Обґрунтування конструктивних та технологічних параметрів висівного апарату овочевої сівалки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таврійський державний агротехнологічний університет

Спеціальність 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування конструктивних та технологічних параметрів висівного апарату овочевої сівалки

Сербій Євген Костянтинович

Мелітополь - 2008

Дисертацію є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізики, ТМ та ТММ Таврійського державного агротехнологічного університету.

Науковий керівник:

член-кореспондент Української академії аграрних наук, доктор технічних наук, професор Кушнарьов Артур Сергійович, Український науково-дослідний інститут прогнозування та випробовування техніки і технологій ім. Л. Погорілого.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пащенко Володимир Філімонович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, завідувач кафедри механізації та електрифікації сільськогосподарського виробництва;

кандидат технічних наук, доцент Сало Василь Михайлович, Кіровоградський національний технічний університет, декан факультету сільськогосподарського машинобудування.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського державного агротехнологічного університету за адресою: 72312, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.Т. Діордієв



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з необхідних умов отримання високих врожаїв овочевих культур є забезпечення рівномірного висіву - коефіцієнту варіації інтервалів між схожими насінинами у борозні в межах від 25 до 35%. Це сприяє рівномірному використанню рослинами світла, повітря, тепла, поживних речовин.

За даними досліджень найбільш широке використання у державах Європи, США та Австралії отримали механічні комірчасто-дискові висівні апарати. Основними їх перевагами є висока надійність, низька метало- та енергоємність. Основним їх недоліком є недостатньо висока якість виконання технологічного процесу на швидкостях близьких до регламентованої ДСТУ. Це обумовлюється складністю поодинокого захоплення насінин відбираючим елементом та підвищеним перерозподілом насінин на дні борозни.

З огляду на напрями вчених та конструкторів вдосконалити висівні апарати було зроблено припущення, що найбільш перспективними є: на етапі западання - активізація нижнього шару насіння, що збільшить коефіцієнт западання; на етапі формування однонасіннєвого заповнення комірок - дія на насінини з мінімальним силовим навантаженням, що зменшить коефіцієнт пошкодження; на етапі подавання насінин до борозни - рівномірне розвантаження комірок та зменшення перерозподілу на дні борозни. Водночас наявність низки переваг дозволило зробити робочу гіпотезу суть якої полягає в наступному: можливість збільшення врожайності овочевої продукції за рахунок підвищення рівномірності висіву шляхом адаптації робочих органів механічного комірчасто-дискового висівного апарату до формування рівномірного однонасіннєвого потоку на дні борозни.

Для підвищення рівномірності висіву шляхом вдосконалення висівного апарату запропоновано: висівний диск з клиновидною проточкою, відбивач з пружною робочою поверхнею та активний виштовхувач насіння. Його переваги можуть бути практично реалізовані лише за умови правильного вибору конструктивно-технологічних параметрів. Враховуючи той факт, що відомі теоретичні та експериментальні напрацювання у цьому напрямку не дозволяють повністю досягти поставленої мети, пошуки нових шляхів вирішення цієї задачі слід вважати актуальним напрямком наукових досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дослідження проводились згідно плану науково-дослідних робіт Таврійської державної агротехнічної академії за програмою №1: „Розробка наукових основ систем технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України” (державний реєстраційний номер 0102U00683), підпрограма 1.3: „Розробка наукових основ системи технологій та технічних засобів для виробництва овочів і картоплі на крапельному зрошенні”, що скоординована з НДЦ ІМЕСГ завданням 40.01: „Розробити високопродуктивні технічні засоби для ресурсоощадних екологічно чистих технологій вирощування та збирання овочів та цукрового буряку”, які виконуються відповідно до цільової комплексної національної програми „Програма розвитку на Україні машинобудування та забезпечення сільськогосподарського виробництва машинами та устаткуванням для комплексної механізації технологічних процесів у рослинництві”.

Мета: обґрунтування конструктивних та технологічних параметрів механічного комірчасто-дискового висівного апарату, які забезпечують підвищення рівномірності висіву насіння та збільшення врожайності овочевої продукції.

Для досягнення поставленої мети слід вирішити наступні задачі досліджень:

1. Встановити закономірності послідовного виконання підпроцесів функціонування механічного комірчасто-дискового висівного апарату від конструктивно-технологічних параметрів й властивостей насіння шляхом аналітичних й експериментальних досліджень

2. Обґрунтувати конструктивно-технологічні параметри висівного апарату за допомогою математичної моделі процесу його функціонування та побудованого моделюючого алгоритму за обґрунтованим критерієм - рівномірністю висіву.

3. Дати техніко-економічну оцінку розроблених технологічних рішень на підставі функціональної залежності між рівномірністю висіву і врожайністю сільськогосподарських культур.

Об'єкт дослідження - технологічний процес функціонування механічного комірчасто-дискового висівного апарату.

Предмет дослідження - взаємозв'язок параметрів механічного комірчасто-дискового висівного апарату й властивостей насіння з рівномірністю висіву.

Методи дослідження. Обґрунтування параметрів і режимів функціонування висівного апарату проводилось з використанням методу імітаційного моделювання, математична модель якого базувалась на положеннях теоретичної механіки, статики сипкого середовища, математичної статистики, методів інтегрального й диференціального числення та експериментальних дослідженнях.

Експериментальні дослідження проводились з використанням як загальноприйнятих, так і згідно розроблених методик та передбачали планування багатофакторного експерименту. Обробка результатів здійснювалась на ПЕОМ з використанням теорії ймовірностей та регресійного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблено модель процесу функціонування механічного комірчасто-дискового висівного апарату, яка відображає вплив його параметрів й властивостей насіння на коефіцієнт пошкодження й рівномірність висіву;

- вперше отримані закономірності впливу ширини й висоти клиновидної проточки у висівному диску, швидкості його руху, коефіцієнта тертя насіння по висівному диску й висоті насипки насіння у насінницькій камері на швидкість активного шару насіння;

- отримані закономірності впливу вертикальної й горизонтальної складової швидкості падіння насіння на його перерозподіл у борозні.

Практичне значення одержаних результатів:

- розроблено алгоритм розрахунку конструктивно-технологічних параметрів механічного комірчасто-дискового висівного апарату, що забезпечують рівномірний висів, за допомогою якого можна проектувати висівні апарати такого типу;

- підтверджена гіпотеза щодо можливості підвищення рівномірності висіву шляхом адаптації робочих органів механічного комірчасто-дискового висівного апарату до формування рівномірного однонасіннєвого потоку на дні борозни;

- розроблено експериментальний зразок запропонованого висівного апарату, який експонувався на виставці наукових досягнень ТДАТУ присвяченій 75-річчю зі дня заснування МІМСГ (м. Мелітополь, 2007).

Результати досліджень прийняті і впроваджені у Південній філії ННЦ ІМЕСГ та можуть бути використані в учбовому процесі.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- визначенні впливу параметрів висівного апарату й властивостей насіння на формування однонасіннєвого заповнення комірок [1];

- визначенні напрямків та технічних рішень вдосконалення робочих органів висівного апарату [2, 4, 6, 7];

- розробці моделі руху насінини над коміркою висівного диску [3];

- створенні формалізованої схеми процесу функціонування висівного апарату та побудові блок-схеми моделюючого алгоритму [5];

- виготовленні експериментального зразка висівного апарату.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Таврійської державної агротехнічної академії (м. Мелітополь, 2003...2007 рр.), на міжнародних наукових конференціях „Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Мелітополь, ТДАТА, 2006 р.) і „Сучасні проблеми землеробської механіки (VIII конференція) та технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві (XV конференція)” (смт. Глеваха, ННЦ ІМЕСГ, 2007 р.).

Публікації. За результатами досліджень надруковано 7 наукових праць загальним обсягом 2,7 умовного друкованого аркушу (всі у наукових фахових виданнях), з яких 2 - Деклараційні патенти України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 139 найменувань та додатків. Повний об'єм дисертації 209 сторінок, на 144 з них викладено текст роботи, на 53 - додатки. Дисертація містить 36 таблиць та 75 рисунків.

конструктивний технологічний висівний овочевий

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, наукова новизна та практичне значення одержаних результатів. Наведено інформацію про апробацію та публікації результатів досліджень, структуру та обсяг дисертаційної роботи.

В першому розділі „Сучасний стан проблеми і напрями досліджень” розглянуто і проаналізовано вплив функціонування висівного апарату на формування рівномірності висіву і врожайності овочевої продукції.

Аналіз впливу рівномірності розташування рослин овочевих культур на врожайність показав, що найбільші врожаї отримують при висіві пунктирними сівалками. Найбільше використання отримали комірчасто-дискові висівні апарати з горизонтальною віссю обертання (надалі за текстом - „висівний апарат”).

Процес перерозподілу неупорядкованої насіннєвої маси у бункері в упорядкований однонасіннєвий потік на дні борозни являє собою западання насінин у комірки, формування однонасіннєвого заповнення комірок, подача насіння у борозну. Рівномірність висіву залежить від якості виконання цих операцій. Вони, в свою чергу, залежать від параметрів висівного апарату й властивостей насіння та повинні досліджуватись у взаємному зв'язку. Для забезпечення формування однонасіннєвого потоку на дні борозни шляхом покращення виконання цих операцій запропоновані конструктивні рішення удосконалення робочих органів висівного апарату.

Наукові основи точного висіву закладено у працях С.В. Кардашевського, В.С. Басіна, С.А. Ма, Г.М. Бузенкова, В.Є. Комарістова, В.Ф. Семенова, А.Н. Карпенко, І.Л. Слуцького, М.І. Лисиціна, Б.Ф. Кузнєцова та інших. Значний внесок у вирішення сучасних проблем зробили Л.В. Погорілий, Л.В. Аніскевич, П.В. Сисолін, В.О. Бєлодєдов, В.П. Чічкін, А.А. Шварц, А.Н. Репетов і інші вчені. Більшість досліджень ґрунтується на використанні детерміністичних моделей. Однак властивості насіння мають статистичний характер, а вирішення задач за середніми значеннями не відображає реальність процесу. Або поодиноко досліджуються підпроцеси функціонування висівного апарату. Це не дає можливість вивчити їх взаємний вплив. Перспективним методом дослідження процесу висіву, який дозволяє користуватись флуктуаційними властивостями факторів та забезпечує можливість зв'язку окремих підпроцесів у єдиний процес, є імітаційне моделювання.

Тому робота напрямлена на дослідження функціонування й обґрунтування параметрів висівного апарату методом імітаційного моделювання. Математична модель процесу утворюється об'єднанням моделей підпроцесів, що зв'язують параметри висівного апарату і властивості насіння з вихідними величинами.

У другому розділі „Розробка моделі процесу функціонування висівного апарату” виконано змістовний опис процесу, створено формалізацію процесу, розроблено математичні моделі підпроцесів та побудовано моделюючий алгоритм для імітаційного моделювання.

Для полегшення створення математичної моделі процес функціонування висівного апарату розділили на дрібніші підпроцеси: 1 - рух активного шару насіння, 2 - западання у комірку, 3 - формування однонасіннєвого заповнення комірок, 4 - подача насіння у борозну, 5 - перерозподіл у борозні, опис яких не являє труднощів. Викладемо математичні моделі цих підпроцесів.

1. Обертаючись, висівний диск захоплює у рух нижній - активний шар насіння. Складність теоретичного визначення впливу параметрів висівного диску з клиновидною проточкою на швидкість активного шару насіння викликає необхідність дослідження з використанням методів планування багатофакторного експерименту.

2. Рухаючись зі швидкістю у насінницькій камері, комірка діаметром зустрічає деяку кількість насінин здатних до западання. Ймовірність сприятливої зустрічі залежить від конструкції висівного диску: його товщина більше () або менше діаметру трьох насінин ()

, (1)

, (2)

тоді припустивши, що здатні до западання насінини розташовані вздовж зони западання довжиною з рівною ймовірністю їх кількість становить

(3)

При сприятливій зустрічі насінина масою починає рух у комірку. Розглянувши насіннєву масу як дискретну модель сипкого тіла визначили, що у зоні проходження комірки насіння укладене за схемою 4 точок контакту по вертикалі з кутом укладання град. Діючі на насінину сили мають випадковий характер внаслідок мінливості радіусів западаючої та суміжної насінин. Залежність занурення насінини у комірку під дією цих сил.

Визначено за диференційним рівнянням руху тіла. Чисельні значення отримані за допомогою вбудованих процедур програми Maple. Насінину вважаємо запалою, якщо центр її тяжіння опустився нижче грані комірки :

, (4)

,

, (5, 6)

,

, (7, 8)

,

; (9, 10)

де: - кількість насінин вздовж лінії укладання;

, - коефіцієнт внутрішнього тертя та тертя насіння по диску;

- положення западаючої насінин у насінницькій камері.

3. Можливість подвійного западання вказує на необхідність застосування технічних засобів формування однонасіннєвого заповнення комірок.

При куті відбивання менше критичного насінина деформується та пошкоджується, що призводе до зниження коефіцієнта схожості . При застосуванні жорсткого відбивача (рис. 4) діаметром кут відбивання становить

(11)

Значним резервом збільшення кута відбивання є застосування еластичного відбивача з модулем пружності та коефіцієнтом Пуассона . Це зменшить силове навантаження на насінини та пошкодження з-за вминання відбивача на величину та збільшення кута відбивання

(12)

При деформації еластичного відбивача насінина зазнає навантаження, яке впливає на схожість . Якщо кут відбивання менше критичного відбувається подвійний висів. Знаючи коефіцієнт схожості насіння за допомогою генератора рівномірно розподілених випадкових чисел прогнозується схожа насінина чи ні.

4. При подачі насіння до дна борозни необхідно створити умови рівномірного розвантаження комірок без заклинювання та забезпечити найменше перерозподілення у борозні (рис. 1, в). Перша умова виконується коли кут виштовхування більше критичного. Так як висівний диск діаметром при обертанні змінює кут нахилу стінки комірки до робочої грані виштовхувача, то змінюється кут виштовхування

,

(13, 14)

Встановлено, що перерозподіл насінин зменшується при збільшенні кута їх падіння у борозну. Запропонований активний клиновидний виштовхувач (рис. 1, в, рис.7) забезпечує рівномірне виштовхування насінин з початковою вертикальною швидкістю . Її визначення зведено до рішення чисельними методами рівняння:

, (15)

де, , - маса виштовхувача, насінини та пружини, кг;

, - динамічне та статичне стиснення пружини виштовхувача, м;

- жорсткість пружини виштовхувача, м.

Тоді кут нахилу робочої грані активного виштовхувача становить

(16)

5. Неможливість теоретичного оцінювання величини перерозподілу насіння від точки падіння на дно борозни, внаслідок суто ймовірнісної суті процесу, потребує його дослідження з використанням методів планування експерименту.

Встановлені залежності (1)...(16) зв'язують параметри висівного апарату та властивості насіння з тими елементарними явищами, що виникають при функціонуванні висівного апарату: западання насінин у комірку, формування однонасіннєвого заповнення комірок, подача насіння у борозну. Але вони не містять і не можуть містити у явному вигляді шуканих величин. Для створення моделі процесу об'єднано логіко-математичними зв'язками отримані підпроцеси.

Для реалізації отриманої математичної моделі на ЕОМ методом імітаційного моделювання створено моделюючий алгоритм та блок-схема, яка дозволяє необхідну кількість разів () обчислювати елементарні події процесу з врахуванням взаємних впливів: занурення насінини у комірку (4)...(10) - блок 6; перевірка запала насінина чи ні - блок 7; визначення кількості запалих насінин - блок 8; перевірка можливості зустрічі з насіниною здатною до западання (1)...(3) - блок 9; формування однонасіннєвого заповнення комірок (11), (12) - блоки 10-13; перевірка схожості насінини - блок 16; подача насіння до дна борозни (13)...(16) - блок 18. Результатом імітаційного моделювання за алгоритмом є вектор інтервалів між схожими насінинами (блок 19), коефіцієнти заповнення та пошкодження насіння, а також рівномірність висіву.

В третьому розділі „Програма і методика проведення експериментальних досліджень” викладено програму і методику проведення експериментальних досліджень, якою передбачалося:

- визначити властивості насіння столового буряку сорту „Бордо”;

- визначити залежність швидкості активного шару насіння від параметрів висівного апарату та властивостей насіння;

- визначити залежність перерозподілу насіння у борозні від швидкості падіння насіння у борозну та пружності насіння;

- провести польові дослідження функціонування висівного апарату.

Для визначення розмірів насінин використано індикатор ИЧ-10 (ГОСТ 577-68), їх придатність до нормального закону розподілу перевірено за критерієм . Масу 1000 насінин визначено вагами ВЛТК-500 (ГОСТ 24104-80) за методикою ГОСТ 12042-80. Статичні коефіцієнти тертя визначені на установці ТМ-21А. Динамічні коефіцієнти тертя насіння визначені на установці за формулою:

, (17)

де- сила тертя, яка визначається динамометром ДШ-4 (ОТК 1-11-73), Н;

- маса брусу з насінням, кг.

Для визначення залежності схожості насіння від зазнаного навантаження в штучних умовах насінини піддавалися навантаженню з силою 0...60 Н та за ГОСТ 12038-84 визначали їх схожість.

Дослідження швидкості активного шару насіння виконано на установці за планом Бокса-Бенкіна . Швидкість висівного диску реєстрували тахометром ТЦ-5 (ГОСТ 13082-71). Секундоміром П-30 (ГОСТ 5072-79) визначали час переміщення насінини на визначений кут.

Дослідження перерозподілу насіння у борозні, що характеризується середнім значенням відскоку та середнє квадратичним його відхиленням , виконано на установці за планом Бокса-Бенкіна . Опит у кожному рядку плану виконано у 100-кратній повторності.

З метою перевірки адекватності математичної моделі процесу функціонування висівного апарату була виготовлена польова установка та проведені польові дослідження за планом ПФЕ 3² з 3-кратною повторністю. За фактори, що регулюються прийнято швидкість сівалки та швидкість комірки висівного диску . Рівномірність висіву насіння визначено як коефіцієнт варіації інтервалів між пророслими насінинами, відстані між якими визначено рулеткою РС-5 (ГОСТ 24104-80) з точністю до 1 мм.

У розділі чотири „Результати експериментальних досліджень” зроблено обробіток даних отриманих в результаті експериментальних досліджень та викладено їх результати.

В результаті дослідження властивостей насіння столового буряку сорту „Бордо” визначено: масу 1000 насінин (М₁₀₀₀=17,8·10^-3кг); розмірні характеристики, що розподілені по нормальному закону (довжина: , , ширина: , , товщина: , , еквівалентний діаметр: , ); статичні коефіцієнти тертя (внутрішній: , по сталі: , по алюмінію з гладкою поверхнею: , по алюмінію з рифленою поверхнею: , по резині: ); динамічні коефіцієнти тертя, як функції швидкості :

по гладкому алюмінію

, (18)

по рифленому алюмінію

, (19)

по сталі

, (20)

по резині



; (21)

та залежність схожості насіння від зазнаного навантаження

Залежність швидкості активного шару насіння від параметрів висівного апарату (рис. 14) з 95% ймовірністю адекватно (критерій Фішера ) описується рівнянням

, (22)

де, - ширина та висота клиновидної проточки відповідно, м;

- висота шару насіння над диском, м.

Це підтверджує збільшення швидкості нижнього шару насіння та доцільність використання висівного диску з клиновидною проточкою.

Величина перерозподілу насіння у борозні визначається залежностями математичного очікуванням та середнє квадратичного відхилення (рис. 15) від горизонтальної та вертикальної складової швидкості падіння, які з 95% ймовірністю адекватно описують результати експерименту (критерій Фішера , < )

, (23)

(24)

У розділі п'ять „Аналіз моделі процесу функціонування висівного апарату” обґрунтовано параметри висівного апарату, перевірено адекватність математичної моделі та визначено економічну ефективність від впровадження результатів дослідження.

Обґрунтування параметрів висівного апарату потребує багаторазового імітування процесу його функціонування за блок-схемою моделюючого алгоритму з варіюванням вхідних даних та порівнянням вихідних показників. Діаметр висівного диску, глибину комірки, матеріал й діаметр відбивача, кут нахилу робочої грані виштовхувача обґрунтовано поодиноко. Взаємозв'язок глибини й ширини клиновидної проточки, діаметру й швидкості комірки, жорсткості пружини виштовхувача викликає необхідність їх обґрунтування з використанням методів планування багатофакторного експерименту.

Діаметр висівного диску визначено виходячи з довжини насінницької камери, яка визначає кількість зустрічей комірки висівного диску зі здатними до западання насінинами: мм, тоді кількість насінин здатних до западання становить 13 штук.

Процес формування однонасіннєвого заповнення комірок багато в чому залежить від глибини комірки, яка повинна бути не менше радіусу найбільшої насінини та впливає на коефіцієнт пошкодження насіння .

На підставі прийнято глибину комірки мм.

Також значний вплив оказує діаметр відбивача та стан його робочої поверхні: коефіцієнт тертя й пружні характеристики.

Еластичний відбивач забезпечує менше пошкодження. Очевидні переваги відбивача з найменшим діаметром, однак це призведе до більшого зносу - зміни радіусу його еластичного елементу, що впливає на коефіцієнт пошкодження насіння. Оскільки воно не повинно перевищувати 0,2%, то прийнято мм. Для вибору марки гуми еластичного елемента відбивача розглянуто залежність коефіцієнту пошкодження насіння від модуля пружності відбивача та залежність строку безвідмовної роботи від коефіцієнту стирання .



З наведених залежностей встановлено, що еластичний елемент повинен мати модуль пружності МПа та коефіцієнт стирання см³/кВт·год. Для дослідження прийнято резину марки 1297 (см³/кВт·год, МПа). Визначено залежність тривалості безвідмовної роботи відбивача від його діаметру. Виходячи з того, що тривалість сезону складає 2...3 тижня раціональним є діаметр відбивача мм.

При підході комірки до крайки зрізу корпусу висівного апарату насінина виштовхувачем подається до дна борозни - до місця розвантаження. Виходячи з того, що на протязі виштовхування висівний диск обертається, то змінюється кут виштовхування (рис. 23). Для запобігання заклинюванню прийнято початковий кут нахилу робочої грані виштовхувача град.

Для визначення діаметру комірки (), швидкості її руху (), жорсткості пружини (), глибині () та ширині () клиновидної проточки висівного диску багаторазово зроблено імітаційне моделювання процесу функціонування висівного апарату з варіюванням факторів на апріорно вибраних рівнях за планом Бокса-Бенкіна . За отриманими даними визначено залежність, яка з 95-% ймовірністю адекватно ) їх описує

(25)

Для пошуку оптимального значення параметрів за рівнянням регресії (25) знайшли приватні похідні, дорівняли їх нулю та рішили систему рівнянь, з яких визначили: , , , , , що відповідає відгуку %. Оскільки деякі данні, що отримані при імітаційному моделюванні, менше за %, то робимо припущення, що це крапка манімаксу. Для пошуку параметрів, які відповідають найменшому значенню відгуку, зроблено круте сходження по градієнту. Центр експерименту розташовано біля точки з найменшим значенням відгуку та зроблено експеримент за даними якого знайдено лінійне рівняння регресії

(26)

Шаг руху при крутому сході назначено для діаметру комірки м, для інших визначено м, м, м/с, Н/м. Результати крутого сходу наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Круте сходження по градієнту

№	, м	, м	, м	, м/с	, Н/м	, %
1	0,0068	0,00815	0,005175	0,167	210,0	32,5
2	0,0066	0,00830	0,005150	0,164	220,0	31,9
3	0,0064	0,00845	0,005125	0,161	230,0	31,2
4	0,0062	0,00860	0,005100	0,158	240,0	30,6
5	0,0060	0,00875	0,005075	0,155	250,0	30,1
6	0,0058	0,00890	0,005050	0,152	260,0	30,3

Найкращій результат у 5 опиті. За округленими значеннями параметрів м, м, м, м/с, Н/м коефіцієнт варіації інтервалів становить %.

Перевірка адекватності математичної моделі за критерієм Фішера ґрунтується на порівнянні даних отриманих фізичним моделюванням висівного апарату з даними отриманими імітаційним моделюванням, які виконані за однією матрицею планування експерименту та однаковими параметрами висівного апарату. Розрахунок показує, що на 95-відсотковому довічному рівні дисперсії однорідні (критерій Кохрена ) та модель адекватна (критерій Фішера ).

Річний економічний ефект при використанні запропонованої конструкції висівного апарату утворюється в результаті підвищення врожайності, зменшенні експлуатаційних витрат на висів й операції формування насаджень. Його розрахунок здійснювали за методикою викладеною у ГОСТ 23729-79 на підставі залежності врожайності від рівномірності висіву при вирощуванні з іншими рівними умовами та визначили як різницю приведених витрат за варіантами.

За даними розрахунків, при вирощуванні столового буряку з висівом на кінцеву густоту врожайність збільшиться на 10,9% у порівнянні з сівалкою СОН-4,2, 10,2% - ССТ-12В, 2,9% - СУПО-9А; річний економічний ефект становить 16934,22 грн. у порівнянні з сівалкою СОН-4,2; 7276,83 грн. - ССТ-12В та 4206,64 грн. - СУПО-9А.



ВИСНОВКИ

В роботі вирішена наукова задача визначення впливу конструктивно-технологічних параметрів висівного апарату, а також властивостей насіння на рівномірність висіву і як наслідок підвищення врожайності, що дозволило зробити наступні висновки:

1. Встановлено, що механічні комірчасто-дискові висівні апарати забезпечують коефіцієнт варіації інтервалів між насінинами 70%, який не відповідає існуючим вимогам. Тому пошук нових шляхів поліпшення рівномірності висіву є актуальним. Аналізуючи, процес функціонування висівного апарату розділено на взаємозв'язані підпроцеси: рух насіння у насінницькій камері, западання у комірку, формування однонасіннєвого заповнення комірок, подача насіння у борозну та перерозподіл у борозні. Встановлено, що їх виконання залежать від параметрів висівного апарату й властивостей насіння та повинно розглядатись у логіко-математичному взаємозв'язку. Визначено, що в наслідок мінливості властивостей насіння та умов западання якісну оцінку процесу функціонування висівного апарату необхідно виконувати за допомогою метода імітаційного моделювання.

2. Запропоновано висівний диск з клиновидною проточкою на циліндричній поверхні, що надає абсолютну швидкість активному шару насіння близьку до комірки. Визначено, що при ширині зовнішньої утворюючої клиновидної проточки 0,065 м та глибині 0,010 м абсолютна швидкість насіння складає 0,08...0,11 м/с. Це забезпечує зменшення відносної швидкості та збільшення коефіцієнта заповнення комірок насінням. Завдяки внутрішній утворюючій клиновидній проточці, що звужується, збільшується кількість насінин, розташованих сприятливо до западання.

3. Розроблена математична модель підпроцесу западання насіння у комірку висівного диску зв'язала між собою функціональною залежністю довжину насінницької камери й кількість насінин розташованих сприятливо до западання. Визначено, що при діаметрі висівного диску 80 мм комірка зазнає 13 сприятливих до западання зустрічей з насінинами. Встановлено закономірності впливу параметрів висівного апарату та властивостей насіння на глибину западання насінини у комірку. При відносній швидкості 0,132 м/с та середній довжині зони западання 2,85 мм коефіцієнт заповнення комірок насінням становить 99,9%.

4. Розроблена математична модель підпроцесу формування однонасіннєвого заповнення комірок дозволила встановити закономірність впливу параметрів висівного апарату й властивостей насіння на коефіцієнт пошкодження. Встановлено, що при діаметрі комірки 5,1 мм й глибині 3 мм жорсткий відбивач діаметром 35 мм забезпечує пошкодження насіння 0,07%, а еластичний з модулем пружності 100 МПа - 0,01%.

5. Запропоновано активний клиновидний виштовхувач, який дозволить підвищити рівномірність подачі насіння у борозну та надасть насінині початкову вертикальну швидкість. Розроблена математична модель підпроцесу розвантаження комірок зв'язала умови виштовхування та швидкість падіння насінини на дно борозни. Визначено, що при горизонтальній швидкості падіння насіння у борозну 1,75 м/с та зміні вертикальної від 1,0 до 1,5 м/с середнє квадратичне відхилення відскоку насінини від місця падіння зменшується на 10,9%.

6. За результатами імітаційного моделювання для прийнятих параметрів висівного апарату (діаметр висівного диску 80 мм, діаметр відбивача 35 мм, матеріал відбивача - гума марки 1297, глибина комірки 3 мм, кут нахилу робочої грані виштовхувача 25 град.) обґрунтовано інші конструктивно-технологічні параметри, які забезпечують при швидкості сівалки 1,9 м/с максимальну рівномірність висіву насіння, що визначається коефіцієнтом варіації 30,2%, та підвищення врожайності на 10,2% у порівнянні з сівалкою ССТ-12Б:

- діаметр комірок 0,0051 м;

- глибина проточки у висівному диску 0,0060 м;

- ширина проточки у висівному диску 0,0088 м;

- пружність пружини привода виштовхувача 250 Н/м;

- швидкість комірки висівного диску 0,155 м/с.

7. Експериментальні дослідження дозволили встановити, що математична модель на 95-відсотковому рівні довірчої ймовірності адекватна (критерій Фішера ). Визначено, що при збільшенні руху сівалки до 2,2 м/с нерівномірність висіву збільшується до 44%.

8. Застосування механічного комірчасто-дискового висівного апарату при виробництві столового буряку дозволяє одержати річний економічний ефект у розмірі 4207 грн. у порівнянні з сівалкою СУПО-9А, 7278 грн. - у порівнянні з ССТ-12Б та 16934 грн. - у порівнянні з СОН-4,2 за рахунок зменшення експлуатаційних витрат на посів, уникнення операцій формування насаджень та збільшення врожайності.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ДИСЕРТАЦІЄЮ

1. Кушнарьов А.С., Рубцов М.О., Сербій Є.К. Визначення конструктивних параметрів комірок висівного диску // Праці/ ТДАТА. - вип. 42.- Мелітополь: ТДАТА, 2006. - с . 101-108 (вплив параметрів висівного апарату на процес відбивання зайвого насіння)

2. Сербій Є.К., Макущенко С.В. Дослідження роботи виштовхувача вертикально-дискового висівного апарату //Праці/ ТДАТА. - вип. 7 - т. 1. - Мелітополь: ТДАТА, 2007. - с . 195-205 (запропоновано конструкцію активного відбивача та проведені результати експериментальних досліджень)

3. Сербій Є.К. Визначення рівняння руху насінини у просторі над коміркою висівного диску // Праці/ ТДАТА. - вип. 7 - т. 2. - Мелітополь: ТДАТА, 2007. - с . 139-154

4. Сербій Є.К. Моделювання перерозподілу насіння після падіння на дно борозни з комірки висівного апарату овочевої сівалки // Праці/ ТДАТА. - вип. 7 - т. 3. - Мелітополь: ТДАТА, 2007. - с . 117-129

5. Кушнарьов А.С., Сербій Є.К. Моделювання процесу роботи механічного вертикально-дискового висівного апарату // Праці / ТДАТА. - вип. 7 - т. 4. - Мелітополь: ТДАТА, 2007. - с . 103-114 (формалізація процесу та побудова блок-схеми моделюючого алгоритму)

6. Патент 26163 Україна, МПК А01С 7/04. Висівний апарат / Сербій Є.К., Кушнарьов А.С. (Україна) - №200703681; Заявл. 03.04.2007; Опубл. 10.09.2007, Бюл. №14, 2007 р. - 5 с. (запропоновано формулу винаходу)

7. Патент 26165 Україна, МПК А01С 7/04. Висівний диск / Сербій Є.К., Кушнарьов А.С. (Україна) - №200703691; Заявл. 03.04.2007; Опубл. 10.09.2007, Бюл. №14, 2007 р. - 5 с. (запропоновано формулу винаходу)



АНОТАЦІЯ

Сербій Є.К. Обґрунтування конструктивних та технологічних параметрів висівного апарату овочевої сівалки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Таврійський державний агротехнологічний університет, Мелітополь, 2007.

Дисертацію присвячено питанням дослідження та моделювання процесу функціонування механічного комірчасто-дискового висівного апарату для поліпшення агротехнологічних показників його роботи. Процес функціонування висівного апарату розмежовано на підпроцеси: рух активного шару насіння у насінницькій камері, западання насінини у комірку, формування однонасіннєвого заповнення комірок, подача насіння у борозну та перерозподіл у борозні, для яких побудовані математичні моделі. З метою об'єднання моделей підпроцесів розроблено моделюючий алгоритм за яким написано програму на язику Maple, яка імітує елементарні явища процесу функціонування висівного апарату. Обґрунтовані параметри механічного комірчасто-дискового висівного апарату.

Експериментально визначені деякі властивості насіння, залежність швидкості активного шару насіння, залежність перерозподілу насіння у борозні. Проведено польові випробування експериментального висівного апарату та перевірено адекватність моделі. Розраховано очікуваний річний економічний ефект від використання запропонованого висівного апарату.

Ключові слова: механічний комірчасто-дисковий висівний апарат, комірка, насіння, рівномірність висіву, моделювання, моделюючий алгоритм.



АННОТАЦИЯ

Сербий Е.К. Обоснование конструктивных и технологических параметров высевающего аппарата овощной сеялки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Таврийский государственный агротехнологический университет, Мелитополь, 2007.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процесса функционирования механического ячеисто-дискового высевающего аппарата с целью обоснования его конструктивно-технологических параметров для улучшения агротехнических показателей его работы.

Для решения поставленных задач проведен анализ конструкций высевающих аппаратов и влияния их элементов на качество выполнения технологического процесса высева. Для улучшения качества работы предложен высевающий диск с клиновидной проточкой, отражатель с упругой рабочей поверхностью и активный выталкиватель семян.

В качестве способа исследования функционирования высевающего аппарата выбран метод имитационного моделирования. При этом процесс функционирования высевающего аппарата разделен на следующие подпроцессы: движение активного слоя семян, западение семени в ячейку, формирование односемянного заполнения ячеек, подача семян в борозду и перераспределение в борозде.

Проведены теоретические исследования подпроцессов западания семени в ячейку, формирования односемянного заполнения ячеек и подачи семян в борозду. Для определения влияния параметров высевающего диска и свойств семян на скорость активного слоя и параметров выталкивания семени из ячейки на перераспределение семян в борозде осуществлены лабораторные исследования с использованием математического метода планирования эксперимента и получены уравнения регрессии.

С целью объединения подпроцессов разработан моделирующий алгоритм и написана программа на языке Maple, которая имитирует элементарные явления процесса функционирования высевающего аппарата. Обоснованы параметры механического ячеисто-дискового высевающего аппарата.

Проведены полевые испытания экспериментальной модели высевающего аппарата и доказана адекватность математической модели.

Проведена технико-экономическая оценка сеялки с экспериментальным высевающим аппаратом в сравнении с серийными. Внедрение в производство сеялок с экспериментальным высевающим аппаратом позволит повысить урожайность овощных культур за счет повышения равномерности распределения семян по длине рядка и снизить эксплуатационные затраты на посев. Расчетный годовой экономический эффект при выращивании столовой свеклы составляет 4207 грн. по сравнению с СУПО-9А.

Ключевые слова: механический ячеисто-дисковый высевающий аппарат, ячейка, отражатель семян, выталкиватель, равномерность высева, имитационное моделирование, моделирующий алгоритм.



SUMMARY

Serbiy E.K. Substantiation of the vegetable drill seedmeter constructive and technological parameters. - Manuscript.

Thesis for a candidate degree in engineering science by speciality 05.05.11 - machines and means facilities of mechanization of an agricultural production. - Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, 2007.

The dissertation is devoted by a question of development and functional process modeling of mechanical cell-disc seedmeter for the improvement of agrotechnical indexes of his work. A functioning process of seedmeter is considered as an aggregate of next subprocesses: seed lower layer motion in the seed chamber, seed falling back in cell, single seed cells stream forming, seed serving in furrow and seed redistribution in furrow, for which built mathematical models. With the purpose of subprocesses union designing modeling algorithm, which imitates a seedmeter functioning process. By this algorithm developed the program in the language of the Maple program. The mechanical cell-disk seedmeter constructive and technological parameters are substantiation.

Experimentally definite some physics-mechanical seed properties, dependence of seed lower layer motion and seed redistribution in furrow are definite. Production tests of experimental seedmeter are conducted and calculated an expected annual economic effect from his use.

Keywords: mechanical cell-disk seedmeter, cell, seed, evenness of sowing, modeling, modeling algorithm.

Размещено на Allbest.ru

...