Обоснование рациональных параметров двухленточного сошника методом регрессионного анализа

В приоритете Государственной программы развития сельского хозяйства – улучшение условий жизни граждан, развитие территорий сельскохозяйственного назначения, обеспечение продовольственной безопасности страны, повышение конкурентоспособности продукции агропромышленного комплекса (АПК) и финансовой устойчивости сельскохозяйственных предприятий [1].

Базой и основной социально ориентированной производственной системой аграрного производства является машинно-технологический комплекс. Данная система регулирует экономические показатели конечной сельскохозяйственной продукции, ее объемы и качество; включает агротехнологии, выполняемые машинными агрегатами, технические средства и инфраструктуру, обеспечивающую работоспособность агрегатов [2].

Один из определяющих факторов, обусловливающих темпы роста производства продукции АПК, – наличие технических средств, составляющих машинно-тракторные агрегаты предприятий АПК [3].

Объекты и методы

Внедрение инновационных подходов и эффективных технологий, соответствующих климатическим условиям и региональным особенностям сельскохозяйственного

производства, – драйвер увеличения объемов производства и повышения конкурентоспособности АПК [4; 5].

Получение высоких урожаев осуществимо только при качественном выполнении посевных работ [6], т.е. оптимальном размещении семян по площади питания и глубине заделки [7; 8].

В настоящее время наибольшее распространение получил рядовой способ посева, однако при таком способе площадь питания растений представляет прямоугольник с соотношением сторон 1 : 10, в то время как оптимальным размещением растений по площади поля считается триангуляционное [9; 10].

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод: модернизация существующих и создание новых посевных машин, обеспечивающих рациональное размещение семян – актуальная задача.

Цели работы – разработка сошника, обеспечивающего равномерное распределение посевного материала по длине засеваемой борозды.

Предметом исследований являются закономерности процесса обеспечения равномерного посева зерновых культур за счет обоснования рациональных параметров предлагаемого рабочего органа посевной машины путем многофакторного регрессионного анализа.

Результаты исследований

На основании исследований разработан двухленточный сошник (рис. 1) [11].

Рис. 1 . Двухленточный сошник: 1 – пластина с заостренным носком; 2 – пустотелая стойка; 3 – семянаправитель; 4 – кронштейн; 5 – вырез с углом схождения γ; 6 – монтажная стойка; 7 – вырез, выполненный с наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки; α – угол атаки; β – угол крена; L – длина выреза

На процесс распределения семян по длине засеваемой бороздки влияет множество факторов: конструктивные параметры сошника, технологические параметры посевного агрегата, агротехнические требования. Поскольку предлагаемые сошники устанавливают на сеялку со стандартным междурядьем 150 мм, необходимо обеспечить равномерное распределения семян по длине засеваемой бороздки с целью недопущения загущения семян в рядке.

В ходе экспериментальных исследований изменялись следующие параметры предлагаемого сошника: L – длина выреза наружной стороны прямолинейного профиля нижней кромки стойки, в пределах 20–80 мм, α – угол атаки в горизонтальной плоскости и β – угол крена в вертикальной плоскости, в пределах 3–28º.

Для описания закономерностей распределения семян по длине засеваемой бороздки проводится планируемый эксперимент, с его помощью выявляют влияние факторов на исследуемый показатель. Критерием оптимизации геометрических параметров разрабатываемого сошника является равномерность распределения семян по длине засеваемой бороздки. В качестве модели выбран симметричный ортогональный композиционный план второго порядка (табл. 1). Приведено распределение факторов по уровням их варьирования (табл. 2).

Таблица 1

Матрица планирования эксперимента

№ опыта	Х 0	Х 1	Х 2	Х 3	Х 1 Х 2	Х 1 Х 3	Х 2 Х 3	X 1 X 1	X 2 X 2	X 3 X 3	Y ср (по длине)
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0,722
2	1	–1	1	1	–1	–1	1	1	1	1	0,704
3	1	1	–1	1	–1	1	–1	1	1	1	0,684
4	1	–1	–1	1	1	–1	–1	1	1	1	0,684
5	1	1	1	–1	1	–1	–1	1	1	1	0,749
6	1	–1	1	–1	–1	1	–1	1	1	1	0,736
7	1	1	–1	–1	–1	–1	1	1	1	1	0,691
8	1	–1	–1	–1	1	1	1	1	1	1	0,694
9	1	1,215	0	0	0	0	0	1,476	0	0	0,829
10	1	–1,215	0	0	0	0	0	1,476	0	0	0,804
11	1	0	1,215	0	0	0	0	0	1,476	0	0,684
12	1	0	–1,215	0	0	0	0	0	1,476	0	0,735
13	1	0	0	1,215	0	0	0	0	0	1,476	0,686
14	1	0	0	–1,215	0	0	0	0	0	1,476	0,747
15	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,878

Таблица 2

Уровни варьирования факторов

Фактор	Угол атаки α, º	Угол крена β, º	Длина выреза L, мм
Кодированное обозначение	X 1	X 2	X 3
Основной уровень (Xi0)	15	15	50
Интервал варьирования (ΔX i )	10	10	25
Верхний уровень (Xi = 1)	25	25	75
Нижний уровень (X i = –1)	5	5	25
Звездная точка +α(Xi = 2)	2,85	2,85	80,375
Звездная точка –α(Xi = 2)	27,15	27,15	19,625

В ходе проведения многомерного регрессионного анализа необходимо получить модель типа [12; 13]:

y  b ₀ +   ∑ b_ix_i +     ∑    b_ijx_ix_j +   ∑ b x ² .

jj

1 ≤ i ≤ k      1 ≤ i ≤ j ≤ k             1 ≤ i ≤ k

В результате получена модель второго порядка. По критерию Кохрена G ^расч = 0,2141 <  G ^табл = 0,2758 ряд дисперсий считается однородным.

Таким образом получено уравнение регрессии, описывающее процесс изменения равномерности распределения семян по длине засеваемой борозды

Y = 0,824731 + 0,005298 ∙ Х 1 + 0,008886 ∙ Х 2 – 0,01374 ∙ Х 3 + 0,00435 ∙ Х 12 – 0,00533 ∙ Х 13 –

– 0,00533 ∙ Х 23 + 0,006014 ∙ Х 11 – 0,0666 ∙ Х 22 – 0,06204 ∙Х 33 .

Проанализировав уравнение, можно сделать выводы.

Наиболее значимый фактор – длина выреза нижней кромки стойки (Х 3 ). Однако ее увеличение ведет к снижению качества распределения семян, поскольку перед (Х 3 ) знак «минус». Менее важен угол атаки (Х 1 ), его увеличение приводит к повышению равномерности распределения семян. Подобная картина и по Х 2 , показывающему влияние угла крена.

Модель нелинейна, поскольку в уравнении присутствуют квадратичные коэффициенты (Х 11 , Х 22 , Х 33 ), при этом поверхности отклика должны описываться кривыми второго порядка.

При переводе коэффициентов из кодированных в натуральные получилось уравнение регрессии

Y 0,393569 + 0,002994 •a-v 0,022585 •p^ 0,011002 L 0,000044 •a-P – 0,000021 •a-L 0,000021 •p-L  0,00006 a ²  0,000667 P ²  0,000099 L ²

В уравнении девять коэффициентов. Проверка гипотезы об адекватности математической модели проведена по критерию Фишера. По результатам проверки модель признана адекватной F ^расч = 2,75 <  F ^табл = 3,2 .

По полученным данным построены поверхности отклика, отражающие зависимости равномерности распределения семян по длине засеваемой ленты.

а                                  б                                 в

Рис. 2 . Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от длины выреза и угла крена, при угле атаки: а – 5º; б – 15º; в – 25º

а

б

Рис. 3 . Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от угла атаки и длины выреза, при угле крена: а – 5º; б – 15º; в – 25º

а                                   б                                  в

Рис. 4 . Зависимости равномерности распределения семян по длине полосы от угла атаки и угла крена, при длине выреза: а – 25 мм; б – 50 мм; в – 75 мм

Заключение

В ходе многомерного регрессионного анализа получено уравнение регрессии и построены поверхности отклика, отражающие зависимости равномерности распределения семян от конструктивных параметров разрабатываемого сошника. Из анализа полученных данных следует, что рациональными параметрами с достижением наилучшего распределения семян по длине ленты являются угол атаки α = 25º, угол крена β = 15º, длина выреза нижней кромки стойки L = 50 мм.

E.V. Demchuk, V.V. Myalo, R.A. Braulik, A.S. BardolaOmsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Determination of the rational parameters of a double-band ploughshare by method of regression analysis