ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДИСКОВОГО РЫХЛИТЕЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕЖДУРЯДИЙ ВИНОГРАДА

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты проведенных многофакторных экспериментов по определению оптимальных значений углов установки рабочих органов дискового рыхлителя комбинированной машины для обработки междурядья винограда к направлению движения и вертикали, поперечного расстояния между ними и скорости движения агрегата, обеспечивающих соответствие качественных его показателей с агротехническим требованиям и минимальное удельное тяговое сопротивление. Многофакторные эксперименты проводились по плану В₄. При этом в качестве критерия оценки были приняты степень крошения почвы (Ф_<50, %), т.е. количество фракций размером менее 50 mm, высота неровностей, образуемых на поверхности (h_ю, сm) и на дне (h_т, сm) обрабатываемого слоя, а также удельное тяговое сопротивление устройства (R_, kN/m). На основе полученных в экспериментах данных были получены уравнения регрессии, обработанные по программе “planexp”, разработанной в экспериментально-испытательном отделе института и адекватно описывающие критерии оценки. При этом для оценки однородности дисперсии использовалась критерия Кохрена, для оценки значений коэффициентов – критерия Стьюдента, а для оценки адекватности регрессионных уравнений – критерия Фишера.

Определены оптимальные значения параметров при совместном решении уравнения регрессии по критерию Y₁, т.е. количеству фракций размером не более 50 mm не менее 80%, по критерию Y₂ и Y₃, т.е. высоте неровностей, образуемых на поверхности и на дне обрабатываемого слоя, соответственно не более 5 и 3 сm, и по критерию Y₄, т.е. удельное тяговое сопротивление устройства минимальное значение.

Полученные уравнения регрессии определяют оптимальные значения параметров, решались для скоростей 5-8 km/h совместно при условии, что критерий Ф_<50 должно быть менее 80%, критерии h_ю и h_т – не превышали соответственно 5 и 3 сm, а критерий R имел минимальное значение.

ABSTRACT

The article presents the results of multifactorial experiments to determine the optimal values ​​of the installation angles of the working bodies of the disk cultivator of the combined machine for processing the aisle of grapes to the direction of movement and the vertical, the transverse distance between them and the speed of the unit, ensuring that its quality indicators comply with agrotechnical requirements and the minimum specific traction resistance. Multivariate experiments were carried out according to plan B4. At the same time, the degree of crumbling of the soil (Ф<50, %) was taken as an evaluation criterion, i.e. the number of fractions with a size of less than 50 mm, the height of the irregularities formed on the surface (hyu, cm) and on the bottom (ht, cm) of the treated layer, as well as the specific traction resistance of the device (R, kN/m). Based on the data obtained in the experiments, regression equations were obtained, processed using the “planexp” program developed in the experimental and testing department of the institute and adequately describing the evaluation criteria. In this case, to assess the homogeneity of the variance, the Cochran test was used, to assess the values ​​of the coefficients, the Student's test, and to assess the adequacy of the regression equations, the Fisher test. The optimal values ​​of the parameters are determined for the joint solution of the regression equation according to the criterion Y1, i.e. the number of fractions with a size of not more than 50 mm is not less than 80%, according to the criterion Y2 and Y3, i.e. the height of the irregularities formed on the surface and at the bottom of the processed layer, respectively, no more than 5 and 3 cm, and according to the Y4 criterion, i.e. specific traction resistance of the device is the minimum value.

The optimal values ​​of the parameters are determined for the joint solution of the regression equation according to the criterion Y1, i.e. the number of fractions with a size of not more than 50 mm is not less than 80%, according to the criterion Y2 and Y3, i.e. the height of the irregularities formed on the surface and at the bottom of the processed layer, respectively, no more than 5 and 3 cm, and according to the Y4 criterion, i.e. specific traction resistance of the device is the minimum value.

The resulting regression equations determine the optimal values ​​of the parameters, were solved for speeds of 5-8 km/h jointly, provided that the criterion Ф<50 should be less than 80%, the criteria hu and ht did not exceed 5 and 3 cm, respectively, and the criterion R had a minimum meaning.

Ключевые слова: комбинированная машина, дисковый рыхлитель, углы установки рабочих органов дискового рыхлителя к направлению движения и вертикали, поперечные расстояния между рабочими органами установленных на первом и втором ряду, скорость движения.

Keywords: combined machine, disc ripper, installation angles of the working bodies of the disc ripper to the direction of movement and vertical, transverse distances between the working bodies installed on the first and second row, speed.

Введение.

Известно, что на орошаемых виноградниках после каждого полива, а также в богарных регионах после каждого сильно обильного дождя требуется обработка их междурядий. При этом улучшается водно-воздушный режим почвы, быстро растет корневая система винограда, в результате этого урожайность увеличивается на 35-40% [1]. На сегодняшний день обработка почвы междурядий садов и винограда осуществляется созданные гораздо ранее и морально устаревшими машинами и орудиями, а на их ежегодный ремонт тратится большое количество средств. В большинстве случаев в связи с отсутствием специальных почвообрабатывающих машин, предназначенных для садоводства, используются почвообрабатывающие машины хлопководческого комплекса (плуги, дисковые бороны, чизель-культиваторы и др.).

Учитывая вышеприведенные, в Научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства разработана новая конструкция комбинированной машины, обрабатывающая междурядья винограда за один проход подрезая корни и внесением удобрений [2] и проведены исследования по обоснованию ее параметров.

Материалы и методы исследований.

В целях определения оптимальных значений углов установки рабочих органов дискового рыхлителя комбинированной машины к направлению движения и вертикали, поперечного расстояния между ними и скорости движения, обеспечивающих соответствие ее качественных показателей агротехническим требованиям и минимальное удельное тяговое сопротивление проведены многофакторные эксперименты по плану В₄. Перед проведением экспериментов определяли влажность, твердость и плотность почвы в слоях 0-5, 5-10 и 10-20 сm. Они составили соответственно 11,9; 15,0 и 17,1%, 0,63; 1,82 и 2,21 МPа и 1,06; 1,43 и 1,48 g/сm³.

На основе проведенных теоретических и однофакторных экспериментов [3-5] были определены нижний, основной и верхний уровни факторов. В таблице 1 приведены факторы, их обозначения, интервалы и уровни изменения.

Таблица 1 

Интервалы и уровни изменения факторов

Для проведения экспериментов изготовлена лабораторно-полевое устройство (далее устройство) [6]. На рис.1 изображен общий вид устройства.

Оно состоит из рамы 1, оборудованной навеской, к нему установлены рабочие органы 2, в виде сферических дисков, почвенных щитков 3.

Рисунок 1. Общий вид устройства

Устройство изготовлено таким образом, что имеет возможность изменять поперечные и продольные расстояния между рабочими органами, углы установки к напрвлению движения и вертикали, а также расстояния размещения почвенного щитка относительно рабочим органам в продольном и поперечном направлениях.

Продольное расстояние между рабочими органами изменяется путем перемещения поперечных брусов 4 (рис.1) назад и вперед, а поперечное расстояние между ними изменяется путем перемещения кронштайнов 5, закрепленных на стойках, направо и налево.

Угол установки рабочих органов к вертикали регулируется с помощью отверстий, проделанных специальным интервалом 5º (рис.2, а), а угол установки к направлению движения – поворотом их стоек на кронштейнах и закреплением их в фиксированном положении (рис. 2, б).

а)                                б)

Рисунок 2. Регулировка углов установки дискового рыхлителя к вертикали  (a) и направлению движения (б)

Поперечное расстояние между рабочими органами и почвенными щитками изменяется путем смещением щитков 3 влево или вправо на дополнительных поперечных брусах 6, а продольное расстояние изменяется путем смещения дополнительных поперечных брусов 6, на которых установлены щитки, вперед или назад на продольных брусах рамы 1 (рис.3).

Многофакторные эксперименты проводились на опытных полях Научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства. При этом в качестве критерий оценки были приняты степень крошения почвы (Ф_>50), высота неровностей, образуемых на поверхности (h_ю) и на дне (h_т) обработанного слоя, удельное тяговое сопротивление, т.е. соответствующее тяговое сопротивление (R)  рабочего органа на единицу ширины захвата.

Степень крошения почвы, высота неровностей, образуемых на поверхности и на дне обработанного слоя определялись по O’zDSt 3412:2019 “Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. Программа и методы испытаний” [7], а тяговое сопротивление дискового рыхлителя по O’zDSt 3193:2017 “Испытания сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки машин” [8].

Для определения качества крошения почвы отбирались образцы по глубине обработки с площади 0,25 m² в шестикратной повторности. Для определения качества крошения почвы отбирались образцы по глубине обработки с площади 0,25 m² в шестикратной повторности. Для этого использовался ящик со сторонами 0,5х0,5 м с открытым дном. Полученные образцы пропускали через сита с отверстиями 100 и 50 mm.  Оставшаяся на каждом сите и прошедшая последнее просеивание масса почвы и комков взвешивалась на весах LIBOR “EL-600” с определением количества (в процентах) фракций более 100 mm, 100-50 и менее 50 mm. При просеивании почвы применялась процедура перехода от сита с большими отверстиями к ситу с отверстиями меньшими размера. Точность измерения по фракциям составила ±10 g. Высоту неровностей на поверхности и дне обработанного слоя определялись с помощью рейки, установленной на поверхности поля перпендикулярно к направлению движения после прохода агрегата по всей его ширине захвата. При этом было проведено 50 измерений с точностью ±0,5 сm.

Полученные данные многофакторных экспериментов обработаны по программе “planexp”, разработанной в опытно-испытательном отделе института. При этом для оценки однородности дисперсии использовалась критерия Кохрена, для оценки значений коэффициентов – критерия Стьюдента, а для оценки адекватности регрессионных уравнений – критерия Фишера [9].

Результаты исследований и их обсуждение. Результаты экспериментов обработаны по указанной программе и получены следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие критерии оценки:

- по степени крошения почвы (%)

Ф_<50= 81,840+2,708X₁–1,018X₂–2,508X₃+1,034X₄–1,812X₁² +0,645X₁X₂–

 –0,809X₁X₃+1,242X₁X₄–1,395X₂² +0,000X₂X₃ –1,259X₂X₄+

+1,505X₃² –1,200X₃X₄+1,323X₄² ;                                                                        (1)

- по высоте неровностей, образуемых на поверхности обрабатываемого слоя (cm)

Y₂ = 4,887–2,147X₁+1,655X₂+1,338X₃–0,748X₄+1,237X₁² +0,265X₁X₂+

+0,667X₁X₃+0,642X₁X₄+0,207X₂²+0,461X₂X₃–0,465 X₂X₄+

+0,624X₃² –0,745X₃X₄+0,581 X₄²;                                                                        (2)

- по высоте неровностей, образуемых на дне обрабатываемого слоя (cm)

Y₃ = 3,126–1,396X₁–0,652X₂+1,583X₃–0,865X₄+0,400X₁²–0,144 X₁X₂–

–0,475X₁X₃+0,000X₁X₄+0,359X₂²+0,433X₂X₃–0,315X₂X₄+

+1,727X₃²+0,14X₃X₄–0,151X₄²;                                                                        (3)

- по удельному тяговому сопротивлению устройства (kN/m)

Y₄ = 3,962+0,898X₁–0,815X₂–0,762X₃+0,683X₄–0,258X₁²+0,700 X₁X₂+

+0,210X₁X₃–0,188X₁X₄+0,687X₂²–0,420X₂X₃+0,277X₂X₄+

+1,203X₃²+0,399X₃X₄+0,515X₄².                                                                       (4)

Исходя из анализа данных уравнений регрессии и построенных по ним графиков, можно отметить следующее (рис. 3-6):

- с увеличением угла установки рабочих органов дискового рыхлителя к направлению движения увеличивались степень крошения почвы и удельного тягового сопротивления устройства, а высоты неровностей, образуемых на поверхности и дне обрабатываемого слоя уменьшались;

- с увеличением угла установки рабочих органов дискового рыхлителя  к вертикали уменьшались степень крошения почвы и удельное тяговое сопротивление устройства, а высота неровностей, образуемых на поверхности обрабатываемого слоя увеличивалась и высота неровностей, образуемых на его дне уменьшалась;

- с увеличением поперечного расстояния между рабочими органами дискового рыхлителя степень крошения почвы уменьшалась, высота неровностей, образуемых на поверхности и дне обрабатываемого слоя увеличивались, удельное тяговое сопротивление устройства сначала увеличивалось, а затем уменьшалось;

а)                                            б)

в)                                            г)

Рисунок 3. Влияние угла установки рабочих органов дискового рыхлителя к направления движения на критерии (а), (б), (в) и (г)

а)                                            б)

в)                                            г)

Рисунок 4. Влияние угла установки рабочих органов дискового рыхлителя к вертикали на критерии (а), (б), (в) и (г)

а)                                            б)

в)                                            г)

Рисунок 5. Влияние поперечной расстоянии между рабочими органами дискового рыхлителя на критерии У₁ (а), У₂(б), У₃(в) и У₄ (г)

- увеличение скорости движения агрегата привело к улучшению всех агротехнических показателей устройства, т.е. к увеличению степени крошения почвы и уменьшению высоты неровностей, образуемых на поверхности и дне обрабатываемого слоя, а также увеличению удельного тягового сопротивления устройства.

При определении значений параметров, обеспечивающих требуемое качество работы при минимальном затрате энергии, уравнения регрессии (1)-(4) решались на ПК «Pentium IV» совместно с программой Excel действием «поиск решения» для скоростей 5-8 km/h [10-17] . При этом было принято условие, что критерий Y₁ должен быть не менее 80%, критерий Y₂ и критерий Y₃ не должны превышать соответственно 5 и 3 cm, а критерий Y₄ должен иметь минимальное значение. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

 Оптимальные значения рабочих органов дискового рыхлителя

Следовательно, для обеспечения требуемой качество работы рабочих органов дискового рыхлителя комбинированной машины при минимальных затратах энергии при рабочих скоростях 5-8 km/h, рабочие органы, т.е. сферические диски, должны быть установлены под углом 19°37ʹ-25°20ʹ к направлению движения и 14°54ʹ-17°38ʹ к вертикали, а поперечное расстояние между ними – в пределах 27-31 cm. При этих значениях факторов степень крошения почвы, т.е. количество фракций размером менее 50 mm, составляет 81,01-82,32%, высота неровностей, образуемых на поверхности и дне обрабатываемого слоя, соответственно 4,32-4,74 сm и 2,43-2,93 сm, удельное тяговое сопротивление дискового рыхлителя составляет 3,26-4,31 кН/м

Вывод: По результатам проведенных многофакторных экспериментов для обеспечения требуемого качества работы рабочих органов дискового рыхлителя комбинированной машины при рабочих скоростях 5-8 км/ч с минимальными затратами энергии ее дисковые рыхлители должны быть установлены под углом 19°37ʹ-25°20ʹ к направлению движения, 14°54ʹ-17°38ʹ относительно вертикали, а поперечное расстояние между ними – в пределах 29-31 см.

Список литературы:

1. Темуров Ш. Виноградарство. – Ташкент: «Национальная энциклопедия Узбекистон», 2002. – 62 с.
2. Комилов Н. Обоснование параметров глубокорыхлителя для среза корней винограда и вносения удобрение широким ленточным способом // Материалы сборника Республиканской научно-техническая конференции «Перспективы создания и эффективного использования ресурсосберегающих инновационных технологий и технических средств в сельском хозяйстве». – Карши, КарМИ. 2019. – С. 59-61.
3. Кенжабоев Ш.Ш., Комилов Н.М., Адхамов Б.В. Определение продольного расстояния между дисковыми рыхлителями комбинированной машины для обработки междурядий винограда // Научно-технический журнал Ферганского политехнического института. – Фергана, – 2021, № 1  (спец. выпуск). – С.167-169.
4. Кенжабоев  Ш.  Ш.,  Комилов  Н.  М.,  Адхамов  Б.  В.  Дискли  юмшаткичнинг  параметрларини аниқлаш // Механика ва технология илмий журнали. – Наманган, -2022, №2 (7).  – Б. 63-69.
5. Комилов Н.М., Адхамов Б.В. Влияние расстояний между рабочим органом дискового рыхлителя и почвенным щитком на его показатели работы
6. Комилов Н.М., Адхамов Б.В. Выбор типа рабочих органов для обрабатки междурядий винограда // Сборник международной научно-технической конференции “Инновационные решения для создания высокопроизводительных сельскохозяйственных машин и повышения уровня использования технических средств”. Гульбахор, НИИМСХ. 2022. – С. 246-250.
7. O’zDSt 3412:2019 “Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудие для поверхностной обработки почвы. Программа и методы испытания” // Официальное издание. – Ташкент, 2019. – 52 с.
8. O’zDSt 3193:2017 “Испытания сельскохозяйственной техники.  Методы энергетической оценки машин” // Официальное издание. – Ташкент, 2019. – 21 с.
9. Аугамбаев М., Иванов А.З., Терехов Ю.И. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента. – Ташкент: Укитувчи, 1993. – 336 с.
10. Кашаев С.М. Офисные решения с использованием Microsoft Excel 2007 и VBA. – СПб.: Питер, 2009. 352 с.
11. Komilov N.M., Abduvahobov D.A., Ergashev M.M. Determination of parameters and operating values of organic fertilizer// Journal of Critical Reviews. – 2020. – Т. 7. – №. 13. – С. 1387-1395.
12. Tojiev R. Z., Tukhtakuziev A., Ergashev M. M. Justification of longitudinal and transverse distances rippers comfortable disk harrow publishers //Scientific-technical journal. – 2020. – Т. 3. – №. 1. – С. 65-68.
13. Normirzaev Abdukаyum, Nishonov Botirjon, Nuriddinov Akmaljon, Gaybullaev Burkhonjon. Influence Of An Attack Angle Of A Spherical Disk Sugger And The Congressive Unit Speed On The Distance Of Soil // Jour of adv research in dynamical & control systems. – USA. vol. 12, special issue-06, 2020. – pp. 512-517.
14. Tukhtakuziyev А., Gaybullaev B. Sh. 2019 Motivation parameter hinge plate plow to vegetable-growing tractor TTZ-100SP. International journal of advanced research in science, engineering and technology 6(1), 7996-7998.
15. Tukhtakuziev A., Imamkulov Q., Madumarov K., Buzrukov Z., Gaybullaev B, Turaev N. Definition Optimal Values Of Device Parameters That Semi-Open Pomegranate Trees // Solid State Technology. – AQSh. Volume: 63 Issue: 6, 2020. – рр. 9778-9787.
16. Abdusalim T., Khurshed A. 2016. Rationale for the parameters of the rotary tiller of new implement for volumetric pre-sowing of ridges. European science review. – Vienna, – № 5-6. – P. 176-178.
17. Tukhtakuziev A., Abdulkhaev Kh. G., Barlibaev Sh.N. Determining the Appropriate Values of Compactor Paramaters of the Enhanced Harrow Leveller. Civil Engineering and Architecture Vol. 8(3), pp. 218 – 223 doi: 10.13189/cea.2020.080304.