Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 6
1.1 Агротехнические требования к прикатыванию почвы и основные агротехнические показатели 6
1.2 Анализ существующих способов поверхностной обработки почвы 11
1.3 Анализ конструкций почвообрабатывающих катков 16
1.4 Анализ конструкций комбинированных агрегатов, в которых применяют почвообрабатывающие катки 27
1.5 Основные направления совершенствования комбинированных почвообрабатывающих агрегатов 37
1.6 Основные направления совершенствования почвообрабатывающих катков 39
1.7 Цель работы и задачи исследования 41
2. Теоретическое обоснование конструктивных параметров катка и режимов его работы 43
2.1 Описание особенностей конструкции предлагаемого катка 43
2.2 Взаимодействие гладкого цилиндра с комком почвы 45
2.3 Обоснование диаметра почвообрабатывающего катка 50
2.4 Обоснование закономерностей движения катка и взаимодействия прутков с почвой 54
Выводы 63
3. Исследование процесса прикатывания почвы почвообрабатывающим катком 64
3.1 Общая методика экспериментальных исследований 64
3.2 Методика исследований физико-механических свойств почвы 67
3.3. Выбор и обоснование параметра оптимизации и управляемых факторов 73
3.4 Планирование факторного эксперимента. Кодирование факторов 75
3.5 Методика обработки результатов основного эксперимента 76
3.6 Результаты экспериментальных исследований почвообрабатывающего катка 79
3.7 Методика и результаты определения коэффициента проскальзывания при движении почвообрабатывающего катка по почве 95
Выводы 96
4. Исследование предлагаемого почвообрабатывающего катка в производственных условиях 98
4.1 Методика производственных исследований 98
4.2 Подготовка посевного агрегата и почвообрабатывающего катка к работе 104
4.3 Результаты производственных исследований катка 106
Выводы 115
5 Экономическая эффективность внедрения предлагаемого почвообрабатывающего катка в производство 117
5.1 Урожайность сельскохозяйственных культур после прикатывания почвы предлагаемым почвообрабатывающим и кольчато-шпоровым катками 117
5.2 Экономическая эффективность внедрения предлагаемого почвообрабатывающего катка 118
5.2.1 Определение стоимости изготовления предлагаемого почвообрабатывающего катка 118
5.2.2 Расчет эксплуатационных затрат 121
Выводы 128
Заключение 129
Список литературы 131
Приложения 151
- Анализ конструкций почвообрабатывающих катков
- Обоснование закономерностей движения катка и взаимодействия прутков с почвой
- Результаты экспериментальных исследований почвообрабатывающего катка
- Расчет эксплуатационных затрат
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из актуальнейших проблем является снабжение населения продуктами питания. Ее успешное решение невозможно без дальнейшего развития растениеводства. Многочисленные исследования подтверждают, что выбор технологии производства растениеводческой продукции зависит от типа почвы и вида возделываемой культуры, климатических условий, технической оснащенности сельскохозяйственных предприятий. Это приводит к увеличению количества технологий, следовательно, к большему разнообразию номенклатуры соответствующих средств механизации. Следовательно, адаптация технологий производства сельскохозяйственной продукции и средств механизации к виду почвы и выращиваемой культуре, а также к условиям климата важно и актуально.
Технологии производства сельскохозяйственной продукции в нашей стране основаны на многократных обработках одного поля однооперационны-ми агрегатами, что оказывает отрицательное воздействие на почву. Усиливается водная и ветровая эрозии, а также возникает переуплотнение нижнего слоя почвы. Улучшить ситуацию возможно с помощью комбинированных агрегатов, на которых установлены новые комплекты многофункциональных и универсальных рабочих органов. В этом случае становится возможным выполнение всего необходимого комплекта технологических операций процесса обработки почвы за один проход агрегата.
Важнейшей операцией процесса обработки почвы является прикатывание, при качественной реализации которого обеспечивается повышение урожайности возделываемых культур. Его реализуют при обработке всех типов почв и во всех климатических зонах страны с целью обеспечения требуемой плотности и структуры почвы. Прикатывание способствует повышению поступления влаги к семенам, что повышает всхожесть и способствует одновременному появлению всходов. Прикатывание уменьшает потери влаги, а также ускоряет прогрев почвы. Однако применяемые в настоящее время катки не всегда обеспечивают выполнение агротехнических требований. Поэтому задача разработки катка, способного обеспечить требуемое качество поверхностной обработки почвы и повысить урожайность возделываемых культур, является важной и актуальной.
Степень разработанности темы. Большое внимание теоретическому обоснованию процесса взаимодействия катка с почвой и их конструктивных параметров уделено в работах В.П. Горячкина, Н.И. Кленина, А.К. Аматанюка, В.Н. Дробота, А.П. Маевского, Б.М. Козырева, П.М. Василенко, В.Б. Ловкиса, Ф.И. Назарова, А.И. Дерепаскина, С.С. Саакяна, А.А. Гелашвили, Н.К. Мазито-ва, А.Е. Бенкендорфа, В.И. Курдюмова, А.Ф. Полетаева, В.М. Акулова, Е.С. Зыкина, Н.Е. Руденко, В.А. Милюткина и других ученых. Практические аспекты прикатывания почвы представлены в научных трудах Н.Н. Крашенинникова, В.А. Новичихина, П.Н. Рожкова, В.М. Шевелева, Ю.И. Кузнецова, А.А. Кнауса, В.П. Мармалюка, Ю.А. Виноградова, В.В. Голубева и других авторов.
Анализ данных полученных после изучения литературных источников, позволил выявить, что процесс уплотнения почвенных слоев почвообрабатывающими катками достаточно изучен.
Однако новые конструкции средств механизации поверхностной обработки почвы разрабатываются постоянно. Следовательно, существует необходимость теоретического и практического обоснования параметров и режимов работы новых конструкций катков.
Цель работы - повышение качества поверхностной обработки почвы на основе разработки катка, который обеспечивает выполнение агротехнических требований и повышение урожайности возделываемых культур.
Задачи исследования:
1) проанализировать технологии и средства механизации поверхностной об
работки почвы с определением дальнейшего направления их совершенствования;
-
разработать конструкцию почвообрабатывающего катка и получить теоретические зависимости, характеризующие его конструктивно-режимные параметры;
-
выполнить экспериментальные исследования почвообрабатывающего катка и определить его оптимальные параметры и режимы работы;
-
проверить почвообрабатывающий каток с теоретически и экспериментально обоснованными параметрами и режимами работы в производственных условиях и рассчитать экономическую эффективность внедрения предложенного катка в производство.
Объект исследования - технологический процесс прикатывания почвы почвообрабатывающим катком.
Предмет исследования - закономерности процессов взаимодействия почвообрабатывающего катка с почвой.
Научную новизну работы представляют:
-
результаты проведенного анализа известных средств механизации поверхностной обработки почвы;
-
теоретическое обоснование конструктивных параметров почвообрабатывающего катка в зависимости от вида воздействия на почву;
-
результаты экспериментальных исследований почвообрабатывающего катка;
-
полученные уравнения регрессии процесса прикатывания почвы почвообрабатывающим катком.
Теоретическая значимость исследования заключается в установлении особенностей взаимодействия гладкого цилиндра катка с комком почвы, зависимостей конструктивных параметров почвообрабатывающего катка от агротехнически заданного максимального размера комка почвы, толщины деформируемого слоя почвы и угла защемления, а также в обосновании закономерностей движения катка и взаимодействия прутков с почвой.
Практическая значимость. Предложена новая конструкция почвообрабатывающего катка, который обеспечивает качественное прикатывание почвы и повышение урожайности культурных растений. Применение разработанного почвообрабатывающего катка для послепосевного прикатывания позволяет интенсифицировать процесс крошения крупных комков почвы, на 7 % снизить эксплуатационные затраты, обеспечить требуемую плотность почвы и, в результате, повышение урожайности в среднем на 6... 10 %.
Методология и методы исследования.
Теоретические зависимости, характеризующие конструктивно-режимные параметры почвообрабатывающего катка были сформулированы на основе положений классической механики, законов математики, методов статистики и методики планирования экспериментов, с учетом математического моделирования. Комплекс экспериментальных исследований реализовывали на основе общепринятых методик. Данные, полученные в результате проведения экспериментов, обрабатывали, применяя программы «Statistica-10», «MathCAD-14», «Derive-6» и «Microsoft Office Excel 2010», «Компас - 3D V16» и др.
Положения, выносимые на защиту:
-
результаты теоретических исследований и уравнения, описывающие конструктивно-режимные параметры почвообрабатывающего катка;
-
уравнения регрессии, характеризующие влияние независимых факторов на процесс прикатывания почвы предложенным почвообрабатывающим катком;
-
аналитически и практически обоснованная конструкция почвообрабатывающего катка;
-
аналитические зависимости, полученные в результате экспериментальных исследований, анализ которых позволил определить оптимальные конструктивно-режимные параметры разработанного почвообрабатывающего катка.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивалась применением методов, связанных с математической обработкой данных, статистическим и многофакторным анализом полученных результатов исследований, что позволило получить качественную сходимость теоретических исследований с результатами экспериментальных и производственных исследований.
Реализация результатов исследований. Предложенный каток применяется в КФХ «Макаров Алексей Викторович» и в ИП ГКФХ «Софронов Евгений Викторович» Ульяновской области, о чем свидетельствуют акты внедрения.
Апробация результатов исследований. Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийском конкурсе на лучшую работу среди аспирантов и молодых ученых вузов Министерства сельского хозяйства РФ (2014, 2018 г.г.); Международных научно-практических конференциях «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». - (Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2012 - 2017 г.г.); Международном молодежном инновационном форуме (Ульяновск: УлГТУ, 2016 - 2017 г.г.); Всероссийской научно-практической конференции «Аграрный потенциал в системе продовольственного обеспечения: теория и практика» (Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2016 г.); Всероссийском совете молодых ученых и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений «Перспективные направления развития сельского хозяйства» (М.: ФГБУН «Росинформагротех», 2015); Всероссийской научно-практической конференции (Пенза, Пензенская ГСХА, 2015 г.); Международной научно-практической конференции (Тамбов, ВНИИТиН, 2015 г.); Международной научно-практической конференции «Технические науки: про-
шлое, настоящее, будущее» (Уфа: Аэтерна, 2014); Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в ББI веке: проблемы и перспек-тивы» (Саратов: Изд-во ООО «Буква», 2014); Международном научно-практическом семинаре «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» (Орел, Орловский ГАУ, 2012); Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохо-зяйственной продукции» (Саранск, 2012).
Производственные исследования предложенного почвообрабатывающего катка были проведены на полях КФХ Макаров А.В. и ИП ГКФХ Софронов Е.В.
Данная научная работа удостоена 1 и 3 мест всероссийского конкурса на лучшую работу среди аспирантов и молодых ученых вузов Министерства сель-ского хозяйства РФ соответственно в 2018 г. и в 2014 г., дважды - медалей и первых мест в Международном молодежном инновационном форуме (Улья-новск, УлГТУ, 2016 г. и 2017 г.), гранта конкурса «Умник» Фонда содействию развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2015 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 50 науч-ных трудов, в том числе 6 - в изданиях, указанных в Перечне вед2щих рецензи-руемых научных изданий и журналов, рекомендованном ВАК, и 2 патента РФ на изобретения и полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 206 наименований и при-ложения. Основной тест диссертации содержит 132 страницы машинописного текста и включает 68 рисунков и 16 таблиц.
Анализ конструкций почвообрабатывающих катков
Применяемые при сельскохозяйственных работах почвообрабатывающие катки имеют схожий вид воздействия на почву, но имеют разное конструктивное исполнение и функциональное назначение.
Катки можно классифицировать по девяти основным признакам: по конструктивному исполнению рабочих элементов, по виду наружной поверхности, по форме, по виду воздействия на почву, по способу агрегатирования, по расположению относительно направления движения, по способу регулирования давления, по наличию привода и по принципу разрушения комков почвы (рисунок 1.4).
По конструктивному исполнению рабочих элементов катки можно разделить на кольчатые, дисковые, тросовые, зубчатые, звездчатые и спиральные.
Широкое распространение при подготовке почвы к посеву получили кольчатые (рисунок 1.5, а) и дисковые катки (рисунок 1.5, б), которые применяют для уплотнения почвы и крошения почвенных комков. Рабочим органом таких катков является свободно катящиеся кольцо или диск [9, 88]. Рабочая поверхность представленных рабочих органов в поперечном сечении может быть выполнена плоской, в виде клина или п-образной. Для лучшего крошения комков почвы диски и кольца оснащают зубьями и (или) шпорами, а для дополнительных сцепных свойств на рабочую поверхность наносят прорезиненное покрытие или устанавливают резиновую покрышку с определенным давлением воздуха внутри неё [6, 8, 12, 141]. Кольца или диски могут располагаться рядами или в шахматном порядке.
Но данные конструкции катков имеют недостатки, в частности, сильное переуплотнение почвы кольцами или дисками, что снижает содержание воздуха в почве, а это в свою очередь отрицательно сказывается на росте и развитии растений.
Зубчатые и звездчатые катки (рисунок 1.7) применяют для обработки поверхностной обработки почвы для обеспечения качественного разрушения комков [100, 106]. После обработки этими катками на поверхности поля образуется мульчированный верхний слой почвы, снижающий количество испаряемой влаги. Но данные катки не обеспечивают требуемой плотности почвы в зоне расположения семян, что негативно сказывается на всхожести семян, как следствие - понижается урожайность сельскохозяйственных культур.
Тросовые катки (рисунок 1.8) в большинстве случаев выполнены в виде дисков или колес, установленных на оси, через которые продеты тросы [11]. Диски могут быть выполнены с возможностью вращения или жестко закрепленными. Трос в таких катках может иметь разную навивку: винтовую, перекрестную, параллельную и v-образную. Их применяют для крошения почвенных комков на поверхности почвы. Однако данные катки вследствие низкой массы, которая составляет меньше 80 кг на 1 м ширины захвата, что в 3,54 раза меньше, чем у кольчато-шпорового катка 3 ККШ-6 (283,6 кг/м), плохо уплотняют почву в зоне располо жения семян
Широкое распространение получили спиральные катки (рисунок 1.9), представляющие собой спираль, сечение которой может быть выполнено различной формы (круглой, квадратной, трапециевидной, треугольной, прямоугольной) [135, 136, 122]. Также спираль может располагаться между дисками, кольцами или колесами. Спирали могут быть выполнены с разной навивкой - правой, левой, совмещенной и v-образной. Обладая удовлетворительным качеством крошения комков, эти катки плохо уплотняют почву, особенно её подповерхностные слои.
Рабочая поверхность почвообрабатывающих катков может быть сплошной, с отверстиями и решетчатой.
К почвообрабатывающим каткам со сплошной наружной поверхностью можно отнести гладкие водоналивные катки (рисунок 1.10), которые предназначены для уплотнения верхнего слоя почвы и разрушения крупных почвенных комков до или после посева [98, 129, 170, 171, 189]. Каток выполнен в виде цилиндра с возможностью регулировки давления на почву за счет дополнительно навешиваемого балласта, а также за счет воды, заливаемой во внутреннее пространство катка. Гладкие катки имеют недостатки, в частности, образование твердой почвенной корки после прикатывания влажных почв [16, 20, 93, 96]. Кроме того, они почти не разрушают почвенные комки, а просто вдавливают их в поверхность почвы.
Для лучшего качества крашения комков почвы и (или) для формирования рельефа на поверхности почвы катки со сплошной поверхностью оснащают выступами и зубьями разной формы [7, 19, 134, 138]. Выступы по форме сечения могут быть выполнены сегментными, п-образными, г-образными, треугольными, в виде полусфер.
Также выступы по способу крепления делят на жестко закрепленные и на упругом основании. Цель изменения способа крепления выступов - улучшение процесса крошения комков и создание верхнего мульчированного слоя почвы.
По способу крепления рабочего элемента к оси катки со сплошной поверхностью можно разделить на подпружиненные, с жестким и свободным (на направляющих) закреплением [198].
Цилиндрические катки также оснащают шинами с определенным внутренним давлением воздуха, которые располагают на рабочей поверхности, что способствует улучшению сцепления с почвой и более качественному разрушению комков почвы.
Для прикатывания и крошения комков почвы также применяют катки, на наружной поверхности которых выполнены отверстия (рисунок 1.11) разной формы. Данные катки оснащают дополнительными рабочими элементами (ножами, молотками и другими), интенсифицирующими процесс крошения комков почвы, которые попадают через отверстия во внутреннюю полость катка.
В настоящее время для улучшения качества обработки почвы и снижения затрат энергии используют комплексные почвообрабатывающие машины, в состав которых часто включают почвообрабатывающие катки с решетчатой наружная поверхностью [105].
Решетчатые катки (рисунок 1.12) могут отличаться друг от друга конструктивным исполнением и представляют собой барабан разной формы, выполненный в виде закрепленных на оси дисков, соединенных между собой по образующей рабочими элементами [5, 14, 21, 193].
Рабочие элементы данных катков также могут быть выполнены разнообразной формы, в частности, квадратными, планчатыми, трубчатыми, прутковыми, ножевыми, г- образными, п-образными, зубчатыми, зубчато-лопостными, шпоро-выми, сегментными и трубчато-спиралевыми [10, 13, 25, 42, 105, 140].
Обоснование закономерностей движения катка и взаимодействия прутков с почвой
Если на прутках почвообрабатывающего катка выбрать точки с максимальной удаленностью от его центра, то они будут совершать сложное движение, траектория которых может быть описана уравнением циклоиды.
Выберем на поверхности катка точку М. Её координаты в начальный момент времени совпадают с началом координат, при этом точка А1 также совпадает с точкой А (рисунок 2.7).
При движении катка по полю физико-механические свойства почвы в большей степени зависят от её плотности, структурности и влажности [160]. Имеют наибольшую значимость при движении катка по почве такие ее свойства, как:
сопротивление смятию и сдвигу;
коэффициент трения между почвой и прутками катка;
липкость.
Представленные выше свойства почвы, главным образом, зависят от размеров частиц почвы и их формы, а также от ее пористости и влажности.
Можно также выделить две группы почв по фракционному составу (по структуре): сыпучие и связные, соответственно в которых частицы имеют раздельное строение в виде зерен и частицы, которые разделены порами, полостями и пустотами.
При воздействии катка в почве возникают деформации смятия и сдвига. Почвенное смятие в большей мере характеризуется коэффициентом удельного сопротивления смятию (сжатию) [83].
Сопротивление почвы сдвигу формируется из таких показателей, как сопротивления частиц смещению или их разрушению. Следовательно, для сдвига частиц почвы необходимо превысить их показатели по силе сцепления и силе внутреннего трения.
Сопротивление почвы сдвигу меняется с изменением влажности. При перемещении катка возникает явление проскальзывания прутков относительно поверхности почвы [199]. На проскальзывание оказывает существенное влияние скорость перемещения катка. Чем выше скорость катка, тем меньше длительность его воздействия на почву, поэтому, деформация её опорной поверхности снижается. Следовательно, в общем случае проскальзывание катка увеличивается [103, 167].
Рассмотрим частный случай, когда каток катится по почве без проскальзывания. Тогда дуга МО1 = ОО1 = А1А= vt, следовательно, МО1 = RK6 = vt.
Из этого условно можно определить угол поворота катка, рад: где v - скорость движения катка, м/с; t - время движения катка, с; RK - радиус пустотелого цилиндра, м.
Найдем координаты наиболее удаленной от центра точки на поверхности прутка х и у для частного случая, когда каток не проскальзывает, это и будет уравнение движения точки:
Нами будут проводиться полевые опыты с целью обоснования проскальзывания при перекатывании катка по почве, поэтому в уравнение движение точки на боковой поверхности катка необходимо ввести коэффициент проскальзывания Кдр. Тогда уравнение движения будет иметь вид:
Построим график движения точки на боковой стороне катка с проскальзыванием и без проскальзывания (частный случай) с помощью программы PTC Mathcad Prime 4.0 (рисунок 2.8).
Для построения графика движения точки мы приняли следующие значения: v = 2 м/с, Rк = 0,288 м, КПР = 1,11, t = 0…2 с, промежуточные точки были приняты через каждую 0,01 с.
Из представленного выше графика видно, что за определенный промежуток времени, когда каток движется с проскальзыванием, он совершает меньше оборотов вокруг своей оси, чем каток, перемещающийся без проскальзывания. Причем разница в пути пройденного катком для 1 -го и 2-го случая на одинаковом участке длиной 101 м для заданных условий не превышает 12,02 м.
Рассмотрим движение и воздействие на почву катка при погружении прутка на глубину [163], составляющую его радиус [60, 117].
При внедрении прутка в почву (рисунок 2.9) под ним будет формироваться почвенный клин на дуге ВС, ограниченный углом 2fi2. Высоту клина можно определить по формуле где L - ширина прутка, м (определяется из прочностных и технологических условий); из конструктивных соображений примем L = 2г sinf; Pi - угол между линиями ограничивающих зону распределения давления в почве при внедрении прутка на глубину, равную радиусу; /32 - угол между линиями ограничивающих зону распределения давления в почве при внедрении прутка на глубину, превышающую его радиус.
Для определения расстояния R2, на которое удалены центры прутков относительно оси катка, рассмотрим случай, когда в почву внедряется только один пруток, и глубина погружения прутка равна его радиусу. Из формулы 2.34 опре делим расстояние между двумя соседними прутками: где 6 - угол между прямой, соединяющей центры двух соседних прутков, и прямой, соединяющей центр одного прутка с крайней наружной точкой на поверхности второго прутка
Рассмотрим процесс заглубления прутка в почву в плоскости хОу. Буквой D обозначим точку касания прутка поверхности почвы.
Уравнения движения точки D в почве будет иметь вид (рисунок 2.11) где X - текущее расстояние от оси катка до точки касания с почвой наружной поверхности прутка по горизонтали, м; хп - текущее расстояние от центра катка до центра прутка по горизонтали, м; хр - текущее расстояние от центра прутка до точки касания с почвой наружной поверхности прутка по горизонтали, м; у - текущее расстояние от центра катка до точки касания с почвой наружной поверхности прутка по вертикали, м; уп - текущее расстояние от центра катка до центра прутка по вертикали, м; yv - текущее расстояние от центра прутка до точки касания с почвой наружной поверхностью прутка по вертикали, м
Угол 02, который определяет положение прутка при вхождении в почву, определяется по формуле 2.30. Её можно записать в виде: 02 = cot (со - угловая скорость катка; t - время).
Результаты экспериментальных исследований почвообрабатывающего катка
При экспериментах в поле определяли структуру почвы и ее плотность на трех участка: 1) на не прикатанном участке, 2) на участке после прикатывания почвы кольчато-шпоровым катком и 3) после прикатывания почвообрабатывающим катком (приложение Б).
Исследования в поле играют важнейшую роль, поскольку имеется возможность определить влияние конструктивно-режимных параметров катка на процесс формирования урожайности вместе со всей совокупностью почвенных и климатических условий, а также агротехнических норм. Поэтому, исследуя процесс прикатывания почвы разработанным катком в поле, можно оценить его влияние на урожай выращиваемой культуры.
Достоверность результатов эксперимента в поле основана, главным образом, правильным выбором условий проведения исследований, средств для измерения основных параметров процесса прикатывания почвы почвообрабатывающим катком. В исследованиях в поле контролировали качество прикатывания почвы в соответствии с агротехническими нормами. При этом контролировали и влажность почвы.
Количество влаги в почве определяли влагомером TDR 100. Дополнительно проверяли показания с помощью влагомера GMH 3850 (Greisinger Electronic GmbH, Германия). Результаты измерений этого свойства почвы представлены в таблице 3.2.
На основе табличных данных можно сделать вывод, что на всех участках влажность почвы соответствует агротехническим нормам.
Характер влияния независимых факторов на коэффициент СЭ в программе STATISTICA 10 [36] использовали модуль углубленные методы анализа, в котором выбирали вкладку нелинейное оценивание (рисунок 3.7).
Выбранный модуль позволяет оценить общее уравнение регрессии, для этого вводят первичные данные эксперимента и получают оцениваемую функцию и функцию потерь (рисунок 3.8). После нажатия кнопки ок появляется окошко с таблицей, в которой представлены значения переменных. Также в данном окошке указаны итоговые потери и коэффициент множественной корреляции R (рисунок 3.9).
Подставив значения переменных в оцениваемую функцию (модель), получили уравнение регрессии в общей форме, характеризующее исследуемый процесс [62]. Это уравнение описывает суммарное влияние всех независимых факторов на коэффициент СЭ:
Kcэ = 0,483418 + 0,052990v + 0,000694l + 0,005652m - 0,000026vl -- 0,000039vm+0,000025lm - 0,002517v2 - 0,000040l2 - 0,000210m2, (3.18) где v - скорость движения почвообрабатывающего катка, км/ч; l - расстояние от наружной поверхности цилиндра до прутка, мм; m - масса балласта, кг.
Используя алгоритм анализа, представленного выше и описывающего метод нелинейного оценивания, получим уравнение 3.18 в кодированных значениях факторов: K = 0,7872 - 0,014164x - 0,025491y + 0,007394z - 0,002144xy - 0,001982xz + +0,006143yz -0,040288x2 - 0,015879y2 - 0,032798z2. (3.19) где x - скорость движения почвообрабатывающего катка; y - расстояние от наружной поверхности гладкого цилиндра до поверхности прутка; z - масса балласта в гладком цилиндре.
В ходе исследований нами получены данные по скорости движения катка, расстоянию от наружной поверхности гладкого цилиндра до поверхности прутка и массе балласта в гладком цилиндре, которые были использованы для вывода уравнения 3.18, показывающего общее влияние этих факторов на коэффициент СЭ.
Расчет коэффициентов уравнений регрессии выполняли в модуле «Анализ множественной регрессии».
Далее запускали модуль анализ из меню Statistics и в появившемся окне нажать на кнопку переменные.
После нажатия кнопки ОК появляется окно (рисунок 3.10), которое уже на данном этапе анализа содержит важные аналитические результаты:
а) имя зависимой переменной;
б) число наблюдений;
в) св.член - значение свободного члена регрессионного уравнения;
г) стандартная ошибка оценки;
д) множест. R - коэффициент множественной корреляции;
е) R2 - коэффициент детерминации. Коэффициент детерминации изменяется от 0 до 1 и отражает «качество» регрессии, показывая долю (%) общего разброса выборочных точек. Например, в нашем случае R2 = 0,25. Отсюда следует вывод, что минимум 25 % дисперсии переменной ксэ объясняется с помощью вариаций независимых переменных v, / и т;
ж) Скоррект. R2 - скорректированный коэффициент детерминации[пх/(пх рх)], где п - число наблюдений,/? - число независимых переменных плюс 1);
з) Стандартная ошибка оценки - степень разброса показателей от линии регрессии;
и) F, се up - F-критерий (Критерий Фишера), число степеней свободы, и вероятность ошибки для нулевой гипотезы F-теста. В нашем случае критерий Фишера Fo„p = 2,23. При этом табличное значение данного критерия Fma6= 2,46. Критерий Фишера определяется при 5 %-ном уровне значимости и степени свободы числителя тх = к— 1 = 10— 1 = 9, где к - количество всех коэффициентов в представленном выше уравнении регрессии вместе со свободным членом, а также степени свободы знаменателя т2 = — и = = -1, где N число точек плана эксперимента.
Исходя из полученных результатов Fonp Fma6, можно сделать вывод, что уравнение регрессии является значимым. При этом уровень доверия составил 95 %.
к) t(df) up - критерий Стьюдента t используется для проверки статистической гипотезы. Для уравнения (3.18) нами получен критерий Стьюдента tonp = 40,786. Для определения табличного значения данного критерия при 0,05 %-ном уровне значимости, необходимо рассчитать число степеней свободы tma6= N - 1 = 27 - 1 = 26. Получаем tma6= 2,06. Поскольку tonp tma6, то можно сделать вывод, что вычисляемое корреляционное отношение является точным.
л) бета - стандартизованный коэффициент регрессии, при котором средние значения переменных были бы равны нулю, а стандартные отклонения стали равны минус единице. Расчет бета позволяет оценить, как независимая переменная влияет на зависимую переменную. Бета позволяет также проанализировать несколько независимых переменных в разных единицах измерения.
В регрессионном анализе занимает немаловажное место анализ остатков, который описывает разность между зависимой переменной и регрессионной моделью. Запускается кнопкой выполнить анализ остатков на закладке остатки/предсказания/наблюдаемые значения (рисунок 3.11).
Расчет эксплуатационных затрат
Наработка комбинированного посевного агрегата за один час времени смены где Вр - ширина захвата машинно-тракторного агрегата, м; v - скорость движения-машинно-тракторного агрегата, км/ч; - коэффициент использования времени смены.
Технико-эксплуатационная оценка машинно-тракторного агрегата приведена в таблице 5.4.
При расчетах за базовый вариант принято комбинированное орудие, состоящее из стандартной сеялки СЗ-5,4 производства ПАО «Червона Зирка» и 3-х кольчато-шпоровых катков. Следовательно, в предлагаемом варианте также сформировано комбинированное орудие, состоящее из сеялки СЗ-5,4 и комплекта из 3-х предложенных почвообрабатывающих катков.
Эксплуатационные затраты Зэ при посеве сельскохозяйственных культур Эз = Зот + А + Рм + Зт, (5.5) где Зот - затраты на оплату труда механизатора, руб.; А - амортизационные отчисления, руб.; Рм – затраты на ОТ, РМ и хранение, руб.; Зт – затраты на ТСМ, руб. Затраты на оплату труда механизатора определяли по формуле: Зот = (qКп + 0,3 qКп)/Q, (5.6) где q – заработная плата механизатора, руб./ч; Кп - коэффициент, учитывающий отчисления на зарплату за классность и стаж, который составляет Кп = 1,4; Q – выработка машинно-тракторного агрегата, га/ч; где Стр, Сс и Ск – стоимость числящихся на балансе трактора, сеялки и комплекта катков, руб.; а - норма амортизационных отчислений, %; Тс тр, Тс с и Тс к – количество отработанных часов за сезон соответственно трактора, сеялки и комплекта катков.
Затраты на амортизацию трактора, сеялки и комплекта почвообрабатывающих катков в базовом варианте 120000011,1 57500011 18050013
Экономический эффект от внедрения комплекта состоящего из новых почвообрабатывающих катков при послепосевном прикатывании озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя основан на экономии эксплуатационных затрат и по вышении урожайности этих культур.
Годовая экономия от внедрения комплекта почвообрабатывающих катков при послепосевном прикатывании озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя будет складываться из экономии эксплуатационных затрат и повышения урожайности каждой культуры после посева с последующим прикатыванием кольчато-шпоровыми катками.
Годовой экономический эффект где Ваг - наработка агрегата, га (Вг = 200 га); Ээ - экономия эксплуатационных затрат, руб./га; П - прибыль от реализации дополнительной продукции с обработанной площади, руб.
Среднее повышение урожайности озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя соответственно составила 5,17 ц/га, 1,73 ц/га, 4,17 ц/га. Стоимость озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя соответственно составляет 850 руб/ц, 700 руб/ц и 500 руб/ц. (по данным предприятия).
Показатели, полученные в результате расчёта экономической эффективности от внедрения в производство комплекта предлагаемых почвообрабатывающих катков, сведены в таблицу 5.7.
Таким образом, срок окупаемости дополнительных капитальных вложений на внедрение в производство предлагаемого нами почвообрабатывающего катка с учетом повышения урожайности озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя соответственно составит 0,06 года, 0,22 года и 0,13 года.