Оптимизация конструктивных параметров тукораспределительного устройства для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

- Оптимальный размер отверстий решета для плодов тыквы колеблется в пределах от 16 до 24 мм [2]. Скорость истирающего транспортёра может изменяться в пределах 0,15-0,17 м/с, при этом измельчённый кусок может достигать размера 10 х 10 см.; а длина деки может изменяться в пределах от 2,1 до 2,4 м.

- Для плодов арбуза могут быть рекомендованы следующие оптимальные пределы значений факторов: скорость транспортёра 0,15-0,16 м/с, размер куска 13 х 13 см, длина деки 1,85 м.

В ходе испытаний было переработано 200 тонн тыквы, в том числе сорта «Волжская - серая» - 140 т; сорта «Крупноплодная» - 60 т, а также 265 тонн арбузов, в том числе сорта «Астраханский» - 165 т; сорта «Быковский - 22» - 100 т. Производительность такого агрегата достигает 23 т/ч на тыкве и 25,5 т/ч - на арбузах.

Библиографический список

1. Китов, А.Ю. Выделители семян из плодов бахчевых культур истирающего типа [Текст]/ А.Ю. Китов, М.Н. Шапров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2007. - №8. - С. 14-16.

2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях с.-х. процессов [Текст]/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1990. - 93 с.

3. Рекомендации по выращиванию бахчевых культур в Волгоградской области [Текст]/ Ю.А. Быковский, К.П. Синча, О.П. Варивода и др. - Волгоград, 2002. - 51 с.

4. Шапров, М.Н. Оптимальные параметры высевающего аппарата сеялки для разноглубинного посева [Текст]/ М.Н. Шапров, И.С. Мартынов // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. -№ 1. - С. 31-32.

5. Юдин, М.И. Планирование эксперимента и обработка его результатов [Текст] : монография. - Краснодар: КГАУ, 2004. - 124 с.

E-mail: pedagogika25@mail.ru

УДК 631.316.022:333.5

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТУКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор В.М. Новохатский, кандидат технических наук

Волгоградский государственный аграрный университет

Равномерность распределения гранулированных минеральных удобрений при их внутрипочвенном внесении плугом с рабочими органами в виде стоек СибИМЭ, оборудованных тукораспределительным устройством, зависит от его основных параметров. В результате экспериментальных исследований, проведенных методом многофакторного планирования, были определены интервалы варьирования этих параметров, обеспечивающих необходимую по агротребованиям неравномерность внесения удобрений.

Ключевые слова: основная безотвальная обработка почвы, удобрения, плуг, стойка СибИМЭ, тукораспределяющее устройство, равномерность распределения.

Изучение влияния параметров тукораспределительного устройства стойки СибИМЭ на равномерность распределения удобрений проводилось в лабораторных условиях в почвенном канале, при помощи специальной установки (рис. 1). Она состоит из тележки 4, на которой закреплены туковысевающий аппарат АТД-2 и вентилятор 9 с электроприводом 8. Стойка 6 установлена на балке 7 и крепится хомутами к тележке.

Привод туковысевающего аппарата 10 осуществляется через цепную передачу от опорного колеса 5, установленного параллельно направлению движения рабочего органа.

228

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Удобрения подаются по тукопроводу 11 в патрубок тукораспределительного устройства 6. В то же время электродвигатель 8 приводит в действие вентилятор 9, который нагнетает воздух по воздухопроводу 12 в смеситель тукораспределительного устройства.

Туковысевающий аппарат настраивался на норму внесения удобрений 200 кг/га. При этом все удобрения высевались через одно тукораспределительное устройство, что позволяло более объективно оценить процесс распределения удобрений. Скорость воздушного потока изменялась путем дросселирования патрубков вентилятора.

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки для исследования работы тукораспределительного устройства:

1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - барабан; 4 - тележка; 5 - приводное колесо;

6 -стойка СибИМЭ с тукораспределителем; 7 - балка; 8 - электропривод вентилятора;

9 - вентилятор; 10 - туковысевающий аппарат; 11 - тукопровод; 12 - воздухопровод

Задачей исследований было определение основных параметров удобрителя и их численные значения, влияющие на равномерность распределения удобрений.

Проведенные отсеивающие эксперименты методом случайного баланса [1] позволили исключить из дальнейших исследований незначимые параметры. В результате было установлено, что на процесс распределения минеральных удобрений тукораспре-делительным устройством наибольшее влияние оказывают следующие факторы: скорость воздушного потока - X1, величина смещения направителя влево относительно центра смесителя - Х2 и расстояние между конусом направителем и отражателем - X3.

Критерием оптимизации в процессе проведения опыта, по которому оценивался процесс, являлась неравномерность распределения удобрений по ширине захвата рабочего органа - Y, %.

Определение неравномерности распределения удобрений в многофакторном эксперименте определялась согласно ГОСТ 28714 - 90 [2] по следующей методике. На липкую ленту [4] укладывался шаблон, равный ширине захвата рабочего органа, поделенный на 9 зон (рис. 2). В каждой зоне подсчитывалось количество частиц удобрений. Зная гранулометрический состав удобрения, определяли суммарную массу частиц.

Опыты проводились при скорости движения установки, соответствующей скорости движения агрегата в полевых условиях - 2,5 м/с.

229

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Рисунок 2 - Определение неравномерности распределения частиц удобрений

при помощи шаблона

Теоретические исследования процесса распределения частиц удобрений [7] и анализ результатов поисковых опытов позволили выделить значения факторов на основном уровне и интервалы их варьирования (табл. 1).

_____________Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторами__________

Условное обозначение Единицы измерения Уровни факторов

Факторы Верхний уровень Основной уровень Нижний уровень

+1 0 -1

Скорость воздушного потока, х1 V м/с 3,2 3 2,8

Расстояние от полуконуса до отражателя, х2 R мм 8 6 4

Смещение направителя относительно центра смесителя, х3 k мм 5 3 1

Для реализации исследований в области оптимума выбран предельно насыщенный план второго порядка (план Рехтшафнера). Он близок к D - оптимальному плану и удобен тем, что является предельно насыщенным, то есть число опытов в серии равно числу коэффициентов уравнения регрессии, строящегося на основе данных этого эксперимента [5].

По полученным экспериментальным данным на ПЭВМ были рассчитаны коэффициенты регрессии. Значимость этих коэффициентов оценивалась по критерию Стью-дента [1]. Все они оказались значимыми. В результате было получено уравнение регрессии в кодированном виде:

у = 6,0 - 0,7х1 - 2,1х2 - 5,2х3 - 1,1х1 х2 - 1,5х1 х3 - 2,7х2х3 + 5,8х12 + 7,1х2 + 9,3х^

Полученная математическая модель, проверенная по критерию Фишера, полностью адекватна.

В результате решения уравнения (1) мы получили оптимальные значения факторов (табл. 2), при которых неравномерность распределения удобрений (величина критерия оптимизации) не превышает 5 %.

230

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Таблица 2 - Оптимальные значения факторов

Фактор

X - скорость воздушного потока х2 - расстояние от направи-теля до отражателя х3 - смещение направителя относительно центра смесителя

0,12 0,22 0,32

3,024 6,44 3,64

. Примечание: значение в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном.

Для определения допустимых интервалов варьирования факторов был проведен анализ уравнения (1) с помощью поверхностей отклика, для чего провели его преобразование к каноническому виду:

Y0 - 4,6 = 5,2X2 + 7X22 + 10X32,

Решение уравнения производилось по стандартной программе [1, 5]. Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют одинаковые знаки, то поверхности откликов, описанные уравнением 2, представляют семейство эллипсов с координатами центров поверхностей при оптимальных значениях факторов.

Рисунок 3 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и Х2 на неравномерность распределения удобрений тукораспределителем при х3 = 0,32

Рисунок 4 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х3 на неравномерность распределения удобрений тукораспределителем при х2 = 0,22

Полученные двумерные сечения для разных сочетаний факторов представлены на рисунках 3, 4, 5.

Координаты центров поверхностей находятся в точках: х1 = 0,12, х2 = 0,22, х3 = 0,32. Раскодировав значения параметров в оптимальной точке, приняли, что х1 = 3,02 м/с, х2 = 6,5 мм, х3 = 3,6 мм. При этом оптимальное значение критерия оптимизации (неравномерность распределения удобрений) в центре поверхности У00 = 4,6 %.

Диапазон изменения конструктивных параметров, влияющих на рабочий процесс (при неравномерности распределения удобрений не более 9 %): скорость воздушного потока - 2,85.. .3,19 м/с; расстояние от направителя до отражателя - 5,0.. .8,0 мм; смещение направителя относительно центра смесителя - 3,0.. .5,0 мм.

231

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Рисунок 5 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов Х2 и х3 на неравномерность распределения удобрений тукораспределителем при х3 = 0,12

Таким образом, с помощью двумерных сечений был определен диапазон изменения конструктивных параметров (и их оптимальные значения) тукораспределитель-ного устройства, обеспечивающих допустимую по агротехническим условиям неравномерность распределения удобрений по ширине захвата рабочего органа.

Рисунок 6 - Макетный образец плуга-удобрителя

Для подтверждения полученных в лабораторных условиях результатов нами были проведены полевые опыты на землях учебно-опытного хозяйство «Горная поляна» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного аграрного университета, расположенного в подзоне светло-каштановых почв. В исследованиях применялся макетный образец плуга-удобрителя (рис. 6), разработанный на базе плуга ПЛП 6-35 со стойками Си-бИМЭ, оборудованными тукораспределительными устройствами [6, 8].

232

№ 2 (38), 2015

ИЗВЕСТИЯ

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Эффективность предложенной технологии внесения удобрений подтверждена при возделывании ячменя сорта Донецкий 44 (репродукция - элита, первый класс семян) при безотвальной обработке почвы с внесением удобрений плугом-удобрителем, по сравнению с их внесением культиватором-глубокорыхлителем КПГ-2,2 (табл. 3).

Технология возделывания ячменя на богаре была общепринятой для данной зоны. За основу методики проведения полевого опыта приняты стандартные рекомендации Б.А. Доспехова [3].

Размер делянок: посевной 2000 м2 (200 х 10) и уборочной 1200 м2 (150 х8). Применяли удобрения: аммиачная селитра и аммофос с содержанием азота - 50 % и фосфора - 40 %. Повторность трехкратная. Схема опыта следующая:

1. Контроль (без удобрений).

2. Заделка фосфорных и азотных удобрений культиватором-глубокорыхлителем КПГ 2,2.

3. Заделка фосфорных и азотных удобрений плугом-удобрителем.

Таблица 3 - Урожай ячменя в зависимости от способов внесения __________________минеральных удобрений__________________

Нормы и способы внесения удобрений Урожай Прибавка урожая

зерна, ц/га ц/га %

1. Контроль (без удобрений) 23,6 - -

2. N50P40 (КПГ-2,2) 24,9 1,3 5

3. N50P40 плугом-удобрителем (контроль/КПГ-2,2) 28,3 4,7/3,4 19/13

Данные таблицы 3 свидетельствуют о высокой эффективности разрабатываемого способа внесения минеральных удобрений плугом-удобрителем на глубину 0,25.. .0,27 м под сельскохозяйственные культуры.

Библиографический список

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 279 с.

2. ГОСТ 28714-90. Машины для внесения твердых минеральных удобрений. Методы испытаний [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 17 с.

3. Доспехов, Б.А. Методика проведения полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) [Текст] / Б.А. Доспехов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

4. Кукта, Г.М. Испытания сельскохозяйственных машин [Текст] / Г.М. Кукта. - М.: Машиностроение, 1964. - 284 с.

5. Маркова, Е.В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента. [Текст] / Е.В. Маркова, А.А. Лисенков. - М.: Наука, 1979. - 348 с.

6. Способ внесения удобрений одновременно со вспашкой почвы и устройство для его осуществления [Текст] : пат. № 2328102. С2. М.кл.5 А 01 B 49/06, A01 C 7/06. / М.Н. Шапров, В.М. Новохатский, А.М. Салдаев, В.С. Новохатский. - Заявка № 2006117899 /15; Заявлено 24.05.06; Опубл. 10.12.07.

7. Шапров, М.Н. Теоретическое обоснование конструкции удобрителя к стойке Си-бИМЭ для внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений при основной обработке почвы [Текст] / М.Н. Шапров, В.М. Новохатский // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - № 4. - С. 156-161.

8. Шапров, М.Н. Плуг-удобритель [Текст] / М.Н. Шапров, В.М. Новохатский // Сельский механизатор. - 2008. - № 7. - С. 16.

E-mail: m.shaprov@yandex.ru 233