центра поверхности отклика: х2 = -0,174, хэ=0,38.
Подставляя значения х2 и хэ в уравнение (5), получили значение показателя распределения семян в центре поверхности отклика:
Ys=+89,748.
После расчета коэффициентов уравнения регрессии в канонической форме, уравнение регрессии в канонической форме запишется:
7 - 89,748 = -2,933 • х22 - 5,653 • х32
(7)
Угол поворота новых осей координат составит:
-2,55
tg 2а = ■
• = 2,68 ,
-4,767 -(-3,819)
откуда а = -14,25°.
На основании полученных данных строилось двумерное сечение (рис. 4).
Анализируя рис. 4, видим, что распределение семян составляет 90,2 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов угла в наклона торцевой части клапана и высоты к расположения обреза торцевой части клапана -в = 71...98°, к = 14,8...17,3 см .
19
го
I 18
го
I-
о го т
о
ш
ф
^
ср о
I-
го
со ф
ср ю о
X
ф
И о с; о с о го
ГО I-
о
2 12
.0
Ш
50 60 70 80 90 100 110
угол наклона торцевой части клапана
120
130
Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян от угла наклона торцевой части клапана в и высоты расположения обреза торцевой части клапана к
При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (1) величина угла в наклона торцевой части клапана х2=0.
В результате расчетов получили уравнение (8), описывающее поверхность отклика, характеризующее показатель распределения семян от угла а наклона желобков катушки (Х1) и высотой к расположения обреза торцевой части клапана (Х3):
Y = 89,12-2,598^ +2,799-х3-
-3,823-х12-3,819-хэ2-1,073-х1хэ. (8)
Продифференцировав уравнение (8) и решив систему уравнений
4У
4х1
4у 4х,
= -2.598 - 7.646 - х2 -1.073- х3 = 0
= 2.799-1.073-х -7.638-х = 0
(9)
нашли координаты центра поверхности отклика: х1=-0,399, хэ=0,423.
Подставляя значения х1 и х3 в уравнение (8), получили значение показателя распределения семян:
Ys = +90,229.
После расчета коэффициентов уравнения регрессии в канонической форме,
уравнение регрессии в канонической форме запишется:
У - 90,229 = -3,284 - х2 - 4,358 - х32 . (10) Угол поворота новых осей координат составит:
-1,073
tg 2а = -
■ = 268,25,
-3,823-(-3,819)
откуда а = 77°.
После подстановки в уравнение (8) различных значений критерия оптимизации получили уравнения второй степени в стандартной форме, на основании которых строилось двумерное сечение поверхности отклика (рис. 5).
Анализируя рис. 5, видим, что распределение семян составляет 91,5 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов угла а наклона желобков катушки и высоты к расположения обреза торцевой части клапана в пределах а = 18,4...20,125° , к = 14,9...17,1 см .
При использовании уравнения (1) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде. Переход от кодированных (х1, х2, х3) значений к натуральным (а,в,к) значениям факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента.
19
го
X
го с го
ё 17
о со
16
О I-ГО со Ф
ср ю о
ф *
о с; о с о го ср
о о _0 со
17,57
18,00
20,00
Угол наклона желобков катушки
22,43
22,00
Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость распределения семян от угла наклона желобков катушки а и высоты расположения обреза торцевой части клапана к
Нива Поволжья № 1 (10) февраль 2009 81
Оптимальные значения исследуемых факторов
№ п/п Исследуемый фактор Оптимальные значения факторов
в закодированном виде в раскодированном виде
1 угол наклона желобков катушки а , град. -0,336 19,16
2 угол наклона торцевой части клапана в, град. -0,027 89,93
3 высота расположения обреза торцевой части клапана, И , см 0,38 15,95
Оптимальные значения параметров а,в,И в закодированном и роскодирован-ном значениях представлены в таблице.
Тогда уравнение (1) с учетом значимости коэффициентов регрессии можно представить следующим выражением: v=- 640,47 +39,313- а +1,128- в +26,822- И --0,970- а 2-0,005-в2-0,612- И2. (11)
Получено уравнение регрессии второго порядка (11), с помощью которого определены оптимальные значения геометрических параметров катушечного высевающего аппарата: а = 20°, в = 90°, И =15 см,
при этом параметр оптимизации (V) будет составлять 90 %.
Литература 1. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий /
Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
2. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропромиз-дат, 1985. - 351 с.
3. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов / А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.
4. Дулов, М. И. Ресурсосберегающие технологии при возделывании озимой пшеницы в условиях лесостепи Среднего Поволжья / М. И. Дулов, О. А. Блинова // Аграрный вестник Урала. - 2008. - № 4. -С. 37.
5. Шадский, В. А. Энергосберегающая основная обработка почвы - залог стабильных урожаев при орошении / В. А. Шадский, В. Е. Кижаева // Вестник СГАУ. - 2008. -№ 7. - С. 37.
