CC BY
31
МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 631.331: 635.61
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЕЯЛКИ ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ПОСЕВА СЕМЯН БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
OPTIMIZA TION CONSTRUCTIVE PARAMENER SEEDERS FOR SOWING ONDIFFER DEPTHSEEDS MELIONS
M.H. LUanpoB, ПС. Мартынов
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
M.N. Shfprov, 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 определены её оптимальные параметры.
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 are determined her its optimum parameters.
Одной из важнейших технологических операций при возделывании бахчевых культур является посев.
Глубина заделки семян при посеве зависит от их размера, температуры, влажности и механического состава почвы. В реальных условиях трудно определить оптимальную глубину заделки семян (чем меньше глубина, тем выше температура, но меньше влажность, и наоборот, чем больше глубина, тем больше влажность, но ниже температура) и обеспечить максимальную полевую всхожесть. Поэтому мы предлагаем осуществлять посев пунктирногнездовым 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 обеспечить прореживание всходов и обеспечить необходимую площадь питания на одно растение, которое должно остаться в гнезде после проведения операций по уходу за посевами.
Поэтому нами был предложена сеялка 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 и соединена с рамой 10 посредством четырехзвенной шарнирно-рычажной системы 11.
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.
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.З).
Вставка, размещенная между высевающим аппаратом и сошником, состоит из корпуса 3, направляющих 4, по которым перемещается подпружиненный семянаправитель 5 с толкателем 6 (рис.З).
Рис. 1. Схема сеялки для разноглубинного посева
Рис.2. Схема сошника для разноглубинного посева
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. За).
0
Рис.З. Схема высева семян
Затем, по мере вращения высевающего вала, копирующая дорожка, воздействуя на толкатель семянаправителя, перемещает его в следующее положение. Происходит высев во второй проем (рис. 36). Аналогично происходит высев третьего семени (рис. 3 в).
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
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
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, позволил 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, Х2 (рис.4) и высота семянаправителя, мм; Х3 (табл.1).
С целью сокращения числа опытов нами проводились отсеивающие эксперименты методом случайного баланса, позволяющим исключить из дальнейших исследований незначимые факторы.
Критерием оптимизации в процессе проведения опыта, по которому оценивался процесс, являлась равномерность распределения семян в проемы сошника - , %.
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, которая имеет вид, приведенный в таблице 2.
Для анализа и систематизации полученных результатов уравнение регрессии второго порядка приводим к типовой канонической форме вида:
где X,, Х0.. .Хи. - новые оси координат, повернутые относительно старых х, X~ X,
1 А К 1 5 2 ' ' ' К
Рис. 4. Схема распределения ячеек на высевающем диске
В1,В2...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
Условное обозначени е Уровни факторов
Факторы Единицы измерения Верхний уровень Основной уровень Нижний уровень
+1 0 -1
Угол между первой и второй ячейками, Х1 д град. 50 45 40
Угол между второй и третьей ячейками, Х2 Рі град. 45 40 35
Высота семянаправителя, Х3 К мм 55 45 35
Таблица 2
Матрица плана Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента
Номер опыта Факторы
*1 *2 х3
1 -1 -1 -1
2 -1 + 1 +1
3 +1 -1 +1
4 +1 + 1 -1
5 +1 -1 -1
6 -1 + 1 -1
7 -1 -1 +1
8 +1 0 0
9 0 +1 0
10 0 0 +1
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:
*й=*0й (2) где Х{1с - кодированное значение [ - го фактора; Х-й - натуральное значение [ - го фактора;
Хш - натуральное значение 1 - го фактора на нулевом уровне; /2г - интервал варьирования 1 - 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. Все коэффициенты оказались значимыми. В результате расчётов было получено уравнение регрессии в кодированном виде:
уа = 90,9 + 10,5Х[ + 6,5х2 -5,5х3 + 3,3х1х2 -0,7х1х3 + 2,Зх2х3 -9,4Х[2 -6,4х2 -9,4х3 .(3)
Таблица 3
Оптимальные значения факторов
Фактор
Х1 - угол между Х2 - угол между X, - высота
Равномерность первой и второй второй и третьей
распределения семян ячейками на ячейками семянаправителя
в проемы сошника высевающем диске
0,68 0,64 -0,24
48,4 43,2 42,6
Примечание: значения в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.
Адекватность полученной математической модели проверялась по критерию Фишера. Математическая модель адекватна результатам эксперимента.
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 3.
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:
¥о - 97,2 = -10,7X? - 5,5X1 ~ 9Л^з • (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.
При рассмотрении двухмерных сечений поверхности отклика по уравнению (3) относительно факторов угла между первой и второй ячейками на высевающем диске (х,). угла между второй и третьей ячейками (х2), высотой семянаправителя (х3) по критерию оптимизации, они были решены графически.
Рис. 5. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов Х1 и Х2 на равномерность распределения семян в проемы сошника при Х3 = —0,24
Результаты решения графическим методом наложения двумерных сечений представлены на рисунках 5, 6, 7. Координаты центров поверхностей для равномерности распределения семян в проемы сошника находятся в
точках: х1 =0,68,х2 =0,64,х3 =-0,24. Раскодировав значения параметров в оптимальной точке, приняли, что х1 =Д = 48,4°, х2 = = 43,2°, а
х = Ь = 42 6 мм • При этом оптимальное значение равномерности
распределения семян в проемы сошника в центре поверхности Yo = 97,2%.
А -0,8 -0,6 -0,4 -0,2
0 Хз 0,2 0,4 0,6 0,8
1
Рис. 6. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов Х1 и Х3 на равномерность распределения семян в проемы сошника при Х2 = 0,64
-0,8 -0,6 -0,4
-0,2
0 Хз 0,2 0,4 0,6 0,8
1
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Х2
Рис. 7. Двухмерное сечение для изучения влияния факторов Х2 и Х3 на равномерность распределения семян в проемы сошника при Х1 =0,68
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%.
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. Маркова, Е.В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента / Е.В. Маркова, А.А. Лисенков. - М.: Наука, 1979. - 348 с.
3. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - JL: Колос, Ленинградское отделение, 1980.- 168 с.
