![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/work/work-img.png)
Разработка и обоснование параметров сошника для посева с внесением удобрений ниже уровня семян
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………………..5 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………12
1.1. Анализ посевных машин для послойного внесения удобрений и посева семян зерновых культур………………………………………………………………………………..11 1.2. Способы внесения удобрений. Агротехнические требования……………………17 1.3. Способы посева семян………………………………………………………….18 1.4. Анализ конструкций сошников для посева с внесения удобрений ниже уровня семян…………………………………………………………………………22
Выводы по главе……………………………………………………………………..40 1.5. Постановка проблемы, цель работы и задачи исследования……………….40
2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО
СОШНИКА …………………………………………………………………………..42
2.1.Выбор и обоснование конструктивно-технологических схемы сошника подпочвенно-разбросного посева с одновременным внесением удобрений ниже уровня семян
2.2. Теоретические предпосылки устойчивости движения комбинированного сошника с параллелограммной навеской………………………………………….47
Выводы по главе:……………………………………………………………………60 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………………………………………..61
3.1 Методика определения физико-механических свойств почвы………………61 3.2. Конструкция экспериментального рабочего органа – комбинированного сошника………………………………………………………………………………63
3.2.1 Лабораторная установка……………………………………………………..65 3.3. Методика проведения лабораторных исследований…………………………66 3.3.1 Твердость почвы………………………………………………………………68 3.3.2 Методика определения равномерности глубины заделки семян…………..68 3
Методика планирования эксперимента……………………………………………………71
3.4.1 Априорное ранжирование факторов……………………………………………………71 3.4.2. Крутое восхождение по поверхности отклика…………………………………….73 3.4.3. Ротатабельное планирование второго порядка……………………………………78
3.5 Методика полевых испытаний………………………………………………………………….81 3.5.1 Методика определения динамики всхожести растений…………………….82
3.5.2 Метод определения равномерного распределения растений по площади………………………………………………………………………………83 3.5.3. Методика определения урожайности … …………………………………….84 3.5.4. Методика обработки данных лабораторно-полевых опытов и экспериментальных исследований………………………………………………….85 3.6. Приборы и оборудование ………………………………………………………86
РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
4. ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………………………………………..88
4.1 Технологическая схема экспериментальной сеялки………………………….87 4.2 Обоснование конструктивных параметров 95комбинированного сошника……95
4.3 Обоснование граничных значений основных параметров комбинированного сошника………………………………………………………………………………………………………..94 4.4 Результаты планирования полного факторного эксперимента…………………..99
Выводы по главе…………………………………………………………………………………………..104 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА…………………………………………106
5.1 Прямые эксплуатационные затраты денежных средств, приходящиеся на выполнение единицы наработки………………………………………………………………….106
5.1.1 Производительность техники за 1ч эксплуатационного
времени Wэк……………………………………………………………………………………………107 5.1.2 Затраты труда на проведение посевных работ…………………………107 5.1.3 Затраты денежных средств на оплату труда обслуживающего персонала………………………………………………………………………..107
5.1.4 Затраты на ГСМ…………………………………………………………..108 5.1.5 Амортизационные отчисления…………………………………………..109 5.1.6 Издержки денежных средств на вспомогательные технологические материалы……………………………………………………………………….109
5.2 Затраты денежных средств на выполнение единицы наработки…………..109 5
Показатели ресурсосбережения……………………………………………..109 5.3.1 Затраты на годовой фактический объем работы……………………….109
5.3.2 Годовой фактический объем работы новой техники с учетом агротехнических сроков………………………………………………………109 5.3.3 Годовая потребность в технике на выполнение работ…………………110 5.3.4 Годовая потребность в обслуживающем персонале…………………..110 5.3.5 Годовая потребность в моторном топливе……………………………..110 5.3.6 Капиталовложения на выполнение посевных работ………………….110
5.4 Годовая экономия совокупных затрат денежных средств…………………110
5.4.1 Годовая экономия затрат в расчете на выполнение работ техникой….110 5.4.2. Снижение себестоимости выполнения работы mc……………………..111 5.4.3 Срок окупаемости капиталовложений при выполнении годового объема работы Sкн ………………………………………………………………………………………………..111
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………………112
Библиографический список………………………………………………………115
Приложения…………………………………………………………………………..132 Приложение 1. Патент на полезную модель «Сошник комбинированный»….133 Приложение 2. Показатели определения корреляционного отношения………135
Приложение 3. Мнение специалистов о влиянии факторов на эффективность глубины заделки семян……………………………………………………………………..139 Приложение 4. Акты внедрения научно-технической разработки ……………..141
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
сформулированы цель, задачи, объект и предмет исследований, изложены научная
новизна, теоретическая, практическая значимость работы и положения, выносимые на
защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» представлены
агротехнические требования, предъявляемые к посеву и внесению удобрений, приведен
обзор и анализ существующих конструкций сошников и посевных машин. Анализ
конструкций сошников и посевных машин для посева и внесения удобрений ниже
уровня семян показывает, что работы Мухаметдинова А.М., Татарова Г.Л, Исенова К.Г.,
Демчука Е.В., Кема А.А. и других посвящены определению эксплуатационных и
конструктивных параметров сошника. Другие авторы Пяткин А.А., Габаева А.Х.,
Анутова Р.М., Сарсенова А.Е. и другие в своих исследованиях данный вопрос
рассматривают с точки зрения устойчивости движения сошника в зависимости от угла
отклонения поводка относительно вертикальной плоскости. Ими разработаны
косинусоидальные, синусоидальные и другие зависимости, характеризующие угол
отклонения поводкового механизма подвески сошника от равновесного положения,
который влияет на неравномерность глубины заделки семян в рамках агротехнических
требований (±1см) для глубины хода сошника 6…8 см.
Однако не полностью исследованы вопросы разработки аналитической
зависимости, связывающего устойчивость движения сошника с параллелограммой
подвеской и его оптимальных эксплуатационно-технологических параметров в условиях
сухостепной зоны Республики Бурятия.
Во второй главеТеоретические исследования даны общие принципы
моделирования. Система сошника представляется поводком, который одним концом
шарнирно укреплен на горизонтальном брусе, а на другом конце несет жестко
приделанный сошник. Таким образом, система сошника является телом, свободно
вращающимся около горизонтальной оси, параллельной поводковому брусу, иными
словами, телом с одной степенью свободы. Сошник, вообще говоря, не имеет основания и
опирается на одну точку; следовательно, реакция опоры и сопротивление почвы в этой
точке неотделимы. В основном исследователи по данной тематике отмечают, что общее
сопротивление сошника зависит от его конструктивных параметров и физико-
механических свойств почвы и рассматривают технологический процесс взаимодействия
сошника с почвой. Вместе с тем устойчивость хода комбинированного сошника по
глубине заделки семян является важной составляющей.
При движении лапового сошника в почве возникают силы, которые оказывают
влияние на устойчивое движение. При движении в сошниковой системе возникают силы
(рис. 1):- Gс– сила тяжести сошника;- G П – сила тяжести поводков;- F –сила нажатия
пружины;R=RX+RY -сила сопротивления почвы на сошник
Рисунок 1 – схема действующих сил на сошник
Данные силы во время движения должны быть в равновесии. Все силы,
действующие на сошниковую систему силы Rx и Ry претерпевают значительные
изменения. Они оказывают влияние на отклонение рабочего органа во время работы.
Отклонения рабочего органа возникает как в вертикальной, так и горизонтальной
плоскостях. Рассмотрим факторы, влияющие на отклонение рабочего органа
относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей.
Кинетическая энергия системы (рис.1) состоит из кинетической энергии сошника и
кинетической энергии поводка
Т=Тс+Тп(1)
Данные значения определятся по формулам
V2
Т с = mc c – кинетическая энергия сошника;(2)
ωп2
Тп = Jп
– кинетическая энергия поводка; (3)
Vc – скорость центра масс сошника; Скорость центра масс сошника определится по
формуле:Vc = Vcx2 + Vcy2 (рис.2)(4)
где Vcx – проекция скорости ц.масс сошника на ось Х;
Vcy – проекция скорости ц.масс сошника на ось Y;
Рисунок 2 – Проекции скоростей
Кинетическая энергия системы запишется в виде:
T = Tc + 2TП =
mc 2
[]
VП − 2VПϕ& ⋅ l cos ϕ + (ϕ& ) l 2 + J П (ϕ& ) ;
(5)
mП l 2
гдеJП =– приведенный момент инерции поводка;
Находим частные производные
дT mc
=2VП ϕ& ⋅ l sin ϕ = mcV Пϕ& ⋅ l sin ϕ
дϕ2
дTmm 2m l 24
= − c 2VПl cosϕ + 2ϕ& ⋅ l 2 ⋅ c + П ϕ& = −mcVПl cosϕ + ϕ&l 2mc + mПl 2 ;(6)
дϕ
&2233
Обобщенная сила Qφ равна сумме моментов сил действующих на сошниковую систему
относительно т.О навески сошника в функции угла поворота φ;
Такими силами являются:
Gс – сила тяжести сошника;
GП – сила тяжести поводка;
F – сила нажатия пружины;
R=RX+RY – сила сопротивления почвы на сошник;
Таким образом правая часть уравнения (4) запишется для равновесного состояния
системы соответствующее углу поворота поводка:
φ=φ0
Отсюда следует:
Qϕ = ∑M0 (FKϕ ) = Gcl sinϕ0 + 2GП sinϕ0 + F sinϕ0 − RX ⋅ (H1 + l cosϕ0 ) − RX l sinϕ0 ;
ll
(7)
Выполнив преобразования, получим формулу
A = l (Gc + G П + − RY ) cos ϕ 0 + R X sin ϕ 0
F(8)
2
− R Y ) sin ϕ 0 − R X cos ϕ 0
F
B = l G c + G П +
2
J0B
A t +
B
ln
+
AA
eотсюда получим значение угла φ
BJ0 A
ϕ+=
A t + J 0 ln B
A
AA
2e
J0
J0B
A 2 t +
B
ln
A
+
A
e
J0 AB(9)
ϕ=
−
J
t + 0 ln BA
A
AA
2e
J0
Подставив значения коэффициентов А и В в формулу (16) и предварительно их упростив
A = l (Gc + G П + − RY ) cos ϕ 0 + R X sin ϕ 0 ;
F(10)
2
B = l Gc + GП + − RY )sin ϕ 0 − RX cosϕ 0 ;
F
2
получим выражение, в которое можно подставлять числовые значения для получения угла
отклонения поводка параллелограммного механизма навески сошника.
В третьей главе поставлены цели и сформулированы задачи экспериментальных
исследований. Цель экспериментальных исследований проверить адекватность
теоретических предпосылок реальному процессу. Изложена программа и методика
экспериментальных исследований.
Применение планирования эксперимента при оптимизации параметров сошника
возникает необходимость в решении компромиссных экстремальных задач, в первую
очередь выбирается критерий оптимизации, который имеет ясный физический смысл и
количественную оценку. Нами, в качестве критерия оптимизации была выбрана
неравномерность глубины заделки семян зерновых культур комбинированным сошником,
которая коррелируется с устойчивостью хода сошника по глубине и стремиться к
минимуму.
При проведении экспериментов использовался как эмпирический, так и
теоретический метод познания. Теоретические исследования подразумевают определение
зависимости отклонения угла поводка от равновесного положения параллелограмной
навески сеялки.
Для решения поставленных задач, с учетом принятых научных гипотез была
составлена программа экспериментальных исследований, которая содержит:
-разработка и изготовление макета лапового сошника для послойного посева
семян и внесения удобрений, учитывающее результаты аналитического обзора и
проведенных теоретических исследований;
-разработка и изготовление установки для проведения лабораторных
исследований с установленным макетом экспериментального сошника;
-установка необходимых контрольно-измерительных приборов и оборудования, а
так же изготовление для них креплений;
-получение оценочных показателей, описывающих процесс влияния изменения
угла поводка параллелограмной навески на распределение семян по площади и
устойчивости хода сошника.
-проведение лабораторных и полевых исследований с применением
экспериментального и серийного сошников, для сравнения полученных результатов.
-Проведение однофакторных экспериментов по нахождению зависимостей z –
жесткость пружины, н/мм; Fn – усилие, создаваемое пружиной, Н; v- скорость движения
агрегата, м/с β – угол заострения клина туконаправителя, ; h – расстояние между уровнями
семян и удобрений, мм; l – длина поводка звена параллелограмного механизма, м;
влияющих на заделку семян осуществлялось в соответствии с установленной методикой
математической статистики, с применением ЭВМ и программного обеспечения
STATISTICA 7и Microsoft Office Excel 2007. При обработке результатов
экспериментальных исследований были использованы основы теории случайных ошибок
и методов оценки случайных погрешностей в измерениях.
Лабораторные исследования проведены с целью уточнения основных параметров
влияющих на глубину заделки и устойчивость хода сошника.
Программа исследований включала в себя:
-проверку теоретических данных по обоснованию параметров рабочего органа
сошника;
-разработку и испытание экспериментального сошника;
-подтверждение теоретических положений оптимальных параметров рабочего
органа сошника.
Перед началом экспериментов определялись условия испытаний: влажность,
плотность, твердость почвы.
При проведении экспериментов был применении полный факторный
эксперимент, где поверхность отклика представлена в виде сечения.
Значимость коэффициентов уравнения регрессии определялось по t-критерию
Стьюдента.
Рисунок 3 –Сошник комбинированный
Лаповый сошник содержит стрельчатую лапу 1, прикрепленную к стойке 2,
туконаправитель 3, направитель семян 4, нож туконаправителя 5, скатную пластину 6.
Устройство работает следующим образом, стрельчатая лапа 1 подрезает пласт и рыхлит
почвенный слой. Семена зерновых культур по семяпроводу поступают в направитель
семян 4, откуда на скатную пластину 6, где семенной поток рассеивается по семенному
ложу 9 полосой до 10-12 сантиметров в подсошниковом пространстве. Нож-
тукораспределитель 3 имеющий форму клина подрезает слой почвы, образует ложе 7 для
удобрений расположенный ниже уровня семян.При движении сошник должен
обеспечивать почвенную прослойку между ложем семян и ложем удобрений.
Для проведения экспериментов была переоборудована экспериментальная
установка, находящаяся в почвенном канале кафедре Механизация сельскохозяйственных
процессов ФГБОУ ВО БГСХА имени В.Р. Филиппова.
Рисунок 4 – Схема лабораторной установки: 1-электрический щит, 2-электродвигатель, 3-
жидкостной реостат, 4 – барабан с тросом,5-станина, 6- цепной привод, 7-семенной ящик, 8-
высевающий механизм, 9-Экспериментальный рабочий орган (лаповый сошник), 10- семяпровод,
11- подъемный механизм, 12- стабилизатор, 13-рельсы,14-почвенный канал, 15-каретка.
В четвертой главе представлены основные результаты теоретических,
лабораторных и полевых испытаний. Для обоснования граничных значений основных
параметров комбинированного сошника прибегаем к математическому расчету,
позволяющему дать числовую оценку степени взаимной связи между явлениями.
Криволинейные зависимости принято оценивать корреляционным отношением. Чем
больше значение корреляционного отношения, тем теснее корреляционная связь. Если оно
равно нулю – связь отсутствует, если единице – то полная корреляционная связь между
явлениями.
Корреляционное отношение определяется через отношение межгрупповой
дисперсии к общей дисперсии.
η = σмг д / σоб д ,
где σ мг д – межгрупповая дисперсия, которая отражает частные средние значения
одного параметра, определяемые для каждого интервала со среднеклассным значением
другого параметра;
σоб д – общая дисперсия, которая отражает средние значения одного параметра,
определяемые для каждого интервала со среднеклассным значением другого параметра.
Для изучения влияния скорости посевного агрегата на равномерность
распределения семян по глубине скорость агрегата изменяли в интервале от 1,5 до 3,0 м/с.
Глубину заделки семян определяли по этилированной части растений после появления не
менее 75 % всходов по всей ширине захвата в двух проходах сеялки.
Рисунок 5 — Зависимость неравномерности заделки семян (η) от скорости движения
агрегата (V, м/с)
Корреляционная связь между величиной показателя неравномерности заделки
семянпо глубине (η) и скоростью агрегата (V, м/с) выражается уравнением
параболической функции (11):
y = – 0,19×2 + 0,937x – 0,3875 при R² = 0,8682(11)
Из анализа полученной зависимости можно сделать вывод, что корреляционное
отношение составляет η=0,8, характер связи сильный. Значит, скорость агрегата
оказывает значительное влияние на равномерность заделки семян зерновых культур по
глубине. Оптимальным значением скорости агрегата можно считать интервал значений от
2,25 до 2,5 м/с, дальнейшее увеличение скорости приводит к резкому увеличению
неравномерности заделки семян по глубине (рисунок 5.).
Корреляционная связь между величиной показателя неравномерности заделки
семян по глубине (η) и усилия, создаваемого пружины (F, Н) выражается уравнением
параболической функции (12):
y = -0,0001×2 + 0,0715x – 7,714 при R² = 0,9905(12)
Рациональные усилия пружины согласно данным исследований можно считать
интервал значений от 200 до 240 Н (рисунок 6.). Дальнейшее увеличение усилия пружины
ведет к заглублению сошника, вызывает значительные колебания сошника в вертикальной
плоскости, следовательно, возрастает неравномерность заделки семян по глубине.
Рисунок 6 – Зависимость неравномерности заделки семян
(η) от усилия, создаваемого пружиной (F, Н)
Корреляционная связь между величиной показателя неравномерности заделки
семян по глубине (η) и углом клина туконаправителя (β, град.) выражается уравнением
параболической функции (13):
y = -0,0004×2 + 0,0256x + 0,4 при R² = 0,8492(13)
Оптимальным значением угла клина туконаправителя можно считать интервал
значений от 28 до 35 градусов (рисунок 7)
Рисунок 7 – Зависимость неравномерности заделки семян
(η) от угла клина туконаправителя (β, град)
Обработка экспериментальных исследований позволила выявить, что
неравномерность глубины заделки семян на глубину 7 см находятся в достаточно тесной
связи с включенными в модель параметрами. Так, теснота связи между неравномерностью
глубины заделки семян и параметрами сошника в виде корреляционного отношения
составляет η=0,8. Причем общая дисперсия составляет σоб д = 0,9 см, межгрупповая
дисперсия σмг д = 0,72 см при скорости движения сошника v=2,5 м/с
Исследования по обоснованию оптимальных параметров сошника проводились с
применением методики планирования эксперимента. Планирование эксперимента в
первую очередь связано с установлением количественных связей между входными и
выходными параметрами изучаемой системы. Выходные параметры, которые
представляют целевую функцию и являются критериями оптимизации. Желательно,
чтобы критерий оптимизации имел физический смысл и количественную оценку по
форме, но и технологичным по содержанию. Нами, в качестве критерия оптимизации
была выбрана неравномерность глубины заделки семян комбинированным сошником,
которая стремиться к минимальному значению.
Цел евая ф ун кци я и меет вид :
у = f ( х 1 , х 2 , . . . , х k ),(14)
где у – параметр (критерий) оптимизации; х1, х2,…, х k — независимые
переменные (факторы).
Из анализа исследований по данной тематике выбрано 6 факторов влияющих на
глубину заделки семян: z – жесткость пружины, н/м; Fn – усилие, создаваемое пружиной,
Н; V – скорость движения агрегата, м/с; β – угол клина туконаправителя, град; h –
расстояние между уровнями семян и удобрений, мм; l – длина поводка звена
параллелограмного механизма, м;
Таблица 1 – Ранжирование факторов
УсловнУровеньЗначимость факторов по
оеварьированиястепени влияния на параметр
Факторыфакторовоптимизации
обозна
чениенижний верхний12345
усилие, создаваемое
X120024053556
пружиной, Н;
угол клина
X2204034232
туконаправителя, град;
скорость движения агрегата,
X31,52,541423
м/с
расстояние между уровнями
X4254565144
семян и удобрений, мм;
длина поводка
X5параллелограммного27030016665
механизма, мм;
X6жесткость пружины, Н/м;61222311
Для выбора наиболее значимых факторов использовано априорное ранжирование
факторов, основанного на методах ранговой корреляции.
Таблица 2 – Факторы, влияющие на глубину заделки семян
ОбозначениеУровни
кодирнатурНаименование факторовварьирования
видвид-1+1
X1zжесткость пружины, Н/м;612
X2βугол клина туконаправителя, град;2040
X3vскорость движения агрегата, м/с1,52,5
X4hрасстояние между уровнями семян и удобрений, мм;2545
X5lдлина поводка параллелограммного механизма, мм;270300
X6Fnусилие, создаваемое пружиной, Н;200240
После ранжирования и выбора значимых факторов целевая функция (14)
принимает вид:
y = f (x1, x2, x3)(15)
Эксперименты проводились в почвенном канале кафедры “Механизация
сельскохозяйственных процессов” ФГБОУ ВО БГСХА им. В.Р. Филиппова (рисунок 11).
Для проведения экспериментов была построена матрица полного факторного
эксперимента вида 23.
Таблица 3 – Матрица экспериментов
№Fп – усилие,β – угол заостренияv-Корреляционное
п/псоздаваемоеклинаскоростьотношение, η
пружиной, Нтуконаправителя,движения
градагрегата,
м/с
120051,750,56
22051020,65
3210152,250,8
4235202,50,82
5230252,750,85
6230302,50,85
7225352,250,8
82204020,78
9215451,50,75
В результате проведенного многофакторного эксперимента получена
математическая модель в виде уравнения регрессии второго порядка, которая позволяет
проводить ее анализ на предмет экстремума, чтобы получить оптимальный вариант
сочетания факторов в исследуемом объекте с целью отыскания режима оптимального
функционирования для выбранных факторов:
y = 46,22 – 21,128 • х1 – 16,247 • х2 -11,82 • х3 + 0,21 • х12 + 0,16 • х22 +
+ 0,12 х32 +0,0013 х1 х2 +0,0013 х1 х3 – 0,0015 х2 х3.(16)
Анализ данного уравнения по критерию Фишера показывает, что выбранные
факторы можно считать значимыми с 95% -ной достоверностью.
Далее проводим анализ уравнения регрессии (3) в зависимости от комбинации
параметров. Интерпретация результатов исследования облегчается при изучении
поверхности отклика с помощью двухмерных сечений.
1)Рассмотрим Х1 и Х2 при Х3 = 0 (нулевой уровень). Тогда получим уравнение
Y=950,3465-63,3735Х1-9,1293Х2+2,9227Х1Х2+0,2644Х12+0,2956Х22(17)
Рассмотрим корреляционное отношение, характеризующее глубину заделки
семян в зависимости от Х1 и Х2 при стабилизации Х3 на нулевом уровне
Рисунок 8 – Сечение поверхности отклика, характеризующее корреляционное отношение
(η) учитывающего тесноту связи неравномерности распределения семян по глубине заделки в
зависимости от усилия пружины (Fп) и угла клина туконаправителя (β)
Анализ сечений показывает оптимум корреляционного отношения η=0,8 при
значениях: усилие, создаваемое пружиной Fп =227 Н; угол клина туконаправителя β=28°.
2)Рассмотрим влияние факторов Х1 и Х3 на равномерность распределения
семян по глубине заделки при стабилизации Х2 на нулевом уровне. Тогда получим
уравнение регрессии второго порядка
Y = 101,4577-1,6634 X1-36,2523 X3+0,0688X1X3+0,326X21+5,84662X32(18)
Рассмотрим коэффициент корреляции, характеризующее глубину заделки семян в
зависимости от Х1 и Х3 при стабилизации Х2 на нулевом уровне (рис.9).
Рисунок 9 – Сечение поверхности отклика, характеризующее корреляционного
отношения (η) учитывающего тесноту связи неравномерности распределения семян по глубине
заделки в зависимости от усилия пружины (Fп) и скорости передвижения (V).
Анализ сечения поверхности отклика показал, что оптимальное значение
корреляционного отношения η=0,8 может быть обеспечена при следующих факторов:
усилие, создаваемое пружиной Fп =228 Н; скорость передвижения V=2,15 м/с.
3)Рассмотрим влияние факторов Х2 и Х3 на плотность почвы после прохода
катка при стабилизации Х1 на нулевом уровне. Тогда получим уравнение регрессии
второго порядка
Y= 42,9868+3,103 X2-44,6 X3-0,040 X2X3+0,1813X22+6,3674X32 (19)
Рассмотрим корреляционное отношение, характеризующее глубину заделки
семян в зависимости от Х2 и Х3 при стабилизации Х1 на нулевом уровне
Рисунок 10 – Сечение поверхности отклика, характеризующее корреляционное
отношение (η) учитывающего тесноту связи неравномерности распределения семян по глубине
заделки в зависимости от угла клина туконаправителя (β) и скорости передвижения сошника (V)
Анализ сечения показал, что оптимальные значения корреляционного отношения
η=0,8 учитывающего неравномерность глубины заделки семян может быть обеспечена
при следующих факторов: угол клина туконаправителя β=24°; скорость передвижения
v=2, 16 м/с;
Для проверки теоретических расчетов нами были проведены полевые испытания
зерновой сеялки с экспериментальными сошниками. Испытания были проведены на
опытных полях ФГБОУ ВО БГСХА имени В.Р. Филиппова, при посеве пшеницы сорта
«Бурятская – 79». С тремя повторениями опыта на территории и тремя повторениями по
времени. Посев проводился на выделенных делянах с применением экспериментальной
сеялки в агрегате с трактором МТЗ-82.
Рисунок 11−Экспериментальный посевной
агрегат
Рисунок 12 – Полевые испытания экспериментального сошника
Агротехническая оценка проводилась согласно отраслевому стандарту, были
проведены фенологические наблюдения, а так же зафиксированы основные показатели
развития растений. Применение сеялки с экспериментальными сошниками позволило
добиться более высоких показателей кустистости и хлебостоя в сравнении с
существующими посевными агрегатами. Внедрение комбинированного сошника
позволило добиться повышения урожайности.
В пятой главе проведена экономическая оценка эффективности основных
результатов исследования. Экспериментальные исследования, а так же практическое
применение указывают на то, что использование комбинированного сошника позволяет
создать оптимальную площадь питания каждому растению, что приводит к более
дружным всходам и увеличению урожайности в условиях Забайкалья. Использование
экспериментального сошника позволило обеспечить экономию денежных средств в
размере 66395 рублей (цены 2020 г).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.Анализ существующих конструкций сошников сеялок для посева зерновых
культур и внесения удобрений ниже уровня семян показал, что, несмотря на их
многообразие, не всегда обеспечиваются их равномерное распределение по глубине
посева. Этот недостаток, возможно, устранить за счет обоснования конструктивных
параметров комбинированного сошника включающего параллелограммную подвеску,
который обеспечивает устойчивость движения в вертикальной плоскости, что сказывается
на улучшении равномерности заделки семян по глубине.
2.Теоретическими исследованиями разработана экспонентная зависимость
угла отклонения параллелограммной подвески сошника от равновесного положения (φ0),
характеризующая устойчивость хода по глубине учетом значений высоты подвеса и
длины поводка. Установлено, что сошник при угле отклонения параллелограммного
механизма φ= 1,48 град, обеспечивает устойчивость хода по глубине посева 6…7 см при
следующих параметрах: равновесное положение φ0 = 60 град, высота подвеса сошника
Н1 = 0,37м, длина поводка l = 0,4 м.
3.Разработана математическая модель функционирования сошника для посева
зерновых культур с внесением удобрений ниже уровня семян, обеспечивающего
оптимальное размещение по глубине заделки и выявления закономерностей взаимосвязей
от комбинации параметров для описания области оптимума, позволяющих обеспечить
наиболее полное удовлетворение агротехнических требований. По результатам полных
факторных экспериментов получено среднее значение глубины заделки семян h=6,97 cм.,
при значении факторов: усилие, создаваемой пружиной Fп =220…228 Н, угол клина
туконаправителя β = 24…30 град и скорость передвижения агрегата v = 2,2…2,6 м/с.
4.Обработка экспериментальных исследований позволила установить, что
неравномерность глубины заделки семян на глубину 7 см находятся в достаточно тесной
связи с включенными в модель параметрами. Так, теснота связи между неравномерностью
глубины заделки семян и параметрами сошника в виде корреляционного отношения
составляет η=0,8. Причем общая дисперсия составляет σобд = 0,9 см, межгрупповая
дисперсия σмг д = 0,72 см при скорости движения сошника v=2,5 м/с
5.Производственные испытания позволили установить эффективность
зерновой сеялки с модернизированными сошниками при посеве зерновых культур:
повышение полевой всхожести за счет улучшения усвояемости удобрений приводит к
сокращению срока появления всходов на 2…3 дня, в интервале глубины заделки семян
0,06…0,07 м. размещено 87 % общего количества семян против 75 % семян, заделанных
серийным сошником, что дает прибавку урожая на 13…15 %. Годовой экономический
эффект от внедрения зерновой сеялки СЗП-3,6А-02Б с предлагаемыми сошниками при
нормативной годовой загрузке составляет 66395 руб.
Рекомендации производству. Полученные результаты могут быть использованы
при проектировании сошников зерновых сеялок для посева с внесением удобрений ниже
уровня семян в условиях сухой степи Забайкалья.
Перспективы дальнейшей разработки темы. В дальнейшем планируется
провести исследования по разработке новых конструкций сошников для посева зерновых
культур с внесением удобрений ниже уровня семян, обосновать их конструктивные
параметры и оценить на предмет выполнения агротехнических требований посева, а также
провести теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию
конструктивных параметров параллелограммного механизма подвески сошника.
В технологии возделывания зерновых культур одной из основных операций является посев. При этом одним из главных факторов качественного посева является заделка семян на заданную глубину. Рекомендуемая глубина посева семян в сухой степи Республики Бурятия составляет 6…8 см. При отклонении от заданной глубины заделки семян снижается урожайность культуры. Соблюдение агротехнических требований при посеве и внесении минеральных удобрений выполняемых сошниками является важным параметром [1, 3, 4].
В настоящее время посев зерновых культур производится сеялками, однако качество посева, не в полной мере отвечает агротехническим требованиям. Анализ существующих исследований показывают, что важнейшим резервом устойчивого производства зерна является внедрение новых комбинированных посевных машин и их рабочих органов. В современных условиях широко применяются ресурсосберегающие технологии посева. В ресурсосберегающей технологии качественный посев характеризует два фактора. Во-первых, равномерное распределение семян по площади питания и глубине заделки. Во- вторых, внесение минеральных удобрений ниже уровня семян [1, 12, 24, 25, 126]. При этом предпочтительные комбинированные посевные машины, выполняющие за один проход несколько технологических операций (предпосевная культивация, посев, внесение удобрений, прикатывание). Однако сеялки-культиваторы с комбинированными сошниками для посева зерновых культур в настоящее время недостаточно полно исследованы.
В связи с этим работа, посвященная разработке сошника с параллелограммной подвеской для подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян, которая способствует равномерному распределению семян по площади питания, глубине заделки и безопасной усвояемости удобрений имеют важное экономическое и хозяйственное значение для сельского хозяйства Бурятии. Степень разработанности темы. Анализ конструкций сошников и посевных машин для посева семян и внесения удобрений ниже уровня семян показывает, что работы Мухаметдинова А.М., Татарова Г.Л, Исенова К.Г., Демчука Е.В., Кема А.А. и других посвящены определению эксплуатационных и конструктивных параметров сошника. Авторы Пяткин А.А., Габаев А.Х., Анутов Р.М., Сарсенов А.Е. и другие в своих исследованиях данный вопрос рассматривают с точки зрения устойчивости движения сошника в зависимости от угла отклонения поводка относительно вертикальной плоскости. Ими разработаны косинусоидальные, синусоидальные и другие зависимости, характеризующие угол отклонения поводкового механизма подвески сошника от равновесного положения, который влияет на неравномерность глубины заделки семян в рамках агротехнических требований (±1см) для глубины хода сошника 6…8 см.
Однако не полностью исследованы вопросы разработки аналитической зависимости, связывающего устойчивость движения сошника с параллелограммой подвеской и его оптимальных эксплуатационно- технологических параметров в условиях сухостепной зоны Республики Бурятия.
Актуальность темы исследования. Повышение эффективности производства зерна возможно на основе применения современных энерго- и ресурсосберегающих технологий, разработки и внедрения новых машин и их рабочих органов. Сегодня наиболее востребованными являются посевные машины и комплексы, выполняющие за один проход предпосевную культивацию, посев, внесение удобрений, прикатывание с соблюдением агротехнических требований. В технологическом процессе возделывания зерновых культур важную роль играет посев, в частности, заделка семян сошниками на заданную глубину.
В почвенно-климатических условиях Республики Бурятия существующие способы посева не всегда оправдывают себя вследствие холодной весны с отсутствием почвенной влаги. Низкая полевая всхожесть зерновых объясняется тем, что в условиях Бурятии посевной слой почвы в весенний период часто бывает в иссушенном состоянии и для получения всходов вынуждены увеличить норму высева и глубину заделки семян до 6…8 см (до влажного слоя). При отклонении от заданной глубины заделки семян снижается урожайность культуры. Посев с одновременным внесением удобрений приводит к негативному химическому воздействию семян и в последующем снижением темпа развития растений. Наиболее благоприятным является подпочвенный полосовой посев с внесением удобрений ниже уровня семян, это позволяет иметь семенам рациональную площадь питания и в дальнейшем развиваться в направлении
источника питания, образуя мощную корневую систему.
Существующие в настоящее время сошники сеялок не достаточно полно
отвечают агротехническим требованиям (число семян, заделанных на заданной глубине, распределение семян в рядке) при посеве семян зерновых культур, так как отсутствуют устройства, позволяющие сошникам одновременно копировать рельеф поля и рассеивать семена полосой на заданной глубине.
Поэтому исследования, посвященные разработке сошника, имеющего параллелограммую подвеску для подпочвенного полосового посева зерновых культур с внесением удобрений ниже уровня семян и обоснованию его параметров, являются актуальными и имеют важное экономическое и хозяйственное значение для сельского хозяйства региона.
Научная гипотеза. Повышение эффективности посева зерновых культур может быть достигнуто за счет устойчивости хода сошника для подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян.
Цель исследования. Повышение эффективности возделывания зерновых культур за счет устойчивости хода сошника по глубине, осуществляющего посев с внесением удобрений ниже уровня семян.
Задачи исследования:
1.Обосновать подпочвенный полосовой посев семян зерновых культур с внесением удобрений ниже уровня семян.
2. Разработать математическую модель устойчивости движения комбинированного сошника с параллелограммной подвеской.
3. Разработать и обосновать основные параметры комбинированного сошника с параллелограммной подвеской.
4.Провести производственную проверку и определить экономическую эффективность использования экспериментальной сеялки.
Объектом исследования является технологический процесс посева зерновых культур с внесением удобрений ниже уровня семян.
Предмет исследования. Закономерности влияния устойчивости хода комбинированного сошника с параллелограммной навеской на неравномерность распределения семян по глубине.
Научная новизна
1. Разработана математическая модель устойчивости движения комбинированного сошника в вертикальной плоскости, отличающаяся экспонентной зависимостью угла отклонения параллелограммной подвески сошника от равновесного положения, характеризующая устойчивость хода в вертикальной плоскости.
2.Разработано техническое решение и на его базе совокупность математических моделей, состоящих из уравнений второго порядка, позволяющие выявить закономерности взаимосвязей от комбинации параметров сошника для описания устойчивости хода на глубине заделки семян.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана аналитическая зависимость по обоснованию угла отклонения параллелограммной подвески сошника от равновесного положения с учетом значений высоты подвеса и длины поводка в технологии ресурсосберегающего земледелия, получены теоретические зависимости на основе планирования эксперимента, уточняющие влияние конструктивно-режимных параметров сошника с его устойчивостью по глубине хода. Усовершенствован агротехнологический прием посева зерновых культур путем подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян и конструктивно-технологическая схема экспериментального сошника. Применение комбинированного сошника для подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян для посева зерновых культур в сухостепной зоне Бурятии позволяет повысить урожайность на 13-15 %.
Методы исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях в качестве основных методик использовались основные положения законов и методов классической механики и математического анализа, методика планирования эксперимента, методики проведения лабораторных, лабораторно-полевых и производственных исследований в соответствии с действующими отраслевыми стандартами (СТО АИСТ 5.1-2006 «Сеялки тракторные»). Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись на ПК с помощью стандартных компьютерных программ Microsoft Excel и Statistica 7.0 RUS
Положения, выносимые на защиту:
1.Аналитическая зависимость устойчивости движения комбинированного
сошника в вертикальной плоскости, характеризующая угол отклонения параллелограммной подвески сошника от равновесного положения с учетом значений высоты подвеса и длины поводка.
2.Комбинированный сошник для подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян для посева зерновых культур, имеющий параллелограммную подвеску.
3. Оптимальные эксплуатационно-конструктивные параметры комбинированного сошника (усилие, создаваемой нажимной пружиной, угол клина туконаправителя, скорость передвижения агрегата), обеспечивающие заданную глубину заделки семян зерновых культур за счет устойчивости хода по глубине.
Степень достоверности и апробация работы. Комбинированный сошник для подпочвенного полосового посева с внесением удобрений ниже уровня семян для посева зерновых культур течении пяти лет проходил испытания согласно плану НИР ФГБОУ ВО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова» по теме: «Программа фундаментальных и
прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса в Байкальском регионе на 2016-2020 годы» по проблеме: «Повышение эффективности инженерно-технической системы и ресурсосберегающих машинных технологий в агропромышленном комплексе Байкальского региона»
Основные результаты и положения проведенных исследований доложены и одобрены:
– на ежегодных научно-практических конференциях сотрудников и аспирантов, посвященная Дню российской науки, ФГБОУ ВО Бурятская ГСХА имени В.Р. Филиппова в период с 2012 по 2020 годы;
– на ежегодных научно-практических конференциях, ФГБОУ ВО ВСГУТУ в период с 2012 по 2021 годы;
– на международной научно-практической конференции посвященной 80- летию доктора технических наук, профессора Сергеева Ю.А. в 2019 году.
– на всероссийской (национальной) тематической научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития», ДальГАУ, г. Благовещенск в 2021 году.
Достоверность исследований подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Внедрение результатов исследования. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при выполнении научно- исследовательской работы «Бурятской государственной сельскохозяйственной академии имени В.Р. Филиппова» в соответствии комплексной научно- технической темой: «Программа фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса в Байкальском регионе на 2016-2020 годы» по проблеме: «Повышение эффективности инженерно-технической системы и ресурсосберегающих машинных технологий в агропромышленном комплексе Байкальского региона», одобрены и рекомендованы к внедрению.
Сошники для посева с внесением удобрений ниже уровня семян были внедрены в следующих хозяйствах:
– СПК «Колхоз Искра», Республика Бурятия, Мухоршибирский район, село Хонхолой
– СПК ФГУП «Байкальское», Республика Бурятия, Кабанский район, с. Кабанск
– СПК «Твороговский», Республика Бурятия, Кабанский район, п. Борки Личный вклад соискателя состоит в проведении анализа исследований в области механизации растениеводства, агротехнических приемов и степени приспособленности машин для посева и внесения удобрений в ресурсосберегающих технологиях. Соискателем разработаны теоретические предпосылки совершенствования конструктивно-режимных параметров сошника для посева с внесением удобрений ниже уровня семян, проведены экспериментальные исследования МТА с экспериментальной сеялкой, разработаны программа и частные методики экспериментальных исследований. Соискатель принимал личное участие в разработке и изготовлении технического
средства для посева с внесением удобрений ниже уровня семян.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах из списка ВАК, 4 статьи РИНЦ, 1 патент РФ на
полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,
пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах, содержит 11 таблиц, 47 рисунков и 4 приложения. В списке литературы содержится 158 наименований источников, из них 16 – на иностранном языке.
![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/signup-document.png)
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!