Влияние частоты вращения катушек, толщины слоя семян в бункере и его поперечного кренана высев семян прутняка простертого Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

90

,,„ „„„„, Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

УДК 631.33.024.3

Трухачев Е. Д., Кулаев Е. В., Малиев В. Х. Trukhachev E. D., Kulaev E. V., Maliev V. H.

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КАТУШЕК, ТОЛЩИНЫ СЛОЯ СЕМЯН В БУНКЕРЕ И ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО КРЕНА НА ВЫСЕВ СЕМЯН ПРУТНЯКА ПРОСТЕРТОГО

THE IMPACT OF THE SPEED OF A ROLLER ROTATION, SEEDBED THICKNESS

IN A HOPPER AND ITS LATERAL PITCH ON SOWING THE SEEDS OF SUMMER CYPRESS

Представлены результаты экспериментальных исследований по высеву несыпучих семян прутняка простертого новым высевающим устройством. Установлено, что неравномерность высева между отдельными аппаратами удовлетворяет агротехническим требованиям. Однако общая неустойчивость высева, характеризуемая соответствующими коэффициентами вариации, с изменением толщины слоя семян в бункере в некоторых опытах имела значение, выходящее за рамки агротехнических требований. Составлены уравнения регрессии, интерпретацией которых являются поверхности отклика, двумерные сечения и диаграммы Парето, с помощью которых установлена степень влияния приведенных факторов и их сочетаний на количество высеваемого материала каждой из трех катушек.

Ключевые слова: высев несыпучих семян, ПФЭ, неравномерность высева, общая неустойчивость высева, диаграмма Парето.

The experimental results planting is not free-flowing seeds of kochia new sowing device found that the irregularity of sowing between the individual stations satisfies the agrotechnical requirements. However, the overall instability of sowing with the change of thickness of the layer of seeds in a bunker, characterized by the coefficient of variation, in some experiments with values beyond the agrotechnical requirements. Composed of the regression equation, the interpretation of which is the response surface, two-dimensional sections and chart Pareto by which established the degree of influence of each factor and their combinations on the number of spread material corresponding coils.

Key words: seeding несыпучих seeds, PPE, irregularity of sowing, the overall instability of the sowing chart Pareto.

Трухачев Евгений Дмитриевич -

ассистент кафедры

«Процессы и машины в агробизнесе»

Ставропольский государственный

аграрный университет

Тел.: 8-918-871-38-48

E-mail: trukhachevinf@stgau.ru

Кулаев Егор Владимирович -

кандидат технических наук,

доцент кафедры «Процессы и машины в агробизнесе»

Ставропольский государственный

аграрный университет

Тел.: 8(8652)35-94-10, 8-962-450-77-79

E-mail: bratinsa@gmail.com

Малиев Владимир Хамбиевич -

доктор технических наук,

профессор кафедры

«Процессы и машины в агробизнесе»

Ставропольский государственный

аграрный университет

Тел.: 8(8652)35-94-10, 8-918-871-73-62

E-mail: vladimir_maliev@mail.ru

Trukhachev Evgeny Dmitrievich -

Assistant of Departament

of processes and machines in agribusiness

Stavropol State

Agrarian University

Tel.: 8-918-871-38-48

E-mail: trukhachevinf@stgau.ru

Kulaev Egor Vladimirovich -

Ph.D. in Technical Sciences, Docent of Departament of processes and machines in agribusiness Stavropol State Agrarian University Tel.: 8(8652)35-94-10, 8-962-450-77-79 E-mail: bratinsa@gmail.com

Maliev Vladimir Khambievich -

Doctor in Technical Sciences,

Professor of Departament of processes and machines in agribusiness Stavropol State Agrarian University

Tel.: 8(8652)35-94-10, 8-918-871-73-62 E-mail: vladimir_maliev@mail.ru

Экспериментальными исследованиями [1, 2, 3, 4] установлено, что одним из наиболее перспективных растений для улучшения полупустынных, пустынных и степных кормовых угодий является прутняк простертый (Kochia prostrata Schrad). Однако отсутствие в сельскохозяйственном производстве сеялок для высева несыпучих семян кормовых растений не позволяет использовать его как при создании новых пастбищ, так и подсеве в изреженные травостои.

В связи с этим разработка эффективного высевающего устройства имеет как научное, так и практическое значение. Как отмечалось в работах [5, 6] показатели высева существенно зависят от толщины слоя семян в бункере. Причем даже принудительная доставка высеваемого материала к высевающим катушкам не приводит к постоянству нормы высева, т. е. она изменяется в широком диапазоне, что недопустимо по агротехническим требованиям.

В связи с этим была предложена гипотеза о том, чтобы на всем пути движения высеваемого

в

естник АПК

Ставрополья

:№ 4(12), 2013:

Агроинженерия

91

материала из бункера в семяпроводы спиралями, нагнетателями и высевающими катушками перемещение его происходило только лишь принудительным способом под напором, обеспечивающим следующее соотношение произ-водительностей спиралей и высевающих катушек: Wсп > Wк.

С целью проверки предложенной гипотезы было разработано и изготовлено стационарное высевающее устройство [7], в котором две катушки расположены по краям бункера, а третья в середине. В процессе работы нового устройства невысеянные семена сперва накапливаются над катушками, а затем начинают перемещаться в направлениях, противоположных направлениям их передвижения спиралями, разрушая при этом возникающие своды на стыках спиралей. Исследования с целью определения неравномерности высева между отдельными высевающими аппаратами и общей неустойчивости высева выполнены при сле-

дующих частотах вращения катушек: 8,12,16, 20 мин-1. Влажность семенного материала Wср = 8,69 %. Повторность опытов шестикратная. Время отбора проб с каждого высевающего аппарата 30 секунд. Точность взвешивания проб 0,01 г Полученные материалы после обработки известными методами [8] приведены в таблице 1, анализ которых показывает следующее. Коэффициенты вариации высева по трем аппаратам имеют несущественные различия друг от друга.

Например, если по агротехническим требованиям для сыпучих семян трав допускается неравномерность высева между отдельными аппаратами V = 8 %, то в табличных материалах в 15 случаях из 24 коэффициенты вариации укладываются в эти пределы, а в 8 случаях полученные значения вариативности соответствуют агротехническим требованиям к этому показателю при высеве несыпучих семян кормовых растений, т. е. 25 %.

Таблица 1 - Показатели высева семян прутняка песчаного новым высевающим устройством при различных значениях частоты вращения катушек, угла крена бункера и толщины слоя семян в бункере

Частота вращения катушки, мин-1 Угол крена бункера, град Толщина слоя семян, см Высев аппаратом 1 к, г Высев аппаратом Ср, г Высев аппаратом 2 к, г уср = .100% ср М ср

а2, г а, г V, % а2, г а, г ч% а2, г а, г V, % %

8 0 14 0,287 0,54 10,53 0,325 0,57 10,27 0,428 0,65 11,21 10,69

28 1,88 1,37 55,24 0,176 0,42 51,22 0,884 0,94 47,72 53,66

4 14 0,07 0,27 3,72 0,03 0,18 2,40 0,04 0,2 2,64 2,96

28 1,39 1,18 43,29 1,65 1,29 43,42 0,45 0,67 22,26 39,66

8 14 1,154 1,07 17,07 1,04 1,02 15,79 0,378 0,62 9,97 14,29

28 1,70 1,30 40,25 0,763 0,87 22,25 2,443 1,56 39,80 33,69

12 0 14 1,53 1,24 16,04 1,43 1,20 15,65 0,61 0,78 10,36 14,07

28 3,48 1,86 35,51 2,84 1,68 31,97 3,33 1,83 34,24 33,90

4 14 0,42 0,65 6,18 0,61 0,78 7,43 0,38 0,61 5,60 6,38

28 0,91 0,95 17,30 0,77 0,88 16,45 0,53 0,73 12,25 15,24

8 14 3,82 1,95 19,75 3,01 1,74 18,3 1,96 1,40 14,56 17,57

28 2,04 1,43 19,51 2,67 1,63 23,62 3,02 1,74 23,97 22,34

16 0 14 0,512 0,72 6,05 0,763 0,87 7,25 0,842 0,92 7,82 7,15

28 4,149 2,04 29,52 1,78 1,33 19,85 3,02 1,74 24,93 22,78

4 14 0,89 0,94 6,68 0,32 0,57 4,01 40,33 0,57 4,0 4,88

28 1,18 1,09 13,26 1,28 1,13 12,97 0,22 0,47 5,57 10,61

8 14 3,89 1,97 16,39 0,454 0,67 5,62 2,84 1,68 13,86 19,98

28 2,104 1,45 17,64 0,247 0,50 5,74 5,37 2,32 25,92 16,45

20 0 14 1,47 1,21 7,56 2,35 1,53 9,37 1,65 1,28 7,68 8,19

28 3,133 1,77 18,44 2,54 1,59 16,56 19,7 4,44 47,68 27,32

4 14 0,342 0,58 3,35 0,55 0,74 4,32 0,81 0,90 5,08 4,25

28 2,72 1,65 16,60 3,60 1,9 19,33 1,45 1,21 12,43 16,16

8 14 14,61 3,82 25,86 7,47 2,73 19,37 13,11 3,62 25,77 29,3

28 57,7 7,4 57,2 58,97 7,68 59,16 36,34 6,03 47,15 54,55

92

,,„ „„„„, щ ^ Ставрополья

научно-практическии журнал

Таблица 2 - Показатели неустойчивости общего высева прутняка песчаного новым высевающим устройством

Частота вращения катушки, мин-1 Угол крена бункера, град Коэффициенты вариации, %

Левый аппарат Средний аппарат Правый аппарат

Толщина слоя семян в бункере, см

14 28 14 28 14 28

8 0 10,53 55,24 10,27 51,22 11,21 47,72

4 3,72 43,29 2,40 43,42 2,64 22,26

8 17,07 40,25 15,79 22,25 9,97 39,80

12 0 16,04 35,51 15,65 31,97 10,36 34,24

4 6,18 17,30 7,43 16,45 5,60 12,25

8 19,75 19,51 18,30 23,62 14,56 23,97

16 0 6,05 29,52 7,25 19,85 7,82 24,93

4 6,68 13,26 4,01 12,97 4,00 5,57

8 16,38 17,64 5,62 5,74 13,86 25,92

20 0 7,56 18,44 9,37 16,56 7,68 47,68

4 3,35 16,60 4,32 19,33 5,08 12,43

8 25,86 57,20 19,37 59,16 25,77 47,15

Суммы 139,17 363,76 119,78 322,54 118,55 343,92

Средние 11,60 30,30 9,98 26,88 9,90 28,66

Относительно неустойчивости общего высева следует отметить существенные различия коэффициентов вариации с изменением толщины слоя семян в бункере. В среднем коэффициент вариации высева при И = 0,14 м не превышает 10,5 %, что соответствует агротехническим требованиям (табл. 2). Однако среднее значение коэффициента вариации для серии опытов при И = 0,28 м составляет 28,66 %, а в отдельных опытах он изменялся в диапазоне 35...59 %.

Причем при такой изменчивости показателя неустойчивости высева данный технологический процесс ни разу не прекращался, что было характерной особенностью высевающих систем, используемых ранее для посева семян прутняка.

Тем не менее отмеченный недостаток необходимо устранять, для чего потребуется усовершенствовать конструкцию высевающей системы.

Экспериментальные исследования с целью определения влияния различных факторов и их взаимодействий на показатели высева проведены по плану ПФЭ 23, представленному в таблице 3.

Параметры оптимизации:

Ql - производительность левой катушки, граммы за 30 секунд.

Qm - производительность средней катушки, граммы за 30 секунд.

Qr - производительность правой катушки, граммы за 30 секунд.

Остальные условия выполнения исследований были такими же, как в предыдущих экспериментах. Результаты ПФЭ представлены в таблице 4.

Используя результаты полного факторного эксперимента 23 ( табл. 4) вычислены значения построчных дисперсий производительностей Qll Qm и Qr, после чего путем расчетов проверена их однородность и воспроизводимость.

Таблица 3 - Основные факторы и уровни их варьирования

Уровни Частота вращения катушки Угол наклона семенного ящика Толщина слоя семян в бункере

Натуральное обозначение п, с-1 а, град И, м

Верхний 0,27 8,0 0,28

Основной 0,20 4,0 0,21

Нижний 0,13 0 0,14

Кодированное обозначение Х1 Х2 Х3

Верхний + 1 + 1 + 1

Основной 0 0 0

Нижний -1 -1 -1

Вестник АПК

Агроинженерия -:№ 4(12), 2013 " "

Таблица 4 - Результаты проведения ПФЭ 23

№ опыта Уровень факторов У1 У2 У3

X1 X;, Xз

1 3 4 5 6 7 8

1 (+1) 0,27 (+1) 8,0 (+1) 0,28 8,22 8,71 8,95

2 (+1) 0,27 (+1) 8,0 (-1) 0,14 12,02 11,93 12,12

3 (+1) 0,27 (-1) 0 (+1) 0,28 6,91 6,70 6,98

4 (+1) 0,27 (-1) 0 (-1) 0,14 11,90 11,59 11,77

5 (-1) 0,13 (+1) 8,0 (+1) 0,28 3,23 3,91 3,92

6 (-1) 0,13 (+1) 8,0 (-1) 0,14 6,27 6,46 6,22

7 (-1) 0,13 (-1) 0 (+1) 0,28 2,48 0,82 1,79

8 (-1) 0,13 (-1) 0 (-1) 0,14 5,13 5,55 5,80

Проверка однородности дисперсий, проведенная по критерию Кохрена, показала, что опытные его значения меньше, чем табличные. В связи с этим можно считать, что гипотеза об однородности дисперсий подтверждается на 5 % уровне значимости.

Результаты расчетов значений дисперсии воспроизводимости показали, что значения откликов при повторной установке одних и тех же значений факторов стабильно воспроизводятся.

В результате обработки экспериментальных данных методами математической систематики [9, 10, 11, 12] были получены уравнения регрессии в кодированном виде, устанавливающие

зависимость между параметрами оптимизации Ql, Qm и Qr и частотой вращения катушки п, углом крена бункера высевающего устройства а и толщиной слоя семян И:

У^) = 7,021 + 2,774X1 + 0,415X2 - 1,811 Х3; (1)

У^т) = 6,960 + 2,774X1 + 0,792X2 -

-1,925X3 + 0,480X2 Х3; (2)

У^г) = 7,194 + 2,762X1 + 0,609X2 - 1,785X3. (3)

Оценка значимости коэффициентов выполнена по ^критерию Стьюдента. Адекватность уравнений (1), (2) и (3) определена путем срав-

Рисунок 1 - Поверхность отклика при И = 0,21: Ут - производительность левого аппарата, 01 , г/с

Ежеквартальный научно-практическии

журнал ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

нения дисперсии воспроизводимости с дисперсией адекватности по критерию Фишера.

После перехода от кодированного вида к натуральному уравнения регрессии примут вид:

У^1) = 4,199 + 39,2п + 0,104а - 25,87И; (4)

Y(Qm) = 5,457 + 39,629п - 0,162а 2 -

- 34,357И + 1,714а И; (5)

^г) = 4,049 + 39,457п + 0,152а + 3,796И. (6)

Геометрической интерпретацией полученных уравнений регрессии являются поверхности отклика и изолинии (двумерные сечения) поверхностей отклика и диаграммы Парето, показывающие степень влияния каждого фактора и их сочетаний на количество высеваемого материала соответствующими катушками (рис. 1, 2, 3).

Аналогичные графические материалы получены также для среднего и правого высевающих аппаратов.

Анализируя материалы экспериментальных исследований, можно сделать следующие выводы.

С увеличением частоты вращения высевающих катушек в диапазоне 8.16 мин-1 высев увеличивается от 5 до 14 г для толщины слоя семян в бункере в 14 см. Аналогичная динамика высева наблюдалась также в том случае, когда толщина слоя семян в бункере составляла 28 см. Однако здесь диапазон изменения высева составлял

Х1-Частота вращения, п, с"1

Рисунок 2 - Изолинии поверхности отклика: Ут -производительность левого аппарата, 0| , г/с

1.9 г, т. е. по всем трем аппаратам независимо от угла крена на всех частотах высев уменьшался существенно, но в равной степени. При этом степень влияния высоты слоя семян в бункере составляла соответственно по левой, средней и правой катушкам 32,84; 30,64 и 30,73 %. Существенно меньшее влияние на высев оказывает угол крена бункера: 7,53.12,61.10,49 %.

Наименьшее влияние из сочетаний факторов на высев оказывают п и а, 1,06.3,28.0,50 %. Что касается п-И и а-И, то их доля соответственно составляла 7,00.1,65.3,54 % и 1,81. 7,65.7,18 %.

(1)Х1(п), с-1

1Ьу2

(2)Х2(И),

-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Рисунок 3 - Диаграмма Парето - степень влияния каждого фактора и их сочетаний

на параметр оптимизации У(От)

в

естник АПК

Ставрополья

:№ 4(12), 2013:

Агроинженерия

95

Литература

1. Головченко С. Г., Расулев А. Изень и его возделывание в каракулеводческих районах Узбекистана. Ташкент : Фан, 1967. С. 20.

2. Балян Г. А. Прутняк простертый и его культура в Киргизии. Фрунзе, 1972. С. 43-45; 201-202.

3. Малиев В. X., Демин Ю. И., Филонен-ко В. А., Рыбаков В. Н. Прутняк на пастбища полупустынь // Степные просторы. 1974. № 10.

4. Смагин В. П. Агротехника выращивания прутняка, житняка и их смесей в условиях полупустыни Черных земель : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Ставрополь, 1975.

5. Малиев В. X. Разработка способов и технических средств для создания прототипов полупустынных пастбищ : дис. ... д-ра техн. наук. Зерноград : ВНИПТИМЭСX, 1996. 302 с.

6. Арсланов М. А. Конструктивные параметры высевающей части сеялки для посева несыпучих семян трав широкорядным способом : автореф. дис. . канд. техн. наук. Нальчик, 2007. 23 с.

7. Трухачев Е. Д., Малиев В. X. Обоснование режима работы и конструктивных параметров высевающей части сеялки для посева несыпучих семян кормовых растений // Вестник АПК Ставрополья. 2013. № 2(10). С.127-131.

8. ОСТ 70.5.1-82. Машины посевные. Программа и методы испытаний. М. : Государственный комитет СССР по производственно-техническому обеспечению сельского хозяйства, 1983. 148 с.

9. Михеев К. А. Анализ данных на домашнем компьютере. СПб., 2002. 124 с.

10. Боровиков В. А. Искусство анализа данных на компьютере : для профессионалов. СПб., 2003. 688 с.

11. Юдин М. И. Планирование эксперимента и обработка его результатов. Краснодар : КГАУ, 2004. 240 с.

12. Тавасиев Р. М., Xодова Л. Д., Качмазова Э. К. Методика и визуализация расчета многофакторного эксперимента. Владикавказ : Горский ГАУ, 2009. 34 с.

References

1. Golovchenko S. G., Rasulev A. Isen and its cultivation in areas of Uzbekistan astrakhan. Tashkent, 1967. P. 20.

2. Balian G. A. Prostrate summer cypress and its culture in Kyrgyzstan. Frunze, 1972. P. 4345; 201-202.

3. Maliev V. H., Demin Y. I., Filonenko V. A., Rib-akov V. N. Semi-prostrate summer cypress in the pasture // Steppe expanses. 1974. № 10.

4. Smaguine V. P. Growing summer cypress, wheat grass, and their mixtures in a semi-desert lands of black: abstract dis .... k. s. h. Sciences. Stavropol, 1975.

5. Maliev V. H. Development of methods and technologies for prototyping semiarid grassland: dis ... dokt. tehn. nauk. Zernograd : VNIPTIMESKH, 1996. 302 p.

6. Arslanov M. A. Design parameters of the sowing of the seed drill for sowing grass seed in wide nesypuchih way: Author. Dis ... Dr. Nalchik, with 2007. 23 P.

7. Trukhachev E. D., Maliev V. H. Operating modes and some of the design parameters of grass seeder for sowing seeds not dry // Agricultural Bulletin of Stavropol Region. 2013. № 2(10). P. 127-131.

8. OST 70.5.1-82. Mashiny sown. Programs and practices of research. M. : USSR State Committee on Production and Maintenance of Agriculture,1983. 148 p.

9. Mikheev K. A. Analysis of the data on your home computer. St. Petersburg, 2002. 124 p.

10. Borovikov V. A. Art computer data analysis: for professionals. St. Petersburg, 2003. 688 p.

11. Yudin M. I. Design of experiments and processing of the results. Krasnodar : KGAU, 2004. 240 p.

12. Tavasiev R. M., Khodova L. D., Kachmazo-va E. K. Methods of calculation and visualization of multivariate experiment. Vladikavkaz : Gorsky State Agrarian University, 2009. 34 p.