Экспериментальные исследования взаимодействия рабочих органов игольчатого диска с растительными остатками

Как показывает многолетний отечественный и зарубежный опыт [1], одним из резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является внедрение технологии безрядкового посева [2], наиболее полно отвечающего агротехническим требованиям сева по стерневому фону. Проблема создания посевной машины, предназначенной для посева по необработанному фону, заключается в том, что стерня – сложная монотропная среда. В зависимости от объема и скорости перемещения проявляются различные ее физико-механические свойства [4].

При перемещении посевного агрегата происходит сгруживание соломистых остатков и верхнего слоя почвы [3]. Для исключения забивания межсошникового пространства лаповых сошников соломистой массой были разработаны активные игольчатые рабочие органы с приводом от вала отбора мощности трактора.

Цель исследования: определить рациональные конструктивные и технологические параметры рабочих органов активного игольчатого диска.

Задачи исследования:

– на основе плана провести лабораторные исследования;

– исходя из результатов многофакторного эксперимента, получить уравнение регрессии;

– получить поверхности отклика перемещения растительных остатков в зависимости от конструктивных и технологических параметров рабочих органов активного игольчатого диска;

– определить рациональные конструктивные и технологические параметры рабочих органов.

Методы исследования. Для проведения исследований применялась методика планируемого эксперимента [5]. Для описания закономерностей характера движения и процессов взаимодействия активных ротационных рабочих органов с растительными остатками был проведен симметричный композиционный ортогональный план с тремя факторами. Экспериментальные исследования по взаимодействию поверхности рабочих органов активного игольчатого диска с растительными остатками с целью определения параметров и режимов его работы на первоначальном этапе проводились в почвенном канале. За критерий оптимизации принята величина перемещения растительных остатков [6].

Результаты исследования. Определены пределы варьирования трех основных показателей: кинематического коэффициента – λ , числа игл рабочего органа – n д и глубины обработки почвы – h об .

Пределы варьирования основных показателей представлены в табл. 1.

Таблица 1

Пределы варьирования показателей

Пределы	Фактор			Показатель в кодированном виде
	Кинематический коэффициент, λ	Число игл рабочего органа, nд, шт.	Глубина обработки почвы, hоб, см	X 1	X 2	X 3
Верхний	2,45	6	6	+1	+1	+1
Нижний	1,45	2	2	–1	–1	–1
Основной	1,95	4	4	0	0	0
Интервал	0,5	2	2	1	1	1

Значение кинематического параметра λ определяем по следующему выражению [7]: λ = V 0 / V агр ,                                           (1)

где V 0 – окружная скорость вращения рабочих органов на краях игл, км/ч; V агр – линейная скорость движения агрегата, км/ч.

V 0 = 0,06 πDn ,                                   (2)

где n – частота вращения игольчатого диска, мин^–1; D – диаметр игольчатого диска, м.

Кинематический коэффициент λ принимаем в пределах от 1 до λ max [8]. Количество игл игольчатого диска принимаем равным 6, 4, 2 и после проведения расчета получаем следующие значения λ : 2,35; 2,79; 3,68. На основе значений кинематического коэффициента λ для проведения эксперимента были изготовлены игольчатые диски с шестью, четырьмя и двумя рабочими иглами.

С целью обеспечения лучшего качества самоочистки профиль игл приняли эволь-вентным, шириной 15 мм [9]. Игольчатые диски показаны на рис. 1.

б

Рис. 1. Рабочий орган активного игольчатого диска: а – с двумя иглами; б – с четырьмя иглами; в – с шестью иглами

Результаты проведения многофакторного эксперимента представлены в табл. 2.

Перемещение растительных остатков в зависимости от факторов

Таблица 2

№ опыта	Кинематический коэффициент, λ	Число игл, n д , шт.	Глубина обработки почвы, h об , см	Перемещение растительных остатков V уд , м3/м
1	1,45	2	2	0,00016
2	1,95	2	2	0,00012
3	2,45	2	2	0,00019
4	1,45	4	2	0,00021
5	1,95	4	2	0,00062
6	2,45	4	2	0,00059
7	1,45	6	2	0,00031
8	1,95	6	2	0,00056
9	2,45	6	2	0,00089
10	1,45	2	4	0,00013
11	1,95	2	4	0,00023
12	2,45	2	4	0,00018
13	1,45	4	4	0,00040
14	1,95	4	4	0,00072
15	2,45	4	4	0,00114
16	1,45	6	4	0,00060
17	1,95	6	4	0,00052
18	2,45	6	4	0,00171
19	1,45	2	6	0,00031
20	1,95	2	6	0,00034
21	2,45	2	6	0,00054
22	1,45	4	6	0,00058
23	1,95	4	6	0,00105
24	2,45	4	6	0,00165
25	1,45	6	6	0,00087
26	1,95	6	6	0,00157
27	2,45	6	6	0,00248

По итогу проведения эксперимента получено уравнение регрессии (3), адекватное на 5%-ном уровне значимости [10] (Fтабл.= 0,1904 Fрасч.= 0,0447), описывающее процесс изменения качественного показателя работы рабочих органов в кодированных величинах:

Y 0,346  0,161 Х ₁   0,014 Х ²  0,203 Х ₂   0,125 Х ₁ Х ₂

0,020 Х ² Х ₂   0,020 Х ² + 0,159 Х ₃ + 0,080 Х ₁ Х ₃ + 0,102 Х ₂ Х ₃ + ,         (3)

+0,052 Х ₁ Х ₂ Х ₃   0,017 Х ²  0,020 Х ² Х ₂ Х ².

После пересчета коэффициентов из кодированных в натуральные уравнение регрессии приняло следующий вид:

V уд = 1,1904 – 0,3164 λ – 0,5534 n д – 06337 h об – 0,1040 λ ² + 0,0830 n д² +

+ 0,0823 h об² + 0,1850 λ n д + 0,2960 λh об + 0,2868 n д h об – 0,1340 λ n д h об –

– 0,0400 λ n д² + 0,0400 λ ² n д – 0,0400 λ h об² – 0,0390 n д h об² – 0,0390 n д² h об +

+ 0,0049 n д² h об² – 0,0025 λ n д² h об² + 0,0200 λ n д h об² + 0,0200 λ n д² h об .     (4)

Анализ модели, описываемой уравнением регрессии (4), производится методом сечений. После проведения расчетов были построены поверхности отклика – закономерности перемещения растительных остатков рабочими органами в зависимости от технологических и конструктивных параметров (рис. 2–7).

Рис. 2. График перемещения растительной массы V уд в зависимости от коэффициента λ и глубины обработки почвы h об , V уд = f ( λ,h об ), n д = 4 шт.

Можно сделать вывод, что при возрастании коэффициента λ и глубины обработки почвы h об объем перемещаемой растительной массы возрастает. При возрастании λ больше трех наблюдается разбрасывание растительной массы.

0.0006

0,0004

Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы V_уд в зависимости от кинематического коэффициента λ и глубины обработки h_об, V_уд = f(λ,h_об), n_д = 4 шт.

Рис. 4. График перемещения растительной массы V уд в зависимости от количества игл рабочего органа n д и глубины обработки почвы h_об , V_уд = f(n_д,h_об), λ = 1,95

Оптимальным значением количества игл рабочего органа nд является промежуток от 3 до 5 шт. Объем перемещения растительной массы прямо пропорционален глубине обработки почвы hоб.

Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы V уд в зависимости от количества игл рабочего органа n д и глубины обработки почвы h об , V уд = f(n д ,h об ), λ = 1,95

Рис. 6. График перемещения растительной массы V уд в зависимости от коэффициента λ и количества игл диска n д , V уд = f(λ,n д ), h об = 4 см

При возрастании кинематического коэффициента λ и количества игл диска n д происходит возрастание перемещения растительной массы V уд .

Рис. 7. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы V_уд в зависимости от коэффициента λ и количества игл диска n_д , V_уд = f(λ,n_д), h_об = 4 см

Заключение и выводы. Производя анализ уравнений (3) и (4), а также графиков (рис. 2–7), отметим:

• –    максимальное влияние на перемещение растительной массы V уд оказывает глубина обработки почвы h об , а также число игл диска n д ;

• –    оптимальным значением кинематического коэффициента λ является значение, не превышающее 3;

• –    оптимальными пределами параметров агрегата являются кинематический коэффициент λ от 1,9 до 2,5, число игл на рабочем органе n д от 4 до 6 шт., глубина обработки почвы h об от 4 до 6 см.

A.A. Kem, A.P. Shevchenko, M.A. Begunov, V.S. Koval

Tara branch of Omsk state agrarian University named after P.A. Stolypin, Tara

Pilot studies of interaction of working bodies of the needle disk c vegetable remains