Аннотация: Предложена конструкция высевающего аппарата для высева семян мелкосеменных культур, обеспечивающая повышение равномерности распределения семенного материала по площади питания. Представлены результаты экспериментальных исследований.
Выпуск: №3 / 2019 (июль — сентябрь)
УДК: 631.331.54
Автор(ы): Овчинников Владимир Анатольевич
кандидат технических наук, доцент, кафедра мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва», г. Саранск
Страна: Россия
Библиографическое описание статьи для цитирования: Овчинников В. А. Высевающий аппарат [Электронный ресурс] / В. А. Овчинников // Современные проблемы территориального развития : электрон. журн. – 2019. – № 3. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 МГц ; 128 Мб ; 10 Мб ; Windows XP/Vista/7/8/10 ; Acrobat 6 х.
На современном этапе развития сельскохозяйственного производства представляется нецелесообразным разрабатывать и выпускать однооперационные или специальные машины и орудия [1, 2, 3].
В связи с этим для расширения возможностей использования специальной сеялки СМН-12, на посеве семян мелкосеменных культур, на кафедре МЭС и СХМ им. профессора А. И. Лещанкина Мордовского государственного университета разработан высевающий аппарат (рис. 1) [4, 5, 6].
1 – высевающий диск; 2 – ячейки; 3 – зубчатка; 4 – планка; 5 – корпус; 6 – отражатель; 7 – вставка
Рис. 1. Высевающий аппарат
Высевающий аппарат включает корпус 5, в котором на оси установлена зубчатка 3 с закрепленным на ней высевающим диском 1 с ячейками 2. К верхней части корпуса 5 жестко присоединена планка 4 с отражателем 6, регулирующий высев семян. Отражатель выполнен из эластичного материала.
Процесс работы высевающего аппарата протекает следующим образом. Семена в бункере, самотеком поступают в зону загрузки и заполняют ячейки 2 высевающего диска 1. Отражатель 6 регулирует процесс высева, удаляя лишние семена из ячеек. В процессе транспортировки семян отсутствует их движение в виде активного слоя. Данное явление препятствует их повреждению. В зоне выгрузки семена под тяжестью собственного веса падают на дно борозды, сформированной сошником.
Исследования процесса высева семян разработанным высевающим аппаратом проводились на экспериментальной установке (рис. 2). Установка состоит из ленточного транспортера, имитирующего движение посевного агрегата и установленного над ним экспериментального высевающего аппарата. Привод высевающего аппарата и движение ленточного транспортера осуществляется от электродвигателя переменного тока. Частота вращения высевающего диска и скорость ленты изменяется многоступенчатым редуктором и при помощи сменных звездочек.
1 – электродвигатель привода ленточного транспортера; 2 – пульт управления; 3, 4 – многоступенчатый редуктор; 5 – высевающий диск; 6 – высевающий аппарат; 7 – привод высевающего аппарата со сменными звездочками; 8 – электродвигатель; 9 – ленточный транспортер
Рис. 2. Экспериментальная установка
Целью экспериментальных исследований является построение математической модели технологического процесса высева семян мелкосеменных культур, определение основных конструктивных параметров и режимов работы высевающего аппарата.
Процесс работы высевающего аппарата находится в сложной зависимости от ряда факторов.
На основании поисковых исследований было выбрано пять основных факторов (х1 – окружная скорость диска; х2 – скорость МТА; х3 – глубина ячеек; х4 – диаметр ячеек; х5 – количество ячеек на высевающем диске) и диапазоны их варьирования табл. 1. Остальными малозначимыми факторами можно было пренебречь.
Таблица 1.
Интервалы и уровни варьирования факторов
| Независимые переменные | Уровни варьирования | ||
| -1 | 0 | +1 | |
| х1 , м/с | 0,12 | 0,185 | 0,25 |
| х2, км/ч | 3,4 | 5,45 | 7,5 |
| х3, мм | 1 | 1,5 | 2 |
| х4 , мм | 2,5 | 3,75 | 5 |
| х5 , шт. | 60 | 70 | 80 |
При исследованиях процесса работы экспериментального высевающего аппарата проводились замеры:
- Частоты вращения высевающего диска;
- Равномерности распределения семян вдоль рядка;
- Равномерности распределения семян поперек рядка;
- Количества гнезд на погонном метре;
- Числа зерен в гнезде;
- Скорости движения ленточного транспортера.
В качестве целевой функции принимаем норму высева, определяемую по формуле:
где N – количество семян на погонный метр, шт;
l – среднее расстояние между соседними гнездами, м;
B – ширина междурядья, B=0,45 м;
n – количество гнезд на погонный метр, шт.
Для оценки целевой функции введем качественные критерии процесса высева. В качестве критерия принимаем:
- неравномерность средней длины между гнездами %:
где Δ l – разница между максимальной и минимальной длиной между гнездами в погонном метре;
l – среднее расстояние между гнездами в погонном метре.
- неравномерность числа семян в одном гнезде %:
где Ni – число семян в iом гнезде;
N – среднее число семян;
n – количество гнезд.
В соответствии с СТО АИСТ 10 5.6-2003 неравномерность высева мелкосеменных культур должна составлять не более 9 %.
Для описания процесса высева мелкосеменных культур используем дробно-факторный эксперимент [7]. В таблице 2 представлен план эксперимента N=2k-1 и подсчитаны значения критерий.
Таблица 2.
План дробнофакторного эксперимента
| Номер опыта | Независимые факторы | Значения критериев оптимизации | ||||||
| х1 | х2 | х3 | х4 | х5 | ν(N) | ν(l) | Q | |
| 1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 9,3 | 9,2 | 8,4 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | 15,1 | 4,7 | 27,4 |
| 3 | -1 | 1 | -1 | 1 | 1 | 13,9 | 13,8 | 25,1 |
| 4 | 1 | 1 | -1 | -1 | 1 | 6,5 | 9,2 | 18,7 |
| 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2,0 | 14,6 | 157,4 |
| 6 | 1 | 1 | -1 | 1 | -1 | 13,7 | 7,0 | 32,5 |
| 7 | 1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 2,8 | 4,4 | 22,6 |
| 8 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 14,8 | 6,3 | 17,3 |
| 9 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 7,9 | 3,8 | 111,7 |
| 10 | 1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 2,8 | 3,9 | 67 |
| 11 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | 4,4 | 16,4 | 28,2 |
| 12 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 2,8 | 6,2 | 79 |
| 13 | 1 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1,8 | 4,2 | 200,7 |
| 14 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | 4,1 | 5,0 | 25,2 |
| 15 | 1 | -1 | 1 | -1 | 1 | 4,3 | 13,2 | 58,5 |
| 16 | -1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 2,7 | 2,5 | 56,4 |
Для реализации плана проведено 3 серии опытов в 5-и кратной повторности. Порядок проведения опытов рандомизирован. Полученные значения дисперсий суммировали и находили максимальное значение по всем опытам. Проверку однородности дисперсии проводили по критерию Кохрена. Для определения табличного значения критерия Gkp задавались уровнем значимости g=5%, числом степеней свободы.
Наблюдаемое значение критерия определяется по формуле:
где S2tmax – максимально наблюдаемая дисперсия;
В результате сравнения наблюдаемых значений критерия с критическими гипотеза об однородности была принята, т.к. Gн< Gkp.
Коэффициенты регрессии определялись по следующим формулам:
Значимость коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента. При определении критического значения t-критерия задавались уровнем значимости g=5% и степенью свободы mN t-критерий для каждого коэффициента определяли по формуле:
Kоэффициенты, у которых расчетное значение t-критерия оказалось меньше критического tкр , признавались незначимыми.
После расчета и исключения незначимых коэффициентов получены уравнения регрессии:
Норма высева:
Q=58,5+14,6х1-7,9х2+31х3+26,4х4+8,3х5+14,9х1х4-9,1х2х4+11,1х2х5+15,6х3х4. (7)
Неравномерность зерен в гнезде:
ν(N)=10,8+3,7 х1-5,7 х3+2,7 х4+4,4 х5-2,5 х1 х2-3 х1 х3+3,9 х1 х4+
3,8 х2 х3-3,5 х2 х4-5 х2 х5-5,5 х3 х4-5,3 х3 х5+ х4 х5; (8)
Hеравномерность длины между гнездами:
ν(l)=7,8+0,63 х2— х3+1,1 х5+2,5 х1 х3-0,73 х1 х4+1,47 х1X5+1,45 х2 х5— х3 х4 +1,57х3 х5. (9)
Адекватность полученных моделей проверялась по критерию Фишера. Определялось табличное значение, при этом задаваемый уровень значимости g=5% и степени свободы m (число параллельных опытов) и m1 (N—k-1) определяли дисперсию адекватности по выражению [2]:
где m – количество повторов эксперимента;
N – количество экспериментов.
Находим значение F – критерия Фишера:
Расчетное значение критерия для всех функций отклика оказалось меньше критического, следовательно, уравнения регрессии принимаем адекватными.
Анализируя полученные уравнения регрессии, делаем вывод, что с увеличением окружной скорости, диаметра, глубины и числа ячеек норма высева возрастает. При увеличении же скорости агрегата норма высева уменьшается. Наибольшее влияние на норму высева оказывают диаметр и глубина ячеек.
На неравномерность зерен в гнезде наибольшее влияние оказывают глубина ячеек и взаимодействие факторов х3,х4 – глубина ячеек и диаметр. Причем с увеличением этих факторов неравномерность уменьшается за счет уменьшения времени опорожнения семян из ячеек.
С увеличением окружной скорости, глубины ячейки и числа ячеек неравномерность длины между гнездами увеличивается.
На основании вышеприведенных уравнений регрессии делаем вывод, что все целевые функции противоречивы друг другу. Следовательно, нахождение наилучших значений факторов реализуется методами оптимизации на основе нахождения компромиссного решения. В качестве такого метода целесообразно использовать метод ЛП-поиска, отличающейся наибольшей простотой и эффективностью.
Список использованных источников
- Фирсов А. С., Голубев В. В. Перспективы развития дисковых высевающих аппаратов // Агротехника и энергообеспечение. 2015. №1. С. 18–22.
- Судакова М. С., Фирсов А. С. Анализ конструкций высевающих систем сеялок для посева мелкосеменных культур // Актуальные вопросы применения инженерной науки. Рязань : Изд-во Рязанского ГАУ, 2019. С. 94–97.
- Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев, [и др.]. М. : Росинформагротех, 2010. 292 с.
- Высевающий аппарат : пат. 88497 Российская Федерация, МПК А01С7/16 / В. А. Овчинников, Д. А. Овчинников, М. Н. Чаткин, А. Н. Седашкин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева». – № 2009128156/22; заявл. 21.07.2009; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32.
- Высевающий диск : пат. 124524 Российская Федерация, МПК А01С7/04 / В. А. Овчинников, О. А. Ягин, Н. В. Колесников; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева». – № 2012109016/13; заявл. 11.03.2012; опубл. 10.02.2013, Бюл. № 4.
- Высевающий аппарат : пат. 49670 Российская Федерация, МПК А01С7/16 / В. А. Овчинников, М. Н. Чаткин, А. Н. Седашкин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева». – № 2005120133/22; заявл. 28.06.2005; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34.
- Адлер Ю. П., Маркова Е. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М. : Наука, 1976. 279 с.
Ovchinnikov Vladimir
PhD in Technical science, associate Professor, prof. A. I. Leshchankin department of mobile power tools and agricultural machines, National Research Ogarev Mordovia State University, Saransk
SEED DISTRIBUTOR
The construction of the sowing unit for sowing of small-seed crops is proposed. It provides an increase in the uniformity of seed allocation over the feeding area. The results of experimental studies are presented.
Keywords: sowing apparatus, seeding rate, uniformity of distribution, objective function, experiment.
© АНО СНОЛД «Партнёр», 2019
© Овчинников В. А., 2019