CC BY
19
12. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики. Ч. 1 / А. А. Яблонский, В. М. Ни-кифирова. Статика. Кинематика: учебник для техн. вузов. - 6-е изд., испр. - М.: Высш. шк, 1984. - 343 с.
13. Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах / Под ред. Д. Р. Мер-кина. - Т. 1. Статика и кинематика. - 8-е изд., перераб. / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 504 с.
14. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин: учеб. для втузов / И. И. Артоболевский - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1988. - 640 с.
15. Коновалов, В. В. Расчёт смесительной камеры при взаимодействии потоков сухих и жидких компонентов / В. В. Коновалов, А. А. Власов // Достижения науки и техники в АПК. - № 9. - 2003. - С. 29-30.
16. Василенко, П. М. Движение частицы по шероховатой поверхности сельскохозяйственных машин / П. М. Василенко. -Киев: Изд-во УАСХН, 1960. - 282 с.
17. Корн, Т. Справочник по математике: для научных работников и инженеров / Т. Корн. - М.: Наука, 1977. - 831 с.
18. Сохроков, А. М. Совершенствование технологии предпосевной подготовки семян овощных культур и оптимизация параметров установки для их дражирования: дис. ... канд. техн. наук / А. М. Сохроков. -Нальчик, 2002. - 129 с.
19. Технология и технические средства дражирования семян сахарной свеклы: монография / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, И. Н. Семов, А. М. Чирков. - Пенза: 2012. -112 с.
20. Кухарев, О. Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О. Н. Кухарев, И. Н. Семов, А. М. Чирков // Нива Поволжья. - 2010. - № 1. - С. 54-57.
УДК 631.331
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВАРИАТОРА ПРИВОДА
ВЫСЕВАЮЩИХ АППАРАТОВ
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук;
А. В. Шуков, канд. техн. наук
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 628 517
Статья посвящена повышению качества посева семян зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой и применением вариатора привода высевающих аппаратов и содержит результаты лабораторных исследований рычажного вариатора привода высевающих аппаратов зерновой сеялки с целью определения оптимальных значений его геометрических и кинематических параметров, обеспечивающих наименьшее отклонение от заданной нормы высева. В рамках данного исследования проведен многофакторный эксперимент для обоснования оптимальных значений конструктивных и режимных параметров вариатора привода высевающих аппаратов, определены интервалы оптимальных значений конструктивных и режимных параметров рычажного вариатора привода высевающего аппарата сеялки: передаточное отношение рычажного вариатора, радиус кривошипа выходного вала рычажного вариатора и радиус кривошипа входного вала рычажного вариатора.
Ключевые слова: высевающий аппарат, сеялка, многофакторный эксперимент, вариатор, распределение семян.
В последние годы интерес к проблемам посева сельскохозяйственных культур значительно возрос, что объясняется важностью этой операции для повышения урожайности, необходимостью внедрения в производство интенсивных ресурсо- и вла-госберегающих технологий с применением сеялок-культиваторов. При возделывании зерновых культур посев является одной из ответственных операций, при этом правильно выбранная технология посева, точ-
ность установки нормы высева семян посевных машин в зависимости от сложившихся климатических и конкретных почвенных условий определяют будущий урожай. Кроме того, высококачественный посев позволяет окупить затраты труда и денежных средств.
Для посевных машин, в частности сеялок-культиваторов, одним из самых перспективных и надежных, с хорошими показателями качества и точности установки
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 55
9 8 7 6 5 4 2 1
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения оптимальной конструкции
рычажного вариатора привода высевающих аппаратов: 1 - электродвигатель; 2 - коробка передач; 3 - опорные катки; 4 - опорно-приводное колесо; 5 - рычажный вариатор привода туковысевающих аппаратов; 6 - туковысевающий аппарат; 7 - высевающий аппарат; 8 - рычажный вариатор привода семявысевающих аппаратов; 9 - опорное колесо; 10 - опорный брусок
нормы высева семян является механический привод высевающих аппаратов с помощью редуктора или вариатора.
Изменение нормы высева с помощью редуктора имеет ряд недостатков, которые оказывают влияние на ухудшение точности установки нормы высева семян, равномерности распределения семян по площади рассева, на увеличение травмирования семян, что приводит к снижению урожайности зерновых культур и, кроме того, увеличению расхода посевного материала. Привод
высевающих аппаратов с помощью вариатора наиболее перспективный, но проблема применения его в настоящее время еще слабо изучена.
Нами разработан и испытан вариатор привода высевающих аппаратов, применение которого позволит уменьшить отклонение от заданной нормы высева семян сельскохозяйственных культур и, как следствие, увеличить урожайность.
Качество распределения семян зависит от множества факторов. В связи с этим ла-
бораторные исследования проводились с применением методики планирования многофакторного эксперимента.
Для нахождения интервалов оптимальных значений конструктивных параметров рычажного вариатора, обеспечивающих отклонение от заданной нормы высева семян, использовали установку, изображенную на рис. 1 и 2.
Для определения качественных показателей работы вариатора привода высевающих аппаратов были проведены экспериментальные исследования на высеве семян озимой пшеницы сорта Жемчужина Поволжья, в результате которых выявлены конструктивные и режимные параметры и установлены их значения.
Анализ работы вариатора привода высевающих аппаратов в технологическом процессе показал, что наибольшее влияние на равномерность подачи семенного материала оказывают: передаточное число рычажного вариатора; радиус кривошипа выходного вала и радиус кривошипа входного вала.
После обработки результатов многофакторного эксперимента на ПЭВМ получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость У = \ (п, Ик, р) в закодированном виде:
У =5,77-8,917-х1+1,082-х2+5,43-х3+
+0,089-х12-0,011-х22 -0,053-х32+0,00016х . (1)
х х1 -х2-0,00038-х1 -х3 -0,0003 8-х2 -х3
После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика
проводили анализ с помощью сечения поверхности отклика.
Для получения сечения поверхности отклика, характеризующего показатель отклонения от заданной нормы высева семян в зависимости от передаточного отношения вариатора х1 и радиуса кривошипа выходного вала х2, в уравнение (1) подставили значение х3 = 0, в результате чего получили:
У=5,77-8,917-х1 +1,082-х2 +0,089х2 -
2 1 2 1 . (2)
-0,011-х22 +0,00016-х1-х2
Затем составили систему дифференциальных уравнений, представляющих собой частные производные по каждому из двух факторов:
ау
dx1
ау
=-8,917+0,17-х +0,00016-х =0,
=1,082+0,00016-х -0,022-х =0.
(3)
Решая систему (3), находили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х1=- 0,044, х2= 0,07 (соответственно после раскодирования и = 6,33, R = 40,35 мм).
Подставляя значения х1 и х2 в уравнение (2), получили значение показателя отклонения от заданной нормы высева семян в центре поверхности: У = +8,64.
У-8,64=-1,855-х12-2,7323-х22. (4)
Подставляя различные значения показателя отклонения от заданной нормы вы-
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 57
сева семян (4), получили уравнения соответствующих контурных кривых-эллипсов, в совокупности представляющих целое семейство сопряженных эллипсов (линий равного значения показателя отклонения от заданной нормы высева семян). Результаты расчета представлены на рис. 3.
Из рисунка 3 видно, что отклонение от заданной нормы высева семян составило 1 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов: передаточного числа рычажного вариатора и = 5,7... 7,1 и радиуса кривошипа выходного вала рычажного вариатора Я = 37,1.41,6 мм.
Аналогично, приравнивая к нулю фактор х1 и подставляя его в уравнение (1), получили уравнение, описывающее сечение поверхности отклика, характеризующее показатель отклонения от заданной нормы высева в зависимости от радиуса кривошипа входного вала рычажного вариатора (х2) и радиуса кривошипа выходного вала рычажного вариатора (х3):
(5)
У=5,77+1,082-х2-5,43-х3 -0,011-х22 --0,053-х32 -0,00038-х 2 - х 3.
При дифференцировании уравнения (5) получили систему уравнений:
=1,082-0,022-^ -0,00038-х,=0; а%2 2 3
—¡т=5,43-0,106-х3-0,00038-х2=0.
(6)
Решая систему (6), находили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х2= 0,084, х3= -0,132 (после раскодирования Я = 40,42 мм, ЯВХ = 17,34 мм).
Подставляя значения х2 и х3 в уравнение (5), получили значение показателя отклонения от заданной нормы высева в центре поверхности: У=+7,89.
После канонического преобразования уравнение (6) примет вид
7-7,89=-1,4432-х22-4,86-х32. (7)
Подставляя различные значения показателя отклонения от заданной нормы высева в уравнение (7), получили уравнения соответствующих контурных кривых-эллипсов, в совокупности представляющих целое семейство сопряженных эллипсов (линий равного значения показателя отклонения от заданной нормы высева). Результаты расчета представлены на рис. 4.
Проведенный анализ рисунка 4 показал, что отклонения от заданной нормы высева семян составили 1 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов: радиуса кривошипа выходного вала рычажного вариатора Я = 38,7. 39,8 мм и радиуса кривошипа входного вала рычажного вариатора ЯВХ = 17,2.18,4 мм.
Аналогично, приравнивая к нулю фактор х2 и подставляя его в уравнение (1), получили уравнение, описывающее поверхность отклика, характеризующее показатель отклонения заданной нормы высева семян в зависимости от передаточного от-
Рис. 4. Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость отклонения нормы высева У от радиуса кривошипа выходного вала рычажного вариатора Я и радиуса кривошипа входного вала рычажного вариатора ЯВХ
ношения вариатора х1 и радиуса кривошипа входного вала х3:
У=5,77-8,917-х1 +5,43-х 3+ +0,089-х2-0,053-х2-0,00038-х1 -х3'
(8)
Продифференцировав уравнение (8) и решив систему уравнений
=-8,917+0,178-х1+0,0003 8- х3=0
ах1
=5,43-0,106- х3 -0,00038-х1 =0,
аХ3
(9)
нашли координаты центра поверхности отклика в закодированном виде х1 = -0,014, х3 = -0,109 (соответственно после раскодирования и = 6,33, ЯВХ = 17,46 мм).
Подставляя значения х1 и х3 в уравнение (8), получили значение показателя полноты удаления в центре поверхности У = +8,18.
После канонического преобразования уравнение (9) примет вид
У-8,18=-1,159-х2 -2,829- х 32
(10)
После подстановки в уравнение различных значений критерия оптимизации получили уравнения второй степени в стандартной форме, на основании которых строилось сечение поверхности отклика (рис. 5).
При анализе рисунка 5 видно, что отклонения от заданной нормы высева семян
составили 1 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов: радиуса кривошипа входного вала рычажного вариатора ЯВХ = 15,0.20,9 мм и передаточного числа рычажного вариатора и = 5,4.7,0.
При использовании уравнения (1) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде. Переход от кодированных (х1, х2, х3) значений к натуральным (и, Я, ЯВХ) значениям факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента по формуле (4.14).
Оптимальные значения параметров и, Я и ЯВХ в закодированном и раскодированном значениях представлены в таблице.
Оптимальные значения исследуемых факторов
Фактор Оптимальное значение фактора в виде
закодированном раскодированном
Передаточное отношение рычажного вариатора и -0,044 6,33
Радиус кривошипа входного вала рычажного вариатора ЯВХ, мм -0,132 17,34
Радиус кривошипа выходного вала рычажного вариатора Я, мм 0,084 40,42
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 59
Тогда уравнение (1) с учетом значимости коэффициентов регрессии можно представить следующим выражением:
У =869,72-86,56-и-27,65-Я-4.99-ЯВХ+
+5,76- и2 +0,3-Я2 +0,26-Я2ВХ +0,63- и-Я- (4.27)
-0,63- и-ЯВХ -0,01 - Я -ЯВХ.
Лабораторные исследования позволили определить оптимальную конструкцию рычажного вариатора привода высевающего аппарата, обеспечивающую наименьшее отклонение от заданной нормы высева семян. На основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трехфакторного эксперимента уни-формрототабельного плана, определены интервалы оптимальных значений конструктивно-режимных параметров рычажного вариатора привода высевающего аппарата сеялки: передаточное отношение рычажного вариатора ис = 5,7.7,1, радиус кривошипа выходного вала рычажного вариатора R = 38,7.39,9 мм и радиус кривошипа входного вала рычажного вариатора RВХ= 17,2.18,4 мм.
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. Астахов, В. С. Анализ пневматических централизованных систем / В. С. Астахов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1997. - № 10. - С. 33-34.
3. Бондаренко, П. А. Агротехническая оценка высевающих устройств / П. А. Бон-даренко // Тракторы и сельхозмашины. -2008. - № 1. - С. 49-50.
4. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропромиз-дат, 1985. - 351 с.
5. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов / А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.
6 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.
7. Шадский, В. А. Энергосберегающая основная обработка почвы - залог ста-
бильных урожаев при орошении / В. А. Шадский, В. Е. Кижаева // Вестник СГАУ. -
2008. - № 7. - С. 37.
8. Ларюшин, Н. П. Высевающий аппарат для зерновой сеялки / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сб. материалов науч. междунар. НПК, посвященной памяти профессора А. Ф. Блинохватова. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 206-207.
9. Ларюшин, Н. П. Полевые исследования сошника сеялки-культиватора ССВ-3,5 / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шума-ев // Нива Поволжья. - 2009. - № 1. - С. 74-76.
10. Ларюшин, Н. П. Некоторые результаты лабораторно-полевых исследований катушечно-винтового высевающего аппарата / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Нива Поволжья. - 2009. - № 2(11). - С. 52-58.
11. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований катушечного высевающего аппарата / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков, Т. Г. Федина // Нива Поволжья. -
2009. - № 1. - С. 77-82.
12. Кордаливский, С. В. Испытания сельскохозяйственной техники/С. В. Кордаливский, А. В. Погорелый, Г. Н. Фулиман. - М.: Машиностроение, 1979. -188 с.
13. Иванов, А. И. Контрольно-измерительные приборы в сельском хозяйстве: справочник / А. И. Иванов, А. М. Куликов, Б. С. Третьяков. - М.: Колос, 1984. - 352 с.
14. Посевные машины. Теория, конструкция, расчёт: монография / Н. П. Ларю-шин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев и др. - М.: Росинформагротех, 2010. - 292 с.
15. Ольшевская, В. Т. Сортировально-облучающая установка подготовки семян промышленной производительности / В. Т. Ольшевская // Вестник Казанского ГАУ. -
2010. - № 4(18). - С. 48-51.
16. Нуруллин, Э. Г. Анализ и оценка дозирующих устройств современных посевных комплексов / Э. Г. Нуруллин, И. 3. Исламов, И. М. Салахов // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. - № 2(12). - С. 53-55.
17. Ларин, М. А. Экспериментальные исследования сошника с направителем-распределителем семян пневматической сеялки / М. А. Ларин, А. В. Мачнев, А. В. Шуков, В. А. Мачнев // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2012. - № 3. - С. 118-122.
