CC BY
61
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.331: 635.61
ВЛИЯНИЕ РАЗНОГЛУБИННОГО ПОСЕВА НА УРОЖАЙНОСТЬ АРБУЗОВ
INFLUENCE SOWING ON DIFFER DEPTH ON PRODUCTIVITY OF WATER MELONS
М.Н. Шапров, кандидат технических наук, профессор, декан факультета механизации сельского хозяйства
И.С. Мартынов, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности»
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
M.N. Shaprov, I.S. Martynov
Volgograd state agricultural academy
Разработана сеялка для разноглубинного посева семян бахчевых культур, которая позволяет получать устойчивые всходы при возделывании в условиях резко континентального климата, а также выявлено положительное влияние этой технологии на урожайность арбуза.
The designed seeder for sowing on differ depth seeds melons, which allows to get firm sprout under crop production in condition sharply-continental climate, as well as positive influence of this technology on water melon productivity is revealed.
Ключевые слова: сошник, высевающий аппарат, разноглубинный посев, способ посева, заделка семян.
Зона промышленного бахчеводства в России сосредоточена главным образом на каштановых и светло-каштановых почвах юго-востока страны, в зоне степей и частично полупустынь и, в первую очередь, в Нижнем Поволжье, где валовой сбор составляет около 90 % от общего валового сбора по стране [2].
Бахчевые культуры в зоне рискованного земледелия, а это почти вся юговосточная зона Российской Федерации, наиболее пластичны из большинства возделываемых культур, в отношении нерегулируемых природных факторов, но урожайность бахчевых во многом зависит от природно-климатических условий, которые в разные годы в Нижнем Поволжье могут очень сильно изменяться. Следовательно, для получения максимальной полевой всхожести семян необходимо определить такую глубину заделки семян, чтобы обеспечить наилучшее сочетание «температура - влажность».
Поэтому мы предлагаем осуществлять посев пунктирно-гнездовым способом, причем заделка в гнезде должна производиться на разную глубину. При таком способе семена располагаются в почве вытянутыми вдоль оси рядка гнездами длиной 0,25-0,35 м. Количество семян в гнезде 3 штуки. Расстояние между гнездами 1,2-1,8 м. Это позволяет прореживать всходы и обеспечивать необходимую площадь питания на одно растение, которое должно остаться в гнезде после проведения операций по уходу за посевами.
Посев осуществляется сеялкой для разноглубинного посева, за основу которой была взята сеялка СУПН-8 (рис. 1), секции которой были модернизированы. Такая секция включает корпус 1 с семенным ящиком 2, высевающий аппарат 3, вставку 4 с семянаправителем, дополнительный диск 5, сошник 6, загортач 7, прикатывающее колесо 8, шлейф 9. Секция соединена с рамой 10 посредством четырехзвенной шарнирнорычажной системы 11.
6 //У \ 7
Рис. 1. Схема сеялки для разноглубинного посева:
1 - корпус; 2 - семенной ящик; 3 - высевающий аппарат; 4 - вставка с семянаправителем;
5 - дополнительный диск с копирующей дорожкой; 6 - сошник; 7 - загортач;
8 - прикатывающее колесо; 9 - шлейф; 10 - рама; 11 - четырехзвенная шарнирно-рычажная система
Сошник (рис. 2) состоит из щек 1, 2, 3, 4, между которыми размещены наральники 5, 6, 7, причем левый и правый наральники 5, 6 расположены на разной высоте по сравнению с нижним срезом центрального наральника 7.
Рис. 2. Схема сошника:
1, 2, 3, 4 - щеки; 5, 6, 7 - наральники
Высевающий аппарат также претерпел некоторые изменения. На одном валу с высевающим диском, который имеет три отверстия, установлен дополнительный диск 1 с копирующей дорожкой 2 (рис. 3).
Вставка, размещенная между высевающим аппаратом и сошником, состоит из корпуса 3, направляющих 4, по которым перемещается подпружиненный семянаправитель 5 с толкателем 6 (рис. 3).
а) б) в)
Рис. 3. Схема процесса высева семян 1 - дополнительный диск; 2 - копирующая дорожка; 3 - корпус;
4 - направляющие; 5 - семянаправитель; 6 - толкатель
Посевная секция для разноглубинного посева работает следующим образом. При движении сеялки от опорно-приводного колеса через приводной механизм вращение передается на вал высевающего диска. Семена из семенного ящика 2 поступают в
заборную камеру высевающего аппарата 3 (рис. 1). Здесь под воздействием вакуума семена присасываются к имеющимся трем отверстиям диска (рис. 4) и переносятся к месту сброса. Поочередная подача семян в каждую из трех бороздок осуществляется за счет взаимодействия копирующей дорожки 2 с толкателем семянаправителя 6, которое начинается в тот момент, когда семя попадает из зоны разряжения в зону атмосферного давления, т.е. оно начинает падать в первый проем сошника (рис. 3а).
Затем, по мере вращения высевающего вала, копирующая дорожка, воздействуя на толкатель семянаправителя, перемещает его в следующее положение. Происходит высев во второй проем (рис. 3б). Аналогично происходит высев третьего семени (рис. 3в).
При сходе толкателя с копирующей дорожки семянаправитель возвращается в исходное положение с помощью пружин.
Получение оптимальных значений возможно с помощью регрессионной математической модели второго порядка, которая является уравнением, связывающим параметр оптимизации с изучаемыми факторами. Для упрощения задачи вычислительных процедур мы использовали так называемый активный эксперимент, в котором каждый фактор имеет несколько возможных величин или уровней, что существенно упрощает построение эксперимента. Каждому сочетанию уровней исследуемых факторов соответствует одно из возможных состояний исследуемого объекта. Совокупность всех возможных сочетаний факторов определяет число опытов.
Анализ данных, полученных из литературных источников, результатов поисковых опытов, теоретических исследований процесса распределения семян в проемы сошника, позволили выделить три основных управляемых фактора, влияющих на качество высева: угол между первой и второй ячейками на высевающем диске, град, Х1, угол между второй и третьей ячейками, град, X2 (рис. 4) и высота семянаправителя, мм, Х3.
С целью сокращения числа опытов нами проводились отсеива-ющие эксперименты методом случайного баланса [4], позволяющим исключить из дальнейших исследований незначимые факторы.
Критерием оптимизации в процессе проведения опыта, по которому оценивался процесс, являлась равномерность распределения семян в проемы сошника - У1, %.
Для реализации исследований в области оптимума выбран предельно насыщенный план второго порядка (план Рехтшафнера). Для решения задачи регрессионного анализа использована матрица плана Рехтшафнера для трёхфакторного эксперимента [1, 3].
Для анализа и систематизации полученных результатов уравнение регрессии второго порядка приводим к типовой канонической форме вида:
Рис. 4. Схема распределения ячеек на высевающем диске
где X, Х2...Хк - новые оси координат, повернутые относительно старых х х2.. ,Хк ; .. .Вк - коэффициенты
регрессии в канонической форме.
По каноническому уравнению определили тип поверхности, а по двухмерным сечениям проводили анализ области оптимума.
Таблица 1
Уровни и интервалы варьирования факторами
Уровни факторов
Факторы Условное обозначение Единицы измерения верхний уровень основной уровень нижний уровень
+1 0 -1
Угол между первой и второй ячейками, Х А град. 50 45 40
Угол между второй и третьей ячейками, Х2 Ь град. 45 40 35
Высота семянаправителя, Х3 К мм 55 45 35
Дальнейшее исследование проводили, используя двухмерные сечения. В исходное уравнение регрессии подставляли значения координат центра за исключением двух переменных. На графике в координатах независимых переменных наносили центр и проводили оси главных направлений. Используя уравнение в каноническом виде, задавали значение функции отклика и строили кривые одного уровня. По ним судили об изменении критерия оптимизации. Рассмотрение и анализ всех возможных сечений давало представление об изменении критерия оптимизации при варьировании разных пар факторов. В случае отсутствия оптимума находили наиболее предпочтительное сочетание факторов.
Для построения двухмерных сечений проводили каноническое преобразование
полученных уравнений регрессии. Значение коэффициентов регрессии в канонической
форме определяли, решая характеристические уравнения. Решение характеристических уравнений производилось по стандартной программе.
При решении компромиссной задачи расшифровку кодированных значений оптимальных значений факторов проводили по формуле:
хк = Х0іК + (хік ■ Кі ), (2)
где Хік - кодированное значение і-го фактора; Хік - натуральное значение і-го фактора; ХОіЙ - натуральное значение і-го
фактора на нулевом уровне; Иі - интервал варьирования і-го фактора.
В результате проведённых исследований нами было установлено, что на процесс распределения семян в проемы сошника наибольшее влияние оказывают угол между первой и второй ячейками на высевающем диске, угол между второй и третьей ячейками и высота семянаправителя.
Дальнейшие исследования были направлены на определение оптимальных значений конструктивных параметров сеялки для разноглубинного посева семян. При этом они оценивались равномерностью распределения семян в проемы сошника при соответствующей настройке указанных параметров.
На основании экспериментальных данных по предложенной программе на ПЭВМ были рассчитаны коэффициенты регрессии. Значимость этих коэффициентов оценивалась по критерию Стьюдента [4]. Все коэффициенты оказались значимыми. В результате расчётов было получено уравнение регрессии в кодированном виде:
уо = 90,9 + 10,5х1 + 6,5х2 - 5,5х3 + 3,3Х1 х2 - 0,7х1 х3 + 2,Зх2х3 - 9,4х2 - 6,4х2 - 9,4х32 . (3)
Адекватность полученной математической модели проверялась по критерию Фишера. Математическая модель адекватна результатам эксперимента.
Таблица 2
Оптимальные значения факторов
Фактор
Равномерность распределения семян в проемы сошника Х1 - угол между первой и второй ячейками на высевающем диске Х2 - угол между второй и третьей ячейками Х3 - высота семянаправителя
0,68 0,64 - 0,24
48,4 43,2 42,6
Примечание: значения в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.
Чтобы определить оптимальные значения факторов необходимо продифференцировать полученное уравнение регрессии по каждой переменной и, приравняв к нулю частные производные, решить полученные системы уравнений.
После решения систем уравнений мы получили значения факторов, оптимизирующих величину критерия оптимизации, представленные в таблице 2.
Для анализа полученных результатов и изучения поверхности отклика провели каноническое преобразование математических моделей второго порядка.
В результате этого преобразования уравнения регрессии, представленные в канонической форме, имеют вид:
Уо - 97,2 = -10,7X" - 5,5Х22 - 9,1Х32. (4)
Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют одинаковые знаки, то поверхности откликов, описанные уравнением (3), представляют семейство эллипсов с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.
1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 О 0,2 0,4 0,6 0,8 1
XI
Рис. 5. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов Х1 и Х2 на равномерность распределения семян в проемы сошника при Х3 = -0,24
тм(ж/жаУлЯжжжЕ\ ч1ш:шншм:ю;гаГлК фк\
ШШЧШ.ШШАЪГаЪКРЖ
ИШИШИкШ
жпшжккик ■лпнитхилла!
ШШЛ\1\1ХШО№АЯЯЯВ№
ш\т\т\н»№йжкав№
т\ч\\\и\кд«к*аавБ91
п\\кшкккя*вбиг!
Рис. 6. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов и Х3 на равномерность распределения семян в проемы сошника при %2 = 0,64
|Ш!1«мип»иинкаав
ППИ1ЧНН111«1ЛВЯ
»Ап«кажк»вк1Я1
КАОюуйкийквка
\>\\УХ»«К№310й1йй
КККККЯЗЯЯЗВвв
кккккккзззз&г
Рис. 7. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов Х2 и Х3 на равномерность распределения семян в проемы сошника при Х-1
0,68
При рассмотрении двухмерных сечений поверхности отклика по уравнению (3) относительно факторов угла между первой и второй ячейками на высевающем диске (хх), угла между второй и третьей ячейками (х2), высотой семянаправителя (х3) по
критерию оптимизации, они были решены графически.
Результаты решения графическим методом наложения двухмерных сечений представлены на рисунках 5, 6, 7. Координаты центров поверхностей для равномерности распределения семян в проемы сошника находятся в точках: хг = 0,68, х2 = 0,64, х3 = -0,24. Раскодировав значения параметров в оптимальной точке,
приняли, что хх = Д = 48,4°, х2 = А = 43 ,2°, а х3 = Нс = 42,6мм . При этом оптимальное значение равномерности распределения семян в проемы сошника в центре поверхности
Уо = 97,2 %
Таким образом, с помощью двухмерных сечений нами были определены оптимальные значения факторов, наиболее влияющих на процесс распределения семян в проемы сошника, обеспечивающие допустимую по техническим условиям равномерность не ниже 95 %.
Для проверки наших расчетов были проведены опыты в лабораторных и полевых условиях. Также сеялка для разноглубинного посева внедрялась в посевной комплекс машин в КФХ Ширяева А.М. и в Быковской бахчевой селекционной опытной станции. Результаты показали, что улучшается качество посева, возрастает всхожесть семян на 2,94,8 % и урожайность увеличивается на 30 %. Следовательно, описанная выше технология позволяет обеспечить хотя бы для одного семени оптимальные условия для развития растения.
Кроме того, при неблагоприятных погодных условиях поздневесенние заморозки и действие ветров могут уничтожить только часть всходов, а при благоприятных -лишние растения из рядков убираются проведением прополок.
Таким образом, данная конструкция сеялки обеспечивает получение устойчивых всходов и гарантированных урожаев бахчевых культур в почвенно-климатических условиях с резко континентальным климатом.
Библиографический список
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. Быковский, Ю.А. Рекомендации по выращиванию бахчевых культур в Волгоградской области / Ю.А. Быковский, К.П. Синча, О.П. Варивода и др. - Волгоград, 2002. - 51с.
3. Маркова, Е.В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента / Е.В. Маркова, А.А. Лисенков. - М.: Наука, 1979. - 348 с.
4. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
