Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования 7
1.1 Агротехнические требования к посеву и прикатыванию 7
1.2 Анализ существующих способов посева 14
1.3 Анализ технологий гребневого посева и средств механизации для их осуществления 23
1.4 Анализ средств механизации прикатывания почвы 34
1.5 Основные направления совершенствования средств механизации посева и прикатывания 40
1.6 Анализ показателей качества процесса работы почвообрабатывающих катков 40
1.7 Цель работы и задачи исследования 46
2 Теоретическое обоснование конструктивно режимных параметров катка-гребнеобразователя 48
2.1 Описание конструкции катка-гребнеобразователя 48
2.2 Обоснование формы профиля гребня почвы 52
2.3 Обоснование расположения оси колец катка-гребнеобразователя... 55
2.4 Обоснование конструктивных параметров прикатывающих колец катка-гребнеобразователя 60
2.5 Определение давления на почву, создаваемого прикатывающими кольцами катка-гребнеобразователя 64
2.6 Определение результирующей силы, действующей на почву при работе катка-гребнеобразователя 67
2.7 Обоснование расстояния между кольцами катка-гребнеобразователя 71
2.8 Определение плотности почвы в гребне
после воздействия катка-гребнеобразователя 73
Выводы 79
Исследование процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем в лабораторных условиях 80
3.1 Программа и методика лабораторных исследований катка гребнеобразователя 80
3.1.1 Общая методика экспериментальных исследований 80
3.1.2 Методика использования лабораторного комплекса 83
3.1.3 Методика исследований физико-механических свойств почвы и формы профиля образуемой поверхности почвы 87
3.1.4 Методика определения усилия сжатия пружины 92
3.1.5 Выбор и обоснование параметра оптимизации и управляемых факторов 94
3.1.6 Планирование факторного эксперимента. Кодирование факторов 97
3.1.7 Методика обработки результатов основного эксперимента 99
3.2 Результаты лабораторных исследований 102
3.2.1 Анализ математических моделей технологического процесса прикатывания почвы катком-гребнеобразователем 102
3.2.2 Анализ математических моделей с помощью двухмерных сечений 110
3.3 Исследование перемешивания слоев почвы и геометрических параметров формируемого гребня после прохода катка гребнеобразователя 113
Выводы 115
4 Исследование катка-гребнеобразователя в производственных условиях 117
4.1 Программа и методика исследований 117
4.1.1 Подготовка посевного агрегата и катка-гребнеобразователя к работе. Выбор базы для сравнения 121
4.1.2 Определение качественных показателей работы комбинированного посевного агрегата 124
4.2 Результаты производственных исследований катка-гребнеобразователя 128
Выводы 137
5 Экономическая эффективность внедрения катка-гребнеобразователя в производство 139
5.1 Особенности применения катка-гребнеобразователя в условиях производства 139
5.2 Экономическая эффективность внедрения катка-гребнеобразователя 140
5.2.1 Определение стоимости изготовления катков-гребнеобразователей 141
5.2.2 Выбор базы для сравнения 144
5.2.3 Расчет эксплуатационных затрат и экономической эффективности 145
Выводы 152
Общие выводы 153
Список литературы
- Анализ средств механизации прикатывания почвы
- Определение давления на почву, создаваемого прикатывающими кольцами катка-гребнеобразователя
- Методика исследований физико-механических свойств почвы и формы профиля образуемой поверхности почвы
- Определение качественных показателей работы комбинированного посевного агрегата
Введение к работе
Актуальность темы. Государственная программа развития сельского хозяйства РФ на 2008-2012 годы предусматривает его технологическую и техническую модернизацию. Реализация этой программы возможна благодаря разработке и внедрению в производство современных ресурсосберегающих технологий возделывания культур и средств механизации для их эффективного осуществления.
Технологии возделывания сельскохозяйственных культур различаются в зависимости от особенностей этих культур, почвенно-климатических условий, предпочтений производителя. Соответственно, с ростом количества технологий увеличивается и потребность в средствах механизации для их эффективного выполнения. Следовательно, с развитием научно-технического прогресса в растениеводстве все большее значение имеет адаптация технологических процессов и средств механизации к природно-климатическим и почвенным условиям.
Широкое использование интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе гребневых, предъявляет к посевным и почвообрабатывающим машинам повышенные требования по качеству работы, производительности, экологичности и др. Практика показывает, что прибавку урожая можно получить за счет своевременного и качественного выполнения всего комплекса агротехнических работ с учетом особенностей возделываемых культур.
Однако, несмотря на имеющийся широкий ассортимент посевных машин и орудий для гребневого посева, анализ их конструкций показал, что качество работы сеялок и катков не полностью соответствуют агротехническим требованиям, к тому же они энергозатратны, металлоемки и имеют низкий уровень универсализации. Поэтому задача создания орудий и их рабочих органов, обеспечивающих выполнение агротехнических требований при посеве пропашных культур с низкими эксплуатационными затратами, является важной, актуальной и имеющей большое значение для экономики страны.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» на 2006 – 2010 г.г. «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (регистрационный номер 0120.0 600147).
Цель исследований. Повышение качества посева пропашных культур на основе применения катка-гребнеобразователя и обоснование его оптимальных параметров.
Объект исследования. Процесс формирования уплотненного гребня почвы катком-гребнеобразователем при посеве пропашных культур.
Предмет исследования. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров катка-гребнеобразователя на качество процесса формирования гребня почвы при посеве.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием методов системного анализа и синтеза, а также положений и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводили с использованием методики планирования эксперимента, регрессионно-корреляционного анализа согласно действующих ГОСТов, ОСТов и разработанных частных методик. Полученные экспериментальные данные обрабатаны методами математической статистики с помощью программ «Excel», «Statistica 6.0» и «Derive-5» для ПЭВМ.
Научная новизна работы. Получены аналитические зависимости, позволяющие проанализировать процесс взаимодействия основных рабочих элементов катка-гребнеобразователя с почвой и обосновать конструктивные параметры.
Разработаны математические модели процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем с учетом его конструктивно-технологических параметров и физико-механических свойств почвы.
Новизна технических решений катка-гребнеобразователя подтверждена патентами на полезную модель и изобретение № 62765 и № 2347338.
Практическая ценность. Предложенный каток-гребнеобразователь в агрегате с сеялкой-культиватором при посеве пропашных культур позволяет повысить качество формирования гребня почвы, на 26…30 % снизить эксплуатационные затраты, а также на 17,2…21,9 % повысить урожайность возделываемых культур по сравнению с традиционной технологией.
Реализация результатов исследований. Исследования предложенного катка-гребнеобразователя в производственных условиях проведены в ООО «Ульяновская Нива» и крестьянско-фермерском хозяйстве «Макаров А.В.» Чердаклинского района Ульяновской области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на VIII Международном научно-практическом семинаре «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» (Орловский ГАУ, 2006 г.), на Международной научно-практической конференции «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой продукции» (Астраханский ГУ, 2006 г.), на Международных научно-практических конференциях «Использование инновационных технологий для решения проблем АПК в современных условиях», «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий» (Волгоградская ГСХА, 2009-2010 г.г.), на Международной научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства, науки и аграрного образования» (Донской ГАУ, 2009 г.), на научно-практической конференции «Инновационные технологии в растениеводстве» (Мичуринский ГАУ, 2009 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (Мордовский ГУ им. Н.П. Огарёва, 2009 г.), на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курская ГСХА, 2010 г.), на XLIX Международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству» (Челябинская ГАА, 2010 г.), на II-ой Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновская ГСХА, 2010 г.).
Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 3 работы – в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ на полезную модель и 1 патент РФ на изобретение. Общий объём опубликованных работ составляет 6,4 п.л., из них автору принадлежит 3,6 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и общих выводов. Работа изложена на 174 с., содержит 66 рисунков, 19 таблиц и приложение на 61 с. Список литературы включает 250 наименований, в т.ч. 6 – на иностранных языках.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- аналитические зависимости по определению оптимальных конструктивных параметров и режимов работы катка-гребнеобразователя;
- математические модели процесса формирования гребня почвы предложенным катком-гребнеобразователем;
- конструкция катка-гребнеобразователя;
- результаты экспериментальных исследований по определению оптимальных режимов работы катка-гребнеобразователя.
Анализ средств механизации прикатывания почвы
Ленточный посев (рисунок 1.2, г) применяют преимущественно при возделывании овощных (морковь, лук и другие), технических культур или травянистых ягодников (клубника и другие), а также лекарственных растений с малой площадью питания. В связи с медленным ростом в начальные фазы они в большей степени угнетаются сорняками и требуют междурядной обработки. В этом случае несколько рядков (строчек) образуют ленту, причем расстояние /2 между лентами больше расстояния 1\ между строчками в ленте. Расчетной характеристикой ленточной схемы посева является расстояние L между серединами лент. Его выбирают таким, чтобы растения не повреждались при междурядной обработке. Обычно 1\ изменяется от 7,5 до 15 см, aZ = 45...70 см. Следовательно, данный способ посева применять при возделывании пропашных культур не рационально, так как не будет обеспечена оптимальная площадь питания растений.
Гнездовой способ посева характеризуется шириной междурядий / и шириной междугнездий /м. Разновидностью гнездового посева являются квадратно-гнездовой (рисунок 1.2, д), прямоугольно-гнездовой (рисунок 1.2, ё) и шахматный (рисунок 1.2, ж) посевы. Применяют такие способы посева для бахчевых культур и для некоторых пропашных — кукурузы на силос, картофеля, рассады овощных культур и других. Размещение гнезд по вершинам квадратов или прямоугольников дает возможность проводить механизированную обработку посевов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что является основным достоинством указанных способов. При шахматном посеве междурядную обработку можно проводить в трех направлениях - в продольном и двух перекрестно-диагональных, что увеличивает затраты на возделывание культур, поэтому шахматный посев широко не применяют.
Безрядковый способ посев заключается в распределении семенного ма 20 териала по засеваемой площади в случайном порядке. Разновидностями безрядкового способа посева являются разбросной и полосовой посевы. Разбросной посев (рисунок 1.2, з) применяют при высеве семян трав или в том случае, когда нельзя использовать другие способы. Недостаток данного способа - неравномерное распределение семян по поверхности поля и по глубине заделки. Однако для травянистых растений с небольшой площадью питания данный способ обеспечивает оптимальные условия. Полосовой способ (рисунок 1.2, и) применяют для посева зерновых культур по стерне [149], совмещая предпосевную культивацию и посев. Семена в полосе размещаются хаотично. Расстояние / между центрами полос « 23 см, но при увеличении этого расстояния можно механизировать операцию удаления сорняков.
Круглов Б.И. предлагает спиральный способ посева сельскохозяйственных культур (рисунок 1.2, к) [172], при котором высев семян осуществляют при движении посевного агрегата по спирали Архимеда. Шаг спирали В равен отношению радиальной скорости vp посевной машины к числу ее оборотов вокруг центра спирали. Использование такого способа посева, как отмечает автор сокращает эксплуатационные затраты и обеспечивает непрерывность выполнения операций при возделывании культур. Однако поля обычно имеют прямоугольную форму, поэтому применение данного способа приведет к появлению незасеянных участков, а перепланировка полей требует дополнительных затрат. Высев пропашных культур спиральным способом сделает невозможным выполнение междурядных обработок.
По количеству выполняемых операций различают однооперационный и комбинированный способы посева [42]. При однооперационном посеве высев семян не сочетают с другими операциями технологического процесса возделывания культур. Это приводит к необходимости дополнительных проходов агрегата по полю, следовательно, к увеличению продолжительности посевных работ, повышению эксплуатационных затрат, снижению производительности труда. Комбинированный посев предусматривает совмещение операций посева с другими операциями (предпосевной культивацией, внесе 21 ниєм минеральных удобрений, прикатыванием и другими), разрыв между которыми отрицательно влияет на развитие культурных растений и эффективность производства продукции растениеводства.
По числу высеваемых культур можно выделить монокультурный и совмещенный посев. Монокультурный способ применяют при возделывании большинства сельскохозяйственных культур. Технология совмещения посевов различных культур предусматривает одновременный высев семян двух и более культур в разные ряды и их заделку на разную глубину [233]. Данный способ посева используют при совместном возделывании зерновых и трав (например, смеси вики с овсом), кукурузы с кормовыми бобовыми или подсолнечником и других культур. Такой посев увеличивает продуктивность поля, устраняет дополнительный проход сеялки по полю, сокращает сроки посева, однако требует сложной конструкции высевающего устройства.
В зависимости от способа размещения семян в вертикальной плоскости, а также от почвенно-климатических условий и особенностей возделываемых культур различают посев на ровную поверхность, в борозды и гребневой посев.
Посев на ровную поверхность поля (рисунок 1.3, а) ведут при обычной предпосевной подготовке почвы в районах нормального и недостаточного увлажнения. Разновидностью посева по ровной поверхности поля является посев по стерне (рисунок 1.3, б), исключающий предварительную обработку поля. При этом сохраняется стерневой фон, который снижает интенсивность испарения почвенной влаги и уменьшает вредное воздействие водной и ветровой эрозии. Стерневой посев наиболее эффективен при возделывании зерновых культур [92, 188]. Экономия топлива составляет около 45 %, времени — 32 %, смыв почвы уменьшается в 6 раз [94]. Однако при таком посеве возникает повышенное уплотнение почвы, что ухудшает ее структуру и водно-воздушный режим. Следовательно, необходимо учитывать: устойчивость почвы к уплотнению, дренированность, содержание гумуса, засоренность полей.
Определение давления на почву, создаваемого прикатывающими кольцами катка-гребнеобразователя
Каток-гребнеобразователь содержит также кронштейн 19, жестко закрепленный на передней поперечной балке 3, посредством которого каток агрегатируют с требуемой машиной или механизмом. К кронштейну 19 шар-нирно при помощи пальца 20 присоединена штанга 21. Второй конец штанги 21 проходит через муфту 22, шарнирно присоединенную с помощью болта 23 к кронштейну 24. На штанге 21 установлена пружина 25. Для регулировки давления колец 16 катка-гребнеобразователя на почву служит гайка 26, которая может перемещаться по штанге 21. Для надежной фиксации штанги 21 во время работы или транспортировки катка на наружном конце муфты 22 установлен шплинт 27.
Каток-гребнеобразователь работает следующим образом. Предварительно сферические диски 11 устанавливают на требуемый угол к направлению движения. Для этого перемещают концы боковых балок 1 в Ш-образных концах поперечной балки 3 в разные стороны от оси симметрии катка и фиксируют в нужном положении стопорными болтами 12, вставляемыми в отверстия; 13. При необходимости углубления почвы по боковым г сторонам гребня и, вследствие этого, увеличения его высоты, сферические диски II вместе с полуосями 8 перемещают вниз по прорезям 7. Сферические диски 11 фиксируют в требуемом положении с помощью болтов 10;
При подготовке катка-гребнеобразователя к работе ось 15 вместе с кольцами 16, расположенными на ней, в зависимости от угла установки сферических дисков 11 перемещают в горизонтальной плоскости и фиксируют в заданном положении болтами 18.
При движении катка-гребнеобразователя по рядку, на который предварительно с междурядий сдвинут для заделки семян рыхлый слой почвы и образован почвенный бугорок, сферические диски И, установленные выпуклой стороной к оси симметрии катка, перекатываются вместе с полуосью 8 и уплотняют почвенный гребень с боковых сторон. Кольца 16j свободно вращающиеся на оси 15, уплотняют вершину гребня, разрушают почвенные комки и окончательно формируют гребень. В следствие этого на.поверхности рядка образуется рыхлый мульчированный слой почвы, уменьшающий испарение почвенной влаги.
Изменение положения сферических дисков «в вертикальной плоскости позволяет сформировать канавку с боковых сторон гребня. При этом гребень образуется большей высоты, и на глубине заделки семян почва прогревается быстрее. Кроме того, перемещение оси вместе с кольцами в горизонтальной плоскости позволяет добиться более качественного образования гребня за счет совмещения плоскостей наибольшего давления на почву со стороны сферических дисков и колец. Вследствие этого образуется гребень с требуемой плотностью, что ускоряет процесс прорастания семян и, в конечном итоге, увеличивает урожайность возделываемых культур.
При возделывании пропашных культур по-гребневой технологии, важным фактором процесса гребенобразования является создание требуемой формы профиля гребня, которая зависит от структурности почвы, ее физико-механических свойств и агротехники возделавания. В совокупности, эти свойства почвы определяют угол естественного откоса почвы Xw. Для определения угла естественного откоса почвы jeo не требуется много времени и средств, что делает этот показатель наиболее удобным для характеристики формы профиля гребня. Значение этого угла для различных типов почв установлено в ходе многочисленных исследований.
На размеры и форму гребня значительное влияние оказывает технология возделывания и агротехнические показатели качества посева культур, обусловленные зональными особенностями возделывания культур. Следовательно, такой агротехнический показатель как ширина междурядий /м влияет на параметры гребня (высоту hr и площадь Sr гребня), а также на его форму. Форму профиля образуемого гребня почвы можно описать уравнением кривой линии периодической функции. Проанализировав графики тригонометрических функций [205], можно записать уравнение кривой, описываю 53 тую форму профиля гребня: z = 0,5hrcosx, (2.1) где z — ордината точек рассматриваемой кривой, м; х — абсцисса кривой линии, описывающей форму профиля гребня, м. В том случае, если ось ординат является осью симметрии борозды, а также чтобы получить разные углы наклона боковых поверхностей к горизонту введем параметр ки, тогда выражение (2.1) можно записать следующим образом: 2r = 0,5/ r[l-cos(Mx)], (2.2) где км = 2ж11м — коэффициент масштабирования кривой линии функции, описывающей форму профиля гребня, характеризующий изменение ширины междурядий [241], рад/м. Для того чтобы с помощью выражения (2.2) описывать разные формы гребня, необходимо принять, что z = hr{l-[cos{kMx)]m\, (2.3) где т — показатель степени. С помощью выражения (2.3), задав параметры hr, кы и т, в общем виде можно описать профиль поверхности поля до и после образования гребня, что позволяет теоретически смоделировать процесс гребнеобразования и поверхность формируемого гребня. На рисунке 2.2 изображены графики зависимости z /(х) при различных км и т. Чтобы зависимость (2.3) соответствовала реальному процессу образования гребня, необходимо ввести ограничение, которое отражает условие, что угол наклона боковой поверхности гребня не может быть больше угла естественного откоса почвы %ео: tgZeo (2-4) где w — угловой коэффициент касательной, проведенной к кривой z =J{x).
Методика исследований физико-механических свойств почвы и формы профиля образуемой поверхности почвы
С целью выявления значимых факторов, влияющих на прикатывание почвы, подтверждения теоретических закономерностей процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем и определения оптимальных конструктивных параметров и режимов работы предлагаемого устройства разработана программа лабораторных исследований. Программа исследований разработана в соответствии с поставленной целью исследований на основе анализа литературных данных и тематической информации по вопросам прикатывания и включает в себя: - разработку и изготовление экспериментальной модели катка гребнеобразователя и лабораторного комплекса; - выявление качественных показателей процесса формирования гребня катком-гребнеобразователем; - исследование влияния выбранных конструктивно-режимных пара метров катка-гребнеобразователя на плотность почвы в гребне; - экспериментальное подтверждение влияния параметров катка на геометрические размеры гребня почвы; - выбор методов исследований и математическую обработку результатов исследований; - выполнение сравнительного анализа теоретических и экспериментальных результатов исследований.
Изучение и анализ статистических методов планирования и обработки результатов эксперимента позволили выявить, что задачей планирования эксперимента является получение математической модели объекта исследования [29, 30, 59, 63, 68, 82, 133, 146, 155]. Алгоритм экспериментальных исследований процесса формирования уплотненного гребня почвы катком-гребнеобразователем, заключающийся в построении и использовании математической модели, представлен на рисунке 3.1.
На основе всестороннего анализа и изучения теоретических работ по проведению экспериментальных исследований выявлено, что важным аспектом является выбор значимых факторов, чтобы в последующем незначимыми факторами можно было пренебречь (этапы 5...7). В результате,этого можно получить относительно несложную математическую модель процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем при сохранении адекватности этой модели, что позволит упростить ее анализ. Также при выполнении экспериментальных исследований необходимо определить область исследований с учетом рациональных ограничений.
В процессе выполнения экспериментальных исследований этапы 8 и 9 составили основу методической части эксперимента. Последующие этапы (10... 15) алгоритма проведения экспериментальных исследований процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем направлены на выполнение эксперимента, обработку и анализ полученных результатов.
Для получения наиболее точных и достоверных данных проводили полнофакторный эксперимент. Надежность опытов оценивали, используя методики, предложенные Адлером, Веденяпиным, Мельниковым [30, 59, 146].
Результаты экспериментальных исследований обрабатывали с применением методов математической статистики с помощью программ «Excel», «Statistica 6.0» и «Derive - 5». При этом особое внимание обращалось на критерии, подтверждающие достоверность и значимость результатов исследований, а также адекватность полученных математических моделей.
При выполнении экспериментальных исследований применяли измерительные приборы и оборудование, представленные в таблице 3.1.
Непосредственно перед началом проведения опытов в почвенном канале подготавливали почву в соответствии с агротехническими требованиями к предпосевной подготовке почвы: перекапывали и выравнивали; равномерно поливали почву по всей поверхности. После того как влажность почвы принимала оптимальное значение (19...23 %), проводили экспериментальные исследования.
Для проведения экспериментальных исследований по изучению закономерностей процесса формирования и уплотнения гребня почвы создана лабораторная модель катка-гребнеобразователя, новизна конструктивного исполнения которого подтверждена патентом на изобретение № 234733 8 (приложение А) и патентом на полезную модель № 62765 (приложение Б).
Лабораторная модель катка-гребнеобразователя (рисунок 3.3) включает. раму, состоящую из боковых балок 1, продольных балок 2 и поперечных балок 3 и 4. На боковых балках 1 закреплены пластины 5 с прорезями. В; прорези вставлены полуоси, 6, установленные с возможностями их перемещения в вертикальной плоскости и фиксирования в заданном положении. На полуосях 6 установлены выпуклостью к оси симметрии катка сферические диски 7. На продольных балках 2 в подшипниках установлена ось с прикатывающими кольцами 8. Конструкцией предусмотрено изменение положения прикатывающих колец вместе с осью в горизонтальной плоскости.
В конструкции катка-гребнеобразователя предусмотрен кронштейн 9, посредством которого каток агрегатируют с требуемой машиной или механизмом. К кронштейну присоединена штанга 10. На штанге установлена пружина 11 для регулировки давления катка на почву.
Определение качественных показателей работы комбинированного посевного агрегата
После реализации всех опытов были обработаны их результаты (приложение Г) и получены уравнения регрессии.
Полученные результаты лабораторных исследований процесса формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем были проверены на воспроизводимость по критерию Кохрена. В результате проведенного расчета значение критерия Кохрена составило Gp = 0,013. Табличное значение критерия Кохрена GT при доверительной вероятности 0,95 и числе степеней свободы числителя Т{=п— 1=3 — 1=2и знаменателя т2 = N— 1 = 320 -1=319, где N — число точек плана эксперимента; п — число повторений опыта в каждой точке плана эксперимента, равно 0,015.
Результаты опытов обрабатывали с помощью программы Statistica 6.0 и ее модуля «Нелинейное оценивание», основанного на использовании квазиньютоновского метода. В итоге было получено уравнение нелинейной регрессии, описывающее процесс формирования гребня почвы катком-гребнеобразователем, показывающее влияние всех независимых факторов на коэффициент соответствия эталону: 103 ксэ= 0,4412 + 0,1318 v + 0,0003 Fup + 0,0463 а + 0,2586 X - 0,000016 v Fnp - 0,0011 v а - 0,0378 v X + 0,000002 Fnp а - 0,000084 Fnp X + 0,0393 а Х- 0,0421 v2 - 0,0000003 Fnp - 0,00187 а2 - 4,2717 X2. (3.21) где ксэ - коэффициент соответствия эталону; v — скорость движения катка, м/с; Fnp — усилие сжатия пружины катка-гребнеобразователя, Н; а — угол атаки сферических дисков, град.; X — смещение прикатывающих колец катка-гребнеобразователя, м.
Полученное уравнение регрессии (3.21) представляет собой полное квадратичное уравнение, так как все коэффициенты регрессии статистически значимы при уровне значимости р — 0,05. Корреляционное отношение R = 0,93, а коэффициент детерминации D = 0,865, поэтому данное уравнение объясняет 86,5 % вариации зависимой переменной.
Остатки регрессии, полученные после оценивания, оказались одинаково распределенными случайными величинами с нулевым математическим ожиданием. Это установлено с помощью модуля «Основная статистика» по существенности нормального распределения на основании критерия Колмогорова-Смирнова, а также по гистограмме остатков. Для определения степени воздействия отдельных независимых факторов процесса формирования гребня почвы и их совместного влияния на коэффициент соответствия эталону был проведен анализ с помощью функции «Фиксированная нелинейная регрессия».
Значимость коэффициентов уравнения регрессии оценивали с помощью модуля «Фиксированная нелинейная регрессия» программы Statistica 6.0. Все коэффициенты полученного уравнения, включая свободный член, статистически значимы, так как уровень значимости для каждого из них менее 0,05.
Расчетное значение критерия Фишера также определяли с помощью программы Statistica 6.0 и оно составило Fp = 153,53. Табличное значение критерия Фишера при 5 %-ном уровне значимости для уравнения (3.21) FT = 1,75 (при степени свободы числителя т\=к-\ = 15-1 = 14, где Л: = 15 — количество коэффициентов уравнения регрессии, включая свободный член; и степени свободы знаменателя т2 = N — к = 320 - 15 = 305). Поскольку Fp Fr, следовательно, уравнение регрессии статистически значимым на уровне доверия 95 %. После обработки результатов экспериментальных исследований было-получено уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, характеризующее влияние скорости движения агрегата и усилия сжатия пружины катка-гребнеобразователя на коэффициент соответствия эталону ксэ = 0,6392 + ОД 186 v + 0,0004Рпр - 0,042lv2 -1,6072 10"5 v Fnp - 2,6813 10"7F2p. (3.22) Уравнение (3.23) в кодированных значениях факторов принимает следующий вид Y = 0,8108 - 0,0127 х, + 0,0342 х2 - 0,0341 х2 - 0,0043 х1 х2 - 0,0241 х1, (3.23) где JCI — скорость движения посевного агрегата; х2 — усилие сжатия пружины. Графическое изображение поверхности отклика от взаимодействия скорости движения катка и усилия сжатия пружины катка-гребнеобразователя, а также их совместное влияние на коэффициент соответствия эталону представлено на рисунке 3.10. Данная поверхность выпуклая и имеет вершину (максимум) в области эксперимента.
Анализ коэффициентов уравнений (3.22) и (3.23) показывает, что наибольшее влияние на параметр оптимизации из линейных членов оказывает усилие сжатия пружины, причем с увеличением усилия сжатия параметр оптимизации увеличивается. Наименьшее влияние оказывает взаимодействие скорости движения агрегата и усилия сжатия пружины. Среди нелинейных членов наибольшее влияние оказывает скорость движения, возведенная в квадрат, причем с ее увеличением параметр оптимизации уменьшается.
