Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Технологии возделывания картофеля
1.2 Агротехнические допуски на качество машинной посадки картофеля
1.3 Влияние равномерности раскладки и повреждений клубней картофеля при посадке на урожайность
1.4 Анализ средств механизированной посадки картофеля
1.4.1 Картофелесажалки с ложечно-дисковыми высаживающими аппаратами
1.4.2 Картофелесажалки с многомерным высаживающим аппаратом
1.4.3 Картофелесажалки с ложечно-элеваторным высаживающим аппаратом
1.5 Исследования картофелесажалок 3 8
1.6 Цель и задачи исследования
2 Теоретические исследования рабочего процесса цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
2.1 Обоснование параметров и режимов работы цепочно ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
2.1.1 Исследование процесса выпадения клубней из ложечки на верхней ведомой звездочке
2.1.2 Условия захвата клубня ложечкой высаживающего аппарата
2.1.3 Вероятность захвата клубня ложечкой
Выводы по разделу
3 Программа и методика экспериментальных исследований цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
3.1 Программа экспериментальных исследований
3.2 Экспериментальные установки, приборы и оборудование
3.3 Методика проведения исследования физико-механических свойств клубней картофеля
3.4 Методика проведения лабораторных исследований цепочно ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
3.4.1 Исследование работы базового цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
3.4.2 Исследование выпадения клубней на ведомой звездочке
3.4.3 Исследование влияния установки направляющей в кожухе высаживающего аппарата на количество повреждений клубней
3.4.4 Исследование влияния уровня клубней в питательном ковше высаживающего аппарата на количество пропусков клубней ложечками
3.4.5 Исследование влияния подвижной стенки в питательном ковше высаживающего аппарата на качество посадки клубней картофеля
3.4.6 Исследование рабочего процесса цепочно-ложечного высаживающего аппарата методом планирования эксперимента
3.5 Условия и методика проведения полевых исследований картофелесажалки, оснащенной модернизированным цепочно ложечным высаживающим аппаратом
Выводы по разделу
Результаты экспериментальных исследований цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
4.1 Результаты лабораторных исследований
4.1.1 Физико-механические свойства клубней картофеля
4.1.2 Результаты однофакторных экспериментов базовой модели
4.1.3 Исследование выпадения клубней на ведомой звездочке
4.1.4 Исследование влияния установки направляющей в кожухе
высаживающего аппарата на количество повреждений клубней
4.1.5 Исследование влияния уровня клубней в питательном ковше высаживающего аппарата на количество пропусков клубней ложечками 4.1.6 Исследование влияния точки крепления подвижной стенки в питательном ковше высаживающего аппарата на качество посадки клубней картофеля
4.1.7 Результаты трехфакторных экспериментов
4.2 Результаты полевых исследований картофелесажалки оснащенной модернизированным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом
Выводы по разделу
5 Экономическая оценка модернизированной картофелесажалки Л- В
Выводы по разделу
Общие выводы литература
- Влияние равномерности раскладки и повреждений клубней картофеля при посадке на урожайность
- Исследование процесса выпадения клубней из ложечки на верхней ведомой звездочке
- Исследование работы базового цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
- Результаты однофакторных экспериментов базовой модели
Введение к работе
Актуальность темы. Картофель является пищевой, технической и кормовой культурой. В клубнях содержится около 25% сухого вещества, в том числе 12-22% крахмала, 1,4-3% белка и 0,8-1% зольных веществ. В их состав входят различные витамины — С, В (В1, В2, В6), РР, К и каротиноиды. Благодаря своим вкусовым, пищевым и кулинарным качествам картофель стал продуктом почти повседневного употребления в течение года.
Как техническая культура картофель служит сырьем крахмалопаточной, декстриновой промышленности, идет на производство крахмала, глюкозы, спирта и др. Нетоварные клубни широко используют на кормовые цели. Особенно он ценен для свиней и молочного скота. Ввиду важности значения картофеля Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 2008 год Международным годом картофеля.
Доля России в мировом производстве картофеля по посевным площадям составляет около 10%. Вместе с тем по показателю средней урожайности (14 т/га) Россия значительно отстает даже от среднего мирового уровня (17 т/га).
Для успешного решения задачи повышения урожайности картофеля необходимо, наряду с другими, решить вопрос равномерности распределения клубней при посадке, которая отклоняется от агротехнических требований вследствие использования некачественного посадочного материала или несовершенства работы картофелесажалок. Улучшение равномерности распределения клубней путем уменьшения количества пропусков и повреждений клубней при увеличении производительности картофелесажалок является одним из важнейших способов повышения урожайности картофеля. В связи с этим исследования работы высаживающих аппаратов и изыскание способов повышения качества выполнения ими технологического процесса имеет актуальное значение для АПК России.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Нижегородская ГСХА» на 2006-2010гг. (ГР 01.200-005768) «Усовершенствование технологии и средств механизации возделывания картофеля в условиях Нижегородской области».
Цель исследований. Повышение качества посадки клубней картофеля с обоснованием параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Объект исследования. Технологический процесс посадки клубней картофеля и конструкция цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Предмет исследований. Показатели качества посадки клубней картофеля, конструктивные и технологические параметры цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений законов и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими стандартами, а также методиками, разработанными с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка результатов расчётов и экспериментов выполнялась на персональном компьютере с использованием стандартных программ Microsoft Excel, Edius 12 и STATGRAPHICS Plus 2.1.
Научную новизну представляют:
- конструктивно-технологическая схема усовершенствованного цепочно-ложечного высаживающего аппарата, обеспечивающего снижение пропусков и повреждений клубней ложечками;
- расчетно-теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата с учетом закономерностей появления пропусков клубней ложечками и повреждений клубней.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели № 80937 «Клубнемер», № 105793 «Устройство контроля высаживающего аппарата картофелесажалки ложечно-элеваторного типа по пропускам клубней», № 113914 «Высаживающее устройство картофелесажалки».
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Посадочная машина, оснащенная усовершенствованным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом, позволяет снизить процент пропусков клубней в борозде до 3% при уровне повреждений клубней картофеля в пределах агротехнических требований. Опытный образец цепочно-ложечного высаживающего аппарата был изготовлен в Нижегородской ГСХА и прошел производственную проверку в условиях СПК «Возрождение» Нижегородской области на базе картофелесажалки Л-202.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на международных научно-практических конференциях: ФГБОУ ВПО «Нижегородская ГСХА», посвященной 75-летию д.т.н., профессора, заслуженного деятеля наук Лисунова Е.А. (2010 г.), ФГБОУ ВПО «МГАУ им.В.П. Горячкина», г. Москва, посвященной 80-летию университета (2010 г.); на научно-практических конференциях НГСХА (2007-2011 гг.), МГАУ им. В.П. Горячкина (2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, указанных в «Перечне…ВАК», получены 3 патента на полезную модель, без соавторства опубликована 1 статья. Общий объем публикаций 0,56 п.л., из них автору принадлежит 0,34 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, библиографического списка из 146 наименований и приложения. Диссертационная работа содержит 152 с., 58 рис., 27 табл. и приложение на 18 с.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
Аналитические зависимости для определения вероятности захвата клубня ложечкой высаживающего аппарата картофелесажалки и траектории движения клубней при выпадении их на верхней ведомой звездочке.
Рациональные значения конструктивных и режимных параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Конструкции направляющей для клубней и подвижной стенки питательного ковша цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Показатели, характеризующие качество посадки клубней картофеля картофелепосадочной машиной, оснащенной усовершенствованным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом.
Влияние равномерности раскладки и повреждений клубней картофеля при посадке на урожайность
Одними из основных сдерживающих факторов увеличения производства картофеля являются медленное освоение механизированных технологий возделывания, плохая обеспеченность отрасли необходимой техникой, значительные потери продукции во время транспортировки и хранения.
В настоящее время применяются несколько типов механизированных технологий: общепринятая, заворовская, голландская, грядово-ленточная (110+30, 120+20, 140 см), для каменистых и комковатых почв с предварительной сепарацией (гриммовская), технология возделывания на гребнях с междурядьями 90 см.
Традиционная механизированная технология основана на использовании для междурядий 70 см четырехрядного комплекса машин для посадки и двухрядного комплекса уборочных машин. Предусматривает применение научно обоснованной системы земледелия и размещение картофеля в специализированных севооборотах [77] на почвах, пригодных для механизированной уборки; сбалансированное применение минеральных удобрений и своевременное проведение мероприятий по защите растений от вредителей, болезней и сорняков.
Заворовская технология выращивания картофеля включает в себя комплекс агротехнических, семеноводческих, организационных мероприятий и предусматривает строгое и качественное выполнение их в оптимальные агротехнические сроки. Весенняя обработка почвы состоит из культивации на глубину 10... 14 см и глубокой безотвальной перепашки зяби на 27...30 см. Для нарезки гребней на культиваторы вместо окучников устанавливают двух- и трехъярусные стрельчатые лапы, а вместо тукопроводов - лотковые туконаправители. Для обработок до всходов культиваторы укомплектовываются долотами, ротационными рыхлителями и подпружиненными ротационными боронами. Уборка проводится серийными комбайнами и копателями.
Голландская технология заключается во фрезеровании почвы на глубину до 15 см перед посадкой, посадке клубней на глубину до 6 см, проведении механической обработки с фрезерованием поверхностного слоя на глубину 2...3 см, формировании высокого гребня через 10... 15 дней после посадки и за 2...3 дня до появления всходов или при достижении растениями высоты 1...5 см. Предусматривает применение фрезерного культиватора КФГ-3,6, культиватора-формирователя гребней КВК-4 и гербицида «зенкор» с нормой 0,75... 1,0 кг действующего вещества в водном растворе 250...300 л/га.
Грядово-ленточная технология позволяет в условиях повышенного и недостаточного увлажнения получать высокие урожаи посредством специальной подготовки поля к посадке клубней в течение всего севооборота, а также возделывания картофеля на широких (140 см) и высоких (до 35 см) грядах при схеме посадки 110+30 см. Имеет ряд преимуществ перед возделыванием картофеля на гребнях. Массивные гряды менее подвержены влиянию окружающей среды. При высокой температуре почва в них меньше нагревается и лучше сохраняет влагу. Несмотря на большую высоту гряд, общая площадь поверхности поля, покрытого ими, на 10... 13% больше поверхности поля, покрытого гребнями. При повышенной влажности более высокая гряда позволяет лучше удалить излишнюю влагу из слоя произрастания клубней. Гряды меньше, чем гребни, разрушаются при ливневых дождях. Технология позволяет проводить борьбу с сорняками в рядках и междурядьях в течение всего периода обработки, что полностью исключает применение гербицидов при возделывании как картофеля, так и его предшественников. Локализация внесения минеральных и органических удобрений снижает потребность в них не менее чем в два раза.
Гриммовская технология. При возделывании картофеля на тяжелых комковатых и засоренных камнями почвах по традиционной технологии увеличиваются повреждения клубней и доля ручного труда, особенно при уборке урожая, снижается надежность применяемых машин. Начиная с 1985 г. в нашей стране проверяются технологии производства картофеля в различных почвенно-климатических условиях на предварительно сепарированной почве (по типу фирмы «Гримме», Германия). Сущность ее заключается в очистке почвенного слоя на глубину залегания клубней от почвенных комков и камней с рыхлением подпахотного горизонта ниже уровня залегания клубней без выноса слоя на поверхность; химической борьбе с сорняками - механическая обработка посадок проводится лишь при необходимости (расплывание грядок, сильное уплотнение почвы и т.п.). Почва готовится весной перед посадкой в два приема: сначала нарезаются борозды глубиной до 25..30 см на ширину колеи трактора с образованием гряды шириной 140 см и одновременным рыхлением чизельными лапами подпахотного горизонта на глубину 10... 15 см; затем масса из образованной гряды при проходе сепарирующей машины разделяется на три фракции: мелко-комковатая почва проходит через просветы элеваторов снова на гряду, камни, комки почвы и другие посторонние предметы размером 30... 100 мм поперечным транспортером укладываются в образованную борозду (в колею трактора), а размером более 100 мм собираются в бункер и складируются на поворотной полосе поля. Для реализации данной технологии используются бороздорез-грядообразователь ГО-2 и сепаратор СУ-1,4. Посадки обрабатывают гербицидом «зенкор» (0,7... 1,0 кг действующего вещества в водном растворе 250...300 л/га) в период появления всходов с помощью штангового опрыскивателя. Посадку производят сажалкой КСМ-4, уборку -комбайном ККУ-2А.
Гребневая технология с междурядьями 90 см базируется на новом комплексе машин и наиболее эффективна для суглинистых почв. Предусматривается весенняя обработка зяби в два приема: сплошное фрезерование на глубину 14... 16 см и маркировка поля с глубоким рыхлением на глубину 25...27 см под будущим гребнем. Для выполнения технологических операций используются сельскохозяйственные машины и комбайны, агрегатируемые в основном с тракторами класса тяги 20 кН типа ЛТЗ-155. При уходе за посадками трактор работает с культиватором-окучником фрезерным КФО-3,6, формирующим из рыхлой почвы окучивающие фебни. При посадке картофеля трактор ЛТЗ-155 агрегатируется с опытной картофелесажалкой СПШ-4-90, обеспечивая ее устойчивую работу. На операциях по химической защите посадок от болезней и вредителей применяются прицепные и навесные опрыскиватели. При выполнении этой операции целесообразно использовать менее мощные тракторы Т-40 или МТЗ-80 с прицепным опрыскивателем ОПШ-15-01.
Исследование процесса выпадения клубней из ложечки на верхней ведомой звездочке
Урожайность и качество картофеля зависят от сорта, севооборотов, подготовки почвы к посадке, системы удобрений, подготовки семенных клубней пред посадкой, посадки, операций по уходу и уборке, послеуборочной и товарной обработки картофеля и его хранения. Причем посадка является одним из основополагающих факторов, определяющих технологию возделывания и уборки картофеля, поэтому дальнейшее развитие и совершенствование картофелепосадочных машин является актуальной задачей. [54]
Как показал анализ первого раздела, на картофелепосадочных машинах ближнего и дальнего зарубежья широко применяются ложечно-элеваторные высаживающие аппараты. В картофелеводстве России также все большее распространение находят картофелесажалки с данными высаживающими аппаратами. Но в связи с тем, что большой объем посадочной техники поставляется на российский рынок без надлежащих проверок и испытаний, исследование работы и обоснование параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата имеет важное практическое значение.
Картофелесажалка с цепочно-ложечным высаживающим аппаратом (рисунок 2.1) работает следующим образом. При заполнении картофелем бункера 1 клубни поступают к тяговому элементу 2 цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки и при включении ведущей звездочки 5 приводная роликовая длиннозвенная цепь, каждое четвертое звено которой снабжено ложечкой 3, движется вверх. Ложечки 3 захватывают клубни и транспортируют их сначала вверх, а затем после ведомой звездочки 6 направляют клубни вниз и, когда зазор между торцами каждой очередной ложечки и низа направляющего кожуха
У зарубежных картофелесажалок фирм Grimme, Gruse, Cramer, Troster, Hassia с ложечно-элеваторными высаживающими аппаратами диаметр верхнего (ведомого) шкива больше диаметра ведущего шкива. У картофелесажалок с цепочно-ложечным высаживающим аппаратом (типа Л-201, Л-202) диаметр ведомой звездочки меньше диаметра ведущей, вследствие чего возникает
Схема сил, необходимость исследования поведения действующих на клубень - . у клубней при выпадении их из ложечек. при движении ложечки На клубень, находящийся в ложечке, при движении ее на ведомой звездочке действуют следующие силы (рисунок 2.2): сила инерции ц, сила тяжести FG, сила нормального давления FN и сила трения FT.
Сила инерции, действующая на клубень, будет стремиться сбросить клубень с ложечки, а сила тяжести до поворота ложечки на угол 90 будет прижимать клубень к ложечке. Если суммарное действие этих сил приведет к скольжению клубня по ложечке, то добавится действие силы трения, которая также будет препятствовать движению клубня.
Дифференциальное уравнение движения клубня в момент начала скольжения будет иметь следующий вид: где dx - перемещение, м; dt - время, с; со - угловая скорость, с 1; R - радиус звездочки, м; г = 0.5 \labc - приведенный радиус клубня (а,Ь,с - геометрические размеры клубня), м; \х - коэффициент трения; g - ускорение свободного падения Р м/с ; ф - угол поворота ложечки, град.
В связи с тем, что перемещение клубня по оси X ограничено ребром ложечки, то клубень остается в ней, но при нахождении центра тяжести клубня выше ребра
В идеальном варианте траектория клубня должна проходить по окружности радиусом R+r. Но из расчетов следует, что клубни при увеличении скорости движения ложечек (частоты посадки) будут отрываться от ложечек и ударяться о кожух высаживающего аппарата, отскакивать от него и подвергаться удару ложечкой с возможным заклиниванием между кожухом и ложечкой и раздавливанием.
Расчеты предельных угловых скоростей ведомой звездочки в зависимости от массы клубня и угла поворота представлены в таблице 1 (приложение Б).
Одним из решающих факторов, определяющим работу высаживающего аппарата, является своевременное поступление клубней к ложечкам, т. е. в зону уверенного захвата клубня. При работе высаживающего аппарата ложечки захватывают клубни, центр тяжести которых находится в плоскости ложечки, и отбрасывают клубни, центр тяжести которых находится за пределами контура ложечки.
Часть клубней увлекается по направлению движения ложечек за счет трения о них выступающих частей. При этом клубни начинают поворачиваться с некоторой угловой скоростью и одновременно подниматься вверх.
Таким образом, в питательном ковше образуется активный объем клубней. Движение клубней в активном объеме очень сложно, зависит от многих факторов и прежде всего от состояния посадочного материала: сухости, чистоты, наличия ростков, размеров и формы клубней; скорости движения ложечек, конструкции питательного ковша и других факторов.
Траектории движения каждого отдельного клубня в активном объеме очень разнообразны и имеют вероятностный характер. Ввиду сложности движения клубней в активном слое и поступления их в зону захвата ложечкой несколько упростим задачу. С этой целью рассмотрим условие попадания одиночного клубня в ложечку при неподвижном слое.
Подобное упрощенное решение общей задачи не может раскрыть всего комплекса процессов поведения клубней в зоне захвата, но позволяет приближенно раскрыть некоторые главные условия западання клубня в ложечку [8].
При проходе клубней в зону захвата равнозначны различные варианты расположения их относительно ложечек, следовательно, этот процесс характеризуется как совокупность благоприятных и неблагоприятных случаев. Благоприятные: контур клубня не пересекается с контуром ложечки, а после встречи с ложечкой он будет захвачен. Для этого центр тяжести клубня в момент контакта с ложечкой должен находиться в пределах ее контура. Остальные случаи неблагоприятные, клубень будет отброшен.
Исследование работы базового цепочно-ложечного высаживающего аппарата картофелесажалки
Для предотвращения повреждений клубней, снижающих потенциальный урожай [13, 118] зубья на верхней (ведомой) звездочке были обрезаны заподлицо со щечками цепи, т.к. из-за удара клубня зубом ведомой звездочки клубень отрывается от ложечки и меняет траекторию движения. Обрезка зуба не дала ожидаемого результата, позволила снизить повреждения на 8,2— 9,6 %, но они превышали допустимые по агротехническим требованиям. В связи с этим была изготовлена из листовой стали и установлена по радиусу движения ложечки в кожухе высаживающего аппарата направляющая с постепенно уменьшающимся зазором (рисунок 4.9).
Опыты по повреждениям клубней цепочно-ложечным высаживающим аппаратом проводились с ведомыми звездочками с зубом, укороченным заподлицо со щечками цепи и с направляющей, выполненной по радиусу движения ложечки с постепенно уменьшающимся зазором.
Из полученных данных следует, что установка направляющей позволяет увеличить скоростной режим работы цепочно-ложечного высаживающего аппарата до 9 кл./с при Исследование влияния уровня клубней в питательном ковше высаживающего аппарата на количество пропусков клубней ложечками
Для выбора оптимального уровня клубней в питательном ковше высаживающего аппарата проводились однофакторные эксперименты. Определялось в зависимости от уровня клубней в питательном ковше количество пропусков клубней. Результаты испытаний представлены графически (рисунок 4.10) и в таблице 4.7.
Как видно из таблицы и графика, увеличение слоя клубней в питательном ковше практически не влияет на количество пропусков (но возрастают повреждения клубней), а недостаточный уровень клубней в питательном ковше (15-25 см - рекомендация завода изготовителя) приводит к повышенным пропускам клубней. Параллельно аналогичные исследования велись учеными Пензенской ГСХА. Профессора О. Н. Кухарев и Н. П. Ларюшин, исследуя работу малогабаритной картофелесажалки с цепочно-ложечным высаживающим аппаратом, выявили, что уровень клубней в питательном ковше должен находиться в пределах от 150 до 200 мм [65].
Результаты трехфакторных экспериментов Для оптимизации конструктивных и технологических параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата был спланирован и реализован трехфакторный эксперимент второго порядка. Технологический процесс посадки оптимизировали по проценту пропусков клубней для средней фракции.
Реализуем трёхуровневый план Бокса Бенкина второго порядка. Такой выбор обоснован выполнением 45 опытов с трёхкратной повторностью, что обеспечивает меньшее количество опытов при достаточной точности.
Матрица планирования многофакторного эксперимента по изучению процесса посадки картофеля сорта «невский» представлена в таблице 4.8.
Согласно выбранному плану была выполнена рандомизация проведения опытов, результаты отражены в таблице 4.9. Каждый опыт повторяли 3 раза. Обработка экспериментальных данных проводилась по методике, разработанной в третьей главе.
Проверку равноточности опытов (однородности дисперсий) проводили по критерию Кохрена. Табличное значение критерия Кохрена (GTa6n) Для уровня значимости а = 0,05 и числах степеней свободы fi = 2, f2= 15 [71]: Єтабл 0,05; 2; is = 0,3346. Из таблицы 4.10 видно, что S j max = 0,2908, тогда экспериментальное значение критерия Кохрена G = 0,2908/1,279 = 0,227.
Условие равноточности опытов (G GTa6n) выполняется и гипотеза об однородности дисперсий подтверждается, что позволило определить дисперсию воспроизводимости.
При статистической оценке значимости коэффициентов полученного уравнения регрессии был определен доверительный интервал по критерию Стьюдента. Табличное значение t-критерия определено [71] для уровня значимости а=0,05 и числе степеней свободы f = 30:
Перейдём к натуральным значениям факторов, используя формулы (3.5): частота высадки v = 5,525 кл./с; амплитуда колебаний встряхивающей створки А = 7,487 мм; частота колебаний встряхивающей створки (передаточное отношение) i=0,3847. Количество пропусков при данных значениях параметров составляет 2,142 %.
Для наглядности результатов и подробного изучения области оптимума были построены поверхность отклика (параметра оптимизации) и двумерные сечения поверхности отклика, для этого фиксируются значения критерия оптимизации и один из факторов. Для построения графической интерпретации полученной математической модели использовалась программа Statgraphics plus version 2.1 for Windows.
Поверхности отклика, построенные в координатах факторов, и двумерные сечения поверхностей отклика изображены на рисунке 4.12. Двумерные сечения дают наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании уровней каждой пары факторов.
Результаты однофакторных экспериментов базовой модели
Поверхность отклика Y=f(Xl;X2) представляет собой эллиптический параболоид, контурные кривые которого - усеченные эллипсы (рисунок 4.12), втянуты по оси Х2. Границы оптимальных значений факторов XI и Х2 соответственно равны: Х1Є [-1;0], Х2Є [-0,8;0,72].
Поверхность отклика Y=f(Xl;X3) представляет собой эллиптический параболоид, контурные кривые которого - эллипсы (рисунок 4.12), втянуты по оси ХЗ. Границы оптимальных значений этих факторов соответственно равны: Х1Є[-1; -0,03], ХЗЄ[-1;1].
Поверхность отклика Y=f(X2;X3) также представляет собой эллиптический параболоид, контурные кривые которого - эллипсы (рисунок 4.12), втянуты по линии, расположенной под углом к осям Хг и Х3. Границы оптимальных значений факторов Х2 и ХЗ соответственно равны: Х2Є[-1; 0,24], ХЗЄ[-1; 0,45].
Повреждения клубней не выходили за рамки агротехнических требований при любых значениях исследуемых факторов. Отложим на числовой оси полученные значения в виде отрезков интервалов (рисунок 4.13).
Отрезки интервалов значений исследуемых факторов на числовой оси
Графоаналитический анализ математической модели по двумерным сечениям позволил определить оптимальные диапазоны значений факторов на критерий оптимизации вблизи оптимума:
1) частота высадки Х1Є[-1; -0,03]; 2) амплитуда колебаний встряхивающей створки Х2Є[-0,8; 0,24]; 3) частота колебаний встряхивающей створки (передаточное отношение) ХЗЄ[-1; 0,44]. В натуральных единицах: 1) частота высадки: 5,2 - 6,75 кл./с; 2) амплитуда колебаний встряхивающей створки: 5,8 - 9,38 мм; 3) частота колебаний встряхивающей створки (передаточное отношение): 0,25-0,61. По результатам лабораторных экспериментов при посадке картофеля на исследуемой установке, можно сделать следующие выводы: 1. Наименьшее влияние на количество пропусков клубней оказывает частота колебаний встряхивающей створки (передаточное отношение). 2. Значение функции отклика при оптимальных факторах составляет 2,14%. 3. Оптимальным режимом работы устройства, при котором достигается наилучший показатель пропусков клубней, можно считать следующий: частота высадки v= 5,53 кл./с; амплитуда колебаний встряхивающей створки А= 7,5 мм; передаточное отношение к валу встряхивающей створки 0,385.
Результаты полевых исследований картофелесажалки, оснащенной модернизированным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом
Равномерное распределение посадочного материала в борозде при рядовой машинной посадке картофеля является залогом получения высоких урожаев картофеля. Так, по данным исследований, проведенных в Пензенском сельскохозяйственном институте, при равномерности распределения клубней картофеля в борозде, равной 34%), урожай составил 216 ц/га, при равномерности 87 % урожайность достигла 300 ц/га [119].
В целом распределение клубней вдоль рядка при рядовой машинной посадке картофеля представляет собой случайный процесс, который зависит от множества случайных факторов, к которым прежде всего следует отнести: неоднородный размерный состав посадочного материала, неравномерное заполнение клубнями ложечек высаживающего аппарата, неравномерное сбрасывание клубней высаживающим аппаратом, удар клубней о дно борозды с последующим раскатыванием (для устранения которого нами спроектировано высаживающее устройство [82]) , неоднородность физико-механических свойств почвы и микрорельефа поля. Для однорядных дисково-ложечных высаживающих аппаратов установлено, что распределение клубней вдоль рядка соответствует закону нормального распределения (Е.И. Кистанов, Н.М. Постников [56]) и описывается уравнением: где fx - плотность вероятности распределения интервалов; М -математическое ожидание; а — среднее квадратичное отклонение интервалов; х - случайное значение интервалов. В некоторых работах М. И. Кана, В. М. Годухина [15,38] для описания распределения клубней используется распределение Вейбула. Распределение Вейбула описывается следующим уравнением: где fx - плотность вероятности распределения интервалов; a, b - параметры распределения; х - случайное значение интервалов. Параметр а определяется по формуле: а=(Хср-А)/КЬ, где А= Xmin - АХ/2 - величина смещения при А 0 принимается А=0. Однако при работе двухрядных высаживающих аппаратов до сих пор не определен и не нашел практического подтверждения закон распределения клубней в борозде. Поэтому нами одновременно при определении функциональных показателей картофелесажалки Л-202В сделана попытка определить практически закон распределения клубней в борозде по данным полевых испытаний картофелесажалки.
В таблице 4.12 приведен расчет теоретического закона распределения клубней в борозде по данным, полученным в результате полевых испытаний модернизированной картофелесажалки Л-202В при установочном расстоянии между клубнями в рядке Ау = 24,5 см.
С целью приведения исходных данных к центрированному распределению вычислим вспомогательную переменную: х=(ХкгА)/а. По величине этой вспомогательной переменной находим значения функции принятого закона распределения F(Xkj) в конце каждого интервала. Теоретическая плотность вероятностей f(x) в каждом интервале равна разности интегральных функций в соседних интервалах [67].
