ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

УДК 631.33:001

DOI: 10.31857/2500-2082/2023/3/98-102, EDN: QNZPAB

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО

ПОСЕВНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

Даба Нимаевич Раднаев, доктор технических наук

Бэликто Батоевич Цыбиков, кандидат сельскохозяйственных наук

Дугар-Цырен Баярович Бадмацыренов, кандидат технических наук

Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова,

г. Улан-Удэ, Республика Бурятия, Россия

E-mail: daba01@mail.ru

Аннотация. Вопросы экологии, ресурсосбережения и снижения себестоимости продукции в земледелии связаны с освоени-

ем комбинированных почвообрабатывающих посевных машин, которые позволяют сократить количество технологических

приемов. Необходимо оснащать сельхозпредприятия средствами механизации, приспособленными к конкретным условиям их

производственного применения. Поэтому перспективное направление - разработка универсальных и комбинированных ма-

шин, способных за один рабочий цикл осуществлять несколько технологических приемов, обеспечивающих последовательное

выполнение смежных операций. Для проведения экспериментальных исследований была разработана и изготовлена уста-

новка, представляющая собой комбинированную машину, которая обеспечивает предпосевную обработку почвы, полосовой

разбросной посев, внесение минеральных удобрений и послепосевное прикатывание. Представлены математические модели,

связывающие факторы: скорость движения агрегата; угол атаки лапы сошника; глубина хода лапы сошника при оптими-

зации степени крошения почвы, подрезания сорных растений, изменения твердости почвы. На первом месте по значимости

стоит скорость движения. Степень подрезания растений зависит от угла атаки. Глубина обработки практически не ока-

зывает влияния на степень подрезания сорных растений. Это можно объяснить тем, что корневая система расположена на

малой глубине. Для других культур этот фактор может играть существенную роль.

Ключевые слова: посев, комбинированная машина, планирование эксперимента, крошение почвы, твердость почвы, под-

резание сорняков

RESEARCH OF THE COMBINED SOWING WORKING BODY

D.N. Radnaev, Grand PhD in Engineering Sciences

B.B. Tsybikov, PhD in Agricultural Sciences

D.-Ts.B. Badmatsyrenov, PhD in Engineering Sciences

Philippov V.R the Buryat State Academy of Agriculture, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, Russia

E-mail: daba01@mail.ru

Abstract. Today, the issues of ecology, resource conservation and reduction of production costs in agriculture are associated with the

development of combined tillage - sowing machines, which make it possible to reduce a number of technological techniques. Tak-

ing into account these factors makes it possible to equip agricultural enterprises with means of mechanization adapted to the specific

conditions of their production use. Therefore, a promising direction is the development of universal and combined machines, that is,

technical means of mechanization capable of performing several technological operations in one working cycle or, after relatively

simple retrofits, ensuring the consistent execution of a number of operations. To carry out experimental studies, an installation was

developed and manufactured, which is a combined machine that provides pre-sowing tillage, strip spreading sowing, mineral fertil-

izers and post-sowing rolling. Using the experimental planning method, mathematical models have been developed that link factors

such as the speed of the unit, the angle of attack of the coulter’s paw, the depth of the coulter’s paw when optimizing the degree of soil

crumbling, pruning of weeds, changes in soil hardness. Analysis of mathematical models shows that factors in a certain way affect the

quality of tillage (crumbling, hardness, pruning of plants). In the first place in terms of significant importance is the speed of movement.

The degree of pruning of plants depends on the angle of attack. As for the depth of processing, this factor has practically no effect on

the degree of pruning of weeds. This can be explained by the fact that the root system is located at a shallow depth. For other cultures,

this factor may play a significant role.

Keywords: sowing, combined machine, experiment planning, soil crumbling, soil hardness, weed pruning

Вопросы экологизации, ресурсосбережения и

ных за один рабочий цикл осуществлять несколько

снижения себестоимости продукции в земледелии

технологических приемов, обеспечивающих после-

связаны с освоением комбинированных почвообра-

довательное выполнение смежных операций. Еще

батывающих посевных машин, которые позволяют

один вариант оптимизации сельскохозяйственной

сократить количество технологических приемов.

техники состоит в создании и применении в ком-

Сельхозпредприятия нуждаются в средствах меха-

плексе с базовыми машинами и орудиями системы

низации приспособленных к конкретным условиям

сменных рабочих органов, приспособленных для

их производственного применения. [5, 10]

эффективного использования в широком диапазоне

Перспективное направление - разработка уни-

внешних условий, и выполнения узкого класса опе-

версальных и комбинированных машин, способ- раций в специфических условиях. [4, 7-9]

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 3-2023

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

Схема экспериментальной сеялки: 1 - рама; 2 - самоустанавливающееся пневматическое колесо; 3 - семяпровод;

4 - высевающий аппарат; 5 - бункер для семян и удобрений; 6 - шарнирная тяга; 7 - прикатывающие катки; 8 - каток сошника;

9 - лаповый сошник; 10 - нажимная пружина; 11 - поводок сошника в виде параллелограммного механизма.

Появление новых конструкций комбинирован-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

ных машин и комплексов обусловлено применени-

ем ресурсосберегающих технологий возделывания

С помощью планирования эксперимента можно

сельскохозяйственных культур (почвозащитная,

получить математические модели, связывающие ис-

минимальная, нулевая и другие), а также стремле-

следуемый параметр со всеми влияющими на него

нием к повышению точности посева. [3, 4, 14]

факторами. [1, 6, 13]

Предположим, что в рассматриваемой сложной

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

системе существует функциональная связь между

факторами (скорость движения агрегата, угол атаки

Для проведения экспериментальных исследо-

лапы сошника, глубина хода лапы сошника) рабо-

ваний была разработана и изготовлена установка

чего органа. Тогда в общем виде математическое

(см. рисунок), представляющая собой комбини-

описание процесса представляет зависимость:

рованную машину, которая обеспечит выполне-

ние агротехнических требований к предпосевной

y = f (x₁, x₂, x₃),

(1)

обработке почвы и посеву. [11, 12] Основные из

них: равномерная плотность для суглинистых

почв в слое 0...15 см - 1,1...1,2 г/см³ (для зерновых

где y - исследуемый параметр; x₁, x₂, x₃ - незави-

культур); на поверхности почвы не должно быть

симые переменные (факторы), которые можно из-

комков размером более 50 мм (до 25 мм - не менее

менять при постановке эксперимента.

80%); гребнистость поверхности поля после про-

В качестве исследуемых параметров оптимизации

хода со средним отклонением высоты от прямой

установлены степени крошения почвы, подрезания

линии поверхности - ±20 мм.

Сеялка может за один проход одновременно про-

Таблица 1.

изводить безотвальную предпосевную обработку

Условия кодирования переменных факторов

почвы, полосовой разбросной посев, внесение ми-

Значение фактора

неральных удобрений и послепосевное прикаты-

Уровень и интервал варьирования

x₁

x₂

x₃

вание. На первом этапе на поле учебного полигона

Бурятского ГСХА изучали работу различного соче-

Основной (х₀)

1,5

тания рабочих органов при посеве. Условия опыта:

Интервал варьирования

0,9

рельеф ровный, почва участка - средний суглинок,

Верхний уровень (+1)

2,4

абсолютная влажность - 15,4...16,6% на глубине

Нижний (-1)

0,6

до 15 см, фон - пар. Опыты по определению агро-

технических показателей в зависимости от режима

Примечание. x₁ - скорость движения агрегата м/с, x₂ -

угол атаки лапы сошника, град; x₃ - глубина хода лапы

работы агрегата проводили в соответствии с методи-

сошника, см.

кой ОСТ 70.5.1-82 и ОСТ 10.5.1-2000.

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

Таблица 2.

Матрица планирования и результаты эксперимента для крошения почвы, подрезания сорных растений

и изменения твердости почвы, %

Фактор

Степень крошения почвы

Подрезание сорных растений

Изменение твердости почвы

—

x₀

x₁

x₂

x₃

КР₁

КР₂

КР₃

КР₄

КР

W₁

W₂

W₃

T₁

T₂

T₃

T₄

76,9

75,5

76,7

73,7

75,7

75,5

74,3

76,2

75,2

75,3

17,5

20,2

21,1

18,5

19,3

78,8

81,7

79,2

80,8

80,1

83,6

82,8

84,5

83,2

83,5

22,3

25,1

22,8

25,6

24,0

76,7

77,5

79,4

78,4

78,0

86,6

85,9

87,4

86,4

86,6

30,1

29,5

27,9

31,3

29,7

88,6

89,3

87,2

90,1

88,8

93,5

94,2

95,2

94,4

94,3

36,2

34,9

33,9

36,8

35,5

83,6

79,7

80,2

82,5

81,5

85,6

86,6

86,8

87,7

86,7

43,8

44,4

46,8

43,9

44,7

91,8

88,6

92,1

89,5

90,5

94,5

93,8

94,8

95,3

94,6

44,8

51,8

50,6

51,3

50,6

76,1

80,9

77,7

79,2

78,5

77,5

76,4

76,8

75,8

76,6

29,2

31,5

22,8

32,7

30,8

87,3

83,4

86,5

84,8

85,5

83,5

84,2

84,8

85,2

84,4

35,2

34,8

34,4

32,2

33,5

Примечание. (+) и (-) - уровни варьирования переменных.

сорных растений, изменения твердости почвы. План

подрезания сорных растений (%)

исследований - полный факторный эксперимент

෡ = 61,25 + 4,4ݔ_ଵ + 1,1ݔ_ଶ + 0,065ݔ_ଷ,

(6)

типа 2³ с варьированием переменных на двух уров-

нях для рабочего органа комбинированной машины

(табл. 1). [6, 13]

ܹെܹ_௡

Матрица планирования и результаты полного

где ܹ =

ή 100%;

ܹ௚

факторного эксперимента приведены в таблице 2.

В общем виде уравнение регрессии для трех фак-

торов в первом приближении:

изменения твердости почвы (%)

ݕො=ܾ_଴ +ܾ_ଵݔ_ଵ +ܾ_ଶݔ_ଶ +ܾ_ଷݔ_ଷ +ܾ_ଵଶݔ_ଵݔ_ଶ +

ܶ෠_=0,91+0,86ݔଵ + 0,24ݔଶ + 0,57ݔଷ +

+ ܾ_ଵଷݔ_ଵݔ_ଷ + ܾ_ଶଷݔ_ଶݔ_ଷ + ܾ_ଵଶଷݔ_ଵݔ_ଶݔ_ଷ.

(2)

+ 0,12ݔ_ଵݔ_ଶ + 0,047ݔ_ଶݔ_ଷ,

(7)

Результаты опытов обрабатывали по методи-

ܶ௚ െ ܶ௡

кам. [1, 4, 5] Вычисленные коэффициенты регрессий

где ܶ =

ή 100%.

ܶ௚

и другие статистические характеристики приведены

в таблице 3.

Для проверки адекватности полученных уравне-

Гипотезу об однородности построчных выбо-

ний использован критерий Фишера:

рочных дисперсий при одинаковом объеме всех

выборок проверяли по критерию Кохрена:

ܨ௣ =ௌమ˃ˇௌమ{௚},

(8)

ܵ௝ଶ݉ܽݔ

< ܩ_௤(݂_௡,ܰ),

(3)

Таблица 3.

ܩ௣ =

σேܵ௝ଶ௜

Результаты математической обработки экспериментов

Степень

Подрезание

Изменение

где G_q(f_n, N) - табличное значение критерия при

крошения

сорных

твердости

уровне значимости q; f_n= n - 1 - число степеней

Характеристика

почвы

растений

почвы

свободы для выборочных дисперсий; n - количество

параллельных опытов.

Поскольку вычисленные значения G_q (табл. 3)

Коэффициенты регрессий b_0\

67,225

61,25

0,91

b₁

0,825

4,4

0,86

меньше табличного G_{q 0,05} (2,8) = 0,516 и G_{q 0,05} (3,8) =

b₂

0,118

1,1

0,24

0,4226, условие (3) выполняется - расхождения

b₃

0,335

0,065

0,57

между дисперсиями незначительны, опыты воспро-

b₁₂

0,231

0,12

изводимы.

b₁₃

Доверительные интервалы Δb_jдля коэффици-

b₂₃

0,047

ентов уравнения регрессии получены (уровень

b₁₂₃

значимости q = 5%) при

Расчетное значение критерия

0,205

0,178

0,158

Кохрена G_p

|Δb_j| > b_j.

(4)

Дисперсия воспроизводимости

2,57

0,52

2,134

результатов эксперимента S² {y}

Коэффициент регрессии b_j

- статистически

Дисперсия коэффициентов регрессии

0,08

0,016

0,067

значим.

S² (b_j)

После исключения незначимых коэффициентов

были получены интерполяционные уравнения:

Доверительный интервал

0,583

0,26

0,532

для степени рыхления почвы (%)

коэффициентов регрессии bj

Дисперсия адекватности S^2ад

5,97

0,97

5,66

෡௣ = 67,225 + 0,825ݔଵ + 0,118ݔଶ +

Расчетное значение критерия F_p

2,3

1,87

2,65

+0,3335ݔ_ଷ + 0,231ݔ_ଵݔ_ଶ;

(5)

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 3-2023

100

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

где S^2aд - дисперсия адекватности, характеризу-

4. Кем А.А., Михальцов Е.М., Чекусов М.С., Шмидт А.Н.

ющая отклонение экспериментальных точек от

Сеялка для разноглубинного посева зерновых и внесе-

найденных по уравнению регрессий; S²{ɡ} - дис-

ния минеральных удобрений. Сельскохозяйственные

персия воспроизводимости результатов экспери-

машины и технологии. 2022. Т. 16. № 2. С. 62-68

мента.

5. Лачуга Ю.Ф., Конкин М.Ю. Ресурсосберегающая на-

Уравнение регрессии адекватно эксперименталь-

правленность технической политики в сельском хо-

ным данным, если

зяйстве // Техника в сельском хозяйстве. 2008. № 1.

С. 3-7.

F_p ≤ F_q(F₁, F₂),

(9)

6. Мельников С.В. и др. Планирование эксперимента в

исследованиях сельскохозяйственных процессов / 2-е

изд. перераб. и доп. Л.: Колос, 1980.

где F_q(F₁, F₂) - табличное значение F-критерия,

7. Мударисов С.Г. Моделирование процесса взаимодей-

найденное при числах степеней свободы F₁ и F₂

ствия рабочих органов с почвой. Тракторы и сельско-

и уровня значимости q: F₁ = N - k - число степе-

хозяйственные машины. 2005. № 7. С. 27-30.

ней свободы для дисперсии адекватности (k - число

8. Мударисов С.Г., Мухаметдинов А.М. Результаты по-

значимых коэффициентов уравнения регрессии);

левых испытаний комбинированного сошника. В сбор-

F₂ = N(n - 1) - число степеней свободы для диспер-

нике: Достижения науки - агропромышленному про-

сии воспроизводимости.

изводству. Материалы L Международной научно-тех-

В результате расчетов оказалось, что вычисленные

нической конференции. Редактор: Н.С. Сергеев. 2011.

значения F_p меньше табличных - F_{q 0,05}(3,16) = 3,24;

С. 171-175.

9. Мухаметдинов А.М., Мударисов С.Г., Ямалетди-

Fq 0,05 (3,24) = 3,01; Fq 0,05 (4,24) = 2,78.

Следовательно, гипотеза об адекватности дока-

нов М.М. Разработка математической модели процес-

зана. Анализ уравнений регрессии позволяет оце-

са взаимодействия комбинированного сошника с по-

нить степень влияния как отдельных факторов, так

чвой. Известия Международной академии аграрного

и их взаимодействия на процесс обработки почвы

образования. 2013. № 17. С. 84-89.

с помощью комбинированного агрегата. Знаки

10. Орлова Л.В. Анализ внедрения ресурсосберегающих

и величины коэффициентов регрессии характе-

технологий в России / Достижения науки и техники

ризуют направления и степень влияния линейных

АПК. № 6. 2005. С. 2-5.

эффектов и эффектов взаимодействия.

11. Раднаев Д.Н., Тумурхонов В.В., Прокопьев С.Н. По-

Анализ уравнений показывает, что факторы

чвообрабатывающая посевная машина. Патент на по-

х₁, х₂, х₃ определяют качество обработки почвы

лезную модель RU № 103695 U1, 27.04.2011. Заявка

(крошение, твердость, подрезание растений). На

№ 2010143380/21 от 22.10.2010

первом месте по существенной значимости стоит

12. СТО АИСТ 5.6-2010. Испытания сельскохозяйствен-

скорость движения х₁. Степень подрезания расте-

ной техники. Машины посевные и посадочные. Пока-

ний зависит от угла атаки х₂. Что касается глуби-

затели назначения. Общие требования [Текст]. Введ.

ны обработки х₃, то этот фактор практически не

2011-04-15. М.: Стандартинформ, 2011.

оказывает влияния на степень подрезания сорных

13. Тихомиров В.Б. Математические методы планирова-

растений. Это можно объяснить тем, что корневая

ния экспериментов при изучении нетканых материа-

система расположена на малой глубине. Для дру-

лов. М: Лёгкая индустрия, 1968. 156 с.

гих культур этот фактор может играть существен-

14. Radnaev D.N., Pekhutov A.S., Abiduev A.A. et al. Ef-

ную роль.

ficiency of Row Packing when Sowing Grain Crops. AIP

Выводы. Разработаны интерполяционные урав-

Conference Proceedings, 2022, 2661, 130001.

нения для степени рыхления почвы, подрезания

сорных растений и изменения твердости почвы.

REFERENCES

Гипотеза об адекватности линейной модели при-

1. Adler Yu.P. i dr. Planirovanie eksperimenta pri poiske

нята, так как расчетное значение F-критерия не

optimal'nyh uslovij. M.: Nauka, 1976.

превышает табличного для выбранного уровня

2. Kem A.A. Sovershenstvovanie sposobov poseva zernovyh

значимости с 95%-й достоверностью.

v Zapadnoj Sibiri / Zernovoe hozyajstvo. 2007. № 1.

S. 17-19.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

3. Kem A.A., Kokorin M.V., Kobyakov N.V., Kuznecov T.

1. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при

Yu. Kombinirovannyj soshnik dlya raznourovnevogo pos-

поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.

eva semyan i vneseniya mineral'nyh udobrenij. V sb.: Prob-

2. Кем А.А. Совершенствование способов посева зер-

lemy nauchno-tekhnologicheskoj modernizacii sel'skogo

новых в Западной Сибири /Зерновое хозяйство. 2007.

hozyajstva: proizvodstvo, menedzhment, ekonomika.

№ 1. С. 17-19.

Sbornik trudov Mezhdunarodnoj nauch.-prakt. konf.

3. Кем А.А., Кокорин М.В., Кобяков Н.В., Кузне-

obuchayushchihsya v magistrature. Institut ekonomiki i fi-

цов Т.Ю. Комбинированный сошник для разноу-

nansov FGBOU VPO OmGAU im. P.A. Stolypina. 2014.

ровневого посева семян и внесения минеральных

S. 32-36.

удобрений. В сб.: Проблемы научно-технологиче-

4. Kem A.A., Mihal'cov E.M., Chekusov M.S., Shmidt A.N.

ской модернизации сельского хозяйства: произ-

Seyalka dlya raznoglubinnogo poseva zernovyh i vneseniya

водство, менеджмент, экономика. Сборник трудов

mineral'nyh udobrenij. Sel'skohozyajstvennye mashiny i

Международной науч.-практ. конф. обучающихся

tekhnologii. 2022. T. 16. № 2. S. 62-68

в магистратуре. Институт экономики и финансов

5. Lachuga Yu.F., Konkin M.Yu. Resursosberegayushchaya

ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. 2014.

napravlennost' tekhnicheskoj politiki v sel'skom hozya-

С. 32-36.

jstve // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. 2008. № 1. S. 3-7.

101

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

6. Mel'nikov S.V. i dr. Planirovanie eksperimenta v issledo-

10. Orlova L.V. Analiz vnedreniya resursosberegayushchih

vaniyah sel’skohozyajstvennyh processov / 2-e izd. pererab.

tekhnologij v Rossii / Dostizheniya nauki i tekhniki APK.

i dop. L.: Kolos, 1980.

№ 6. 2005. S. 2-5.

7. Mudarisov S.G. Modelirovanie processa vzaimodejstviya

11. Radnaev D.N., Tumurhonov V.V., Prokop'ev S.N. Po-

rabochih organov s pochvoj. Traktory i sel'skohozyajstvennye

chvoobrabatyvayushchaya posevnaya mashina. Patent na

mashiny. 2005. № 7. S. 27-30.

poleznuyu model’ RU № 103695 U1, 27.04.2011. Zayavka

8. Mudarisov S.G., Muhametdinov A.M. Rezul'taty

№ 2010143380/21 ot 22.10.2010

polevyh ispytanij kombinirovannogo soshnika. V sborn-

12. STO AIST

5.6-2010. Ispytaniya sel'skohozyajstvennoj

ike: Dostizheniya nauki - agropromyshlennomu proiz-

tekhniki. Mashiny posevnye i posadochnye. Pokazateli

vodstvu. Materialy L Mezhdunarodnoj nauchno-tekh-

naznacheniya. Obshchie trebovaniya [Tekst]. Vved. 2011-

nicheskoj konferencii. Redaktor: N.S. Sergeev. 2011.

04-15. M.: Standartinform, 2011.

S. 171-175.

13. Tihomirov V.B. Matematicheskie metody planirovaniya

9. Muhametdinov A.M., Mudarisov S.G., Yamaletdi-

eksperimentov pri izuchenii netkanyh materialov. M:

nov M.M. Razrabotka matematicheskoj modeli processa

Lyogkaya industriya, 1968. 156 s.

vzaimodejstviya kombinirovannogo soshnika s pochvoj. Iz-

14. Radnaev D.N., Pekhutov A.S., Abiduev A.A. et al. Ef-

vestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovani-

ficiency of Row Packing when Sowing Grain Crops. AIP

ya. 2013. № 17. S. 84-89.

Conference Proceedings, 2022, 2661, 130001.

Поступила в редакцию 20.02.2023

Принята к публикации 06.03.2023•

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 3-2023

102