ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВЫСАЖИВАЮЩЕГО АППАРАТА С ОРИЕНТИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

Хорев П.Н.¹, Кухарев О.Н.², Яшин А.В.³, Сёмов И.Н.⁴

¹Кандидат технических наук, доцент, ²Доктор технических наук, профессор, ³Кандидат технических наук, доцент, ⁴ORCID: 0000-0001-9504-9357 Кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Пензенская государственная сельскохозяйственная академия

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВЫСАЖИВАЮЩЕГО АППАРАТА С ОРИЕНТИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ 

Аннотация

Анализ результатов исследований ведущих научно-исследовательских организаций показал, что эффективность посадки лука-матки на семена зависит от равномерности распределения луковиц по площади питания, а также от их ориентации относительно поверхности почвы. Для качественного выполнения посадки разработана сажалка с цепочно-ложечным высаживающим аппаратом и ориентирующим устройством.

На основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трехфакторного эксперимента D-оптимального плана (Бокса на кубе), установлены оптимальные значения геометрических и кинематических параметров  ориентирующего устройства: скорость движения щеточного ориентирующего устройства, расстояние между щеточным ориентирующим устройством и центром ложечек, расстояние между подпружиненными частями ложечек.

Ключевые слова: посадка, распределение, высаживающий аппарат.

Horev P.N.¹, Kukharev O.N.², Jashin A.V. ³, Semov I.N.⁴

¹PhD in Engineering, Associate professor, ²PhD in Engineering, Professor, ³PhD in Engineering, Associate professor, ⁴ORCID: 0000-0001-9504-9357 PhD in Engineering, Associate professor, Federal State Educational Institution of Higher Education "Penza State Agricultural Academy"

STUDY OF THE PROCESS OF PLANTING UNIT WITH ORIENTING DEVICE

Abstract

Analysis of the research results of leading research organizations has shown that the effectiveness of the landing-uterine onion seeds depends on the uniformity of the distribution of the bulbs on the nutrition area, as well as their orientation relative to the surface of the soil. For high quality of planting designed planter with chain-lozhechnym planted device and orienting device.On the basis of regression equations of the second order, resulting in the implementation of a three-factor experiment, D-optimal plan, the optimal values of the geometric and kinematic parameters orienting device: speed brush orienting device, the distance between the brush-locating device and the center of spoons, the distance between the spring-loaded parts of the spoons.

Keywords: planting, distribution, planted the device.

В настоящее время практикой возделывания корнеклубнеплодов (лука, сахарной свеклы) предъявляются повышенные требования не только к равномерному их распределению в рядке, но и к расположению оси корнеплода относительно поверхности почвы (так нормальным положением считается 90⁰ ± 30⁰).

В связи с чем в ФГБОУ ВО разработана конструктивно-технологическая схема устройства реализующего эти требования (рис. 1).

Рис. 1 – Схема устройства для ориентированной посадки: 1 - бункер; 2 - бункер-питатель; 3 - щеточное ориентирующее устройство; 4 - высаживающий аппарат; 5 - кожух; 6 - сбрасывающее устройство; 7 - семяпровод; 8 - сошник; 9 - битер; 10 -  прикатывающий каток

 

Устройство работает следующим образом: при движении устройства для ориентированной посадки корнеплоды из бункера 1 подаются в бункер-питатель 2, где они захватываются подпружиненными  ложечками высаживающего аппарата 4, выполненными по размерам и форме корнеплодов. При дальнейшем перемещении транспортера высаживающего аппарата 4 корнеплоды попадают под воздействие  ориентирующего устройства 3, которое  разворачивает их в ложечках вниз, за счет воздействия на них свободных концов эластичного ворса, расположенных не далее центра тяжести, находящихся в ложечках высаживающего аппарата 4. Подпружиненные части ложечек защемляют вешку и фиксируют заданное положение. В таком положении корнеплоды попадают под кожух 5.  После прохождения кожуха 5 сориентированные корнеплоды попадают под воздействие сбрасывающего устройства 6, которое освобождает их от защемления подпружиненными частями  ложечек и направляет их в семяпровод 7. Подача из семяпровода в борозду, их вдавливание и фиксация в почве происходит с помощью битера 8, имеющего на рабочей поверхности двухрядные эластичные лопасти, свободные концы которых в передней части по ходу движения устройства, во время вращения битера, заходят в вертикальные прорези семяпровода 7 и воздействуют одновременно на плечики, при этом корнеплод под воздействием лопастей битера 8 вдавливается в почву, за счет чего сохраняется его ориентация. Скорость вращения свободных концов эластичных лопастей битера 8 равна поступательной скорости устройства для ориентированной посадки, при этом обжатие почвой осуществляется с помощью прикатывающих катков 10 [1].

Экспериментальные исследования проводились согласно ОСТ 70.5.1.-82 “Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные. Программа и методика испытаний.” и ОСТ 70.5.2.- 74 “Испытания сельскохозяйственной техники. Картофелесажалки. Программа и методика испытаний” [59] на экспериментальной установке, изготовленной на кафедре “Сельскохозяйственные машины” Пензенской ГСХА.

На всем протяжении опыта все исследуемые параметры цепочно-ложечного высаживающего аппарата оставались неизменными за исключением исследуемого. Режим и настройка исследуемого параметра заведомо задавались такими, чтобы можно было установить характер влияния его на объект исследования и на основе всестороннего изучения определить его оптимальное значение.

Скорость цепочно-ложечного высаживающего аппарата u регулировалась при помощи мотор редуктора типа СУПА- 00.11.20-01 (устанавливались следующие значения: 0,50; 1,00; 1,50; 2,0 и 2,50 м/с).

Путь, проходимый цепочно-ложечным высаживающим аппаратом под слоем лука-матки S (величина камеры заполнения), регулировался изменением подачи лука-матки в камеру заполнения в пределах 40…200 мм, через каждые 40 мм.

За критерий оценки равномерности распределения лука-матки принимаем вероятность Р (%) нахождения 1 луковицы в заданном интервале. Исследования проводились при поступательной скорости движения высаживающего аппарата uп равной скорости движения цепочно-ложечного высаживающего аппарата. Повторность для каждого случая - трехкратная. Число замеров в каждом опыте не менее 100. Обработка результатов эксперимента проводилась на ПЭВМ с использованием прикладной программы STATISTIKA Version 5.0”.

По результатам обработки опытных данных строили вероятностные кривые распределения лука-матки вдоль рядка в зависимости от скорости цепочно-ложечного высаживающего аппарата - u_ц (рис.2); пути проходимого цепочно-ложечным высаживающим аппаратом под слоем лука-матки S (величина камеры заполнения) (рис.2).

Анализируя кривые на рисунке, можно сделать заключение, что при диапазоне скоростей 0,5...2,5 м/с количество нормальных интервалов (М±0,25М) уменьшается с 83% до 67%. При этом коэффициент вариации (ν,%) изменяется от 30,38 до 34,55, среднее значение возрастает с 17,25 до 22,65см., среднеквадратичное отклонение (δ, см.) с 5,24 до 7,05 [2].

Из рис. 2, также видно, что оптимальной скоростью будет скорость движения цепочно-ложечного высаживающего аппарата υ_ц=0,5 м/с, при которой количество нормальных интервалов М±0,25М равно 83 %.

Из графиков на рис. 3 видно, что величина камеры заполнения для посадки лука-матки должна быть от 160 до 200 мм, при уменьшении камеры заполнения вероятность высадки луковиц в нужный интервал резко падает с 83% до 58%, а количество пропусков возрастает. Это связано с тем, что уменьшается количество встреч луковиц с ложечками. Коэффициент вариации (ν,%) изменяется от 30,38 до 34,55, среднее значение возрастает с 17,25 до 27,6 см., среднеквадратичное отклонение (δ, см.) с 5,24 до 7,52.

Рис. 2 – Вероятностные кривые распределения лука-матки в рядке в зависимости от скорости движения цепочно-ложечного высаживающего аппарата

При определении оптимальных геометрических и кинематических параметров щеточного ориентирующего устройства  выполняли априорное ранжирования факторов. В качестве параметра оптимизации при оценке работы ориентирующего устройства нами была принят угол α, характеризующий разворот вешки луковиц в ложечках высаживающего аппарата. На основе априорного ранжирования факторов были отобраны основные из них, влияющие на правильность расположения вешки луковиц в ложечках высаживающего аппарата: скорость движения щеточного ориентирующего устройства - ν_щ; расстояние между концами щетки ориентирующего устройства и центром ложечек - t; расстояние между подпружиненными частями ложечек- e.

Рис. 3 – Вероятностные кривые распределения луковиц в рядке в зависимости от пути проходимого цепочно-ложечным высаживающим аппаратом под слоем лука-матки (величина камеры заполнения)

 

Для описания поверхности отклика уравнением второго порядка использовали математическую теорию планирования трехфакторного эксперимента D- оптимального плана (Бокса на кубе). В результате расчета получена адекватная модель рабочего процесса поворота вешки лука-матки в ложечках высаживающего аппарата, которая в раскодированном виде запишется:

α=-80,000+141,500ν_ш+6,975t+6,875e-2,750ν_шt+2,250ν_шe-0,138te-62,5006ν_ш²-0,281t ²-0,156e ²

С целью изучения поверхности отклика строились двумерные сечения с контурными линиями, соответствующие определенным значениям параметра оптимизации [3].

Анализируя графическое изображение двумерных сечений можно сделать вывод что, оптимальные значения исследуемых факторов находятся в интервалах: ν_ш =1,99 м/с, t=7,00 мм, e=39,46 мм, при этом параметр оптимизации (α) будет составлять 2,46...2,98°.

Экономические расчеты подтверждают эффективность применения предлагаемой сажалки с цепочно-ложечным высаживающим аппаратом и ориентирующим устройством. Эксплуатационные издержки на посадке  лука-матки снизились на 6,25 руб./га., при этом годовая экономия благодаря полученной дополнительной продукции (рост урожайности) составляет  22625 руб./га. Сажалка с предлагаемым цепочно-ложечным высаживающим аппаратом и ориентирующим устройством окупится после посадки 0,91 га.

Список литературы / References

1. Ларюшин Н.П., Кухарев О.Н., Хорев П.Н., Ларюшин С.Н., Барцев В.А., Голивец В.А. Устройство для ориентированной посадки лука // Патент России № 2201663. 2003. Бюл. № 10.
2. Проблемы и перспективы развития агропромышленного производства / РИО ПГСХА [под ред. Л.Б. Винничек, А.А. Галиуллина]. Пенза: РИО ПГСХА, 2014. – 220с.
3. Кухарев О.Н. Организационно-экономические основы НИОКР: учебное пособие. / О.Н Кухарев, Е.В. Фудина, И.Н. Сёмов / Пенза: РИО ПГСХА, 2016. – 88 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Larjushin N.P., Kukharev O.N., Horev P.N., Larjushin S.N., Barcev V.A., Golivec V.A. Ustrojstvo dlja orientirovannoj posadki luka [Device-oriented onion planting] // Patent Rossii [Russian Patent] № 2201663. 2003. bulletin. № 10. [in Russian]
2. Problemy i perspektivy razvitija agropromyshlennogo proizvodstva [Problems and prospects of development of agricultural production] / RIO PGSHA [pod red. L.B. Vinnichek, A.A. Galiullina]. Penza: RIO PGSHA, 2014. – 220 p. [in Russian]
3. Kuharev, O.N. Organizacionno-jekonomicheskie osnovy NIOKR: uchebnoe posobie. [Organizational-economic bases of R & D: a tutorial] / O.N Kukharev, E.V. Fudina, I.N. Semov / Penza: RIO PGSHA, 2016. – 88 p. [in Russian]