Оптимизация конструктивных и технологических параметров аксиально-роторной молотильно-сепарирующей системы

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 631. 354. 024
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АКСИАЛЬНО-РОТОРНОЙ МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
Бердышев Виктор Егорович, кандидат технических наук, заместитель директора департамента научно-технологической политики и образования Министерства сельского хозяйства Российской Федерации
107 139, г. Москва, Орликов переулок, 1/11 е-mail: v. berdishev@polit. mex. ru
Ключевые слова: зерновые культуры, обмолот зерна, сепарация зерна, зерноуборочный комбайн
Автором статьи предложена молотильно-сепарирующая система зерноуборочного комбайна, которая исследована в лабораторных условиях. Получено уравнение регрессии процесса обмолота и сепарации зерна.
Одной из основных задач при исследовании процессов обмолота и сепарации зерна является определение оптимальных значений конструктивных параметров, а также режимов работы молотильно-сепа-рирующей системы. В качестве объекта исследования принята молотильно-сепариру-ющая система зерноуборочного комбайна СК-10 В [4].
При эксплуатации сложной зерноуборочной техники, к которой относят зерноуборочные комбайны, возникает проблема оценки качественных показателей работы комбайнов и возможные способы влияния на эти показатели. Работу любого зерноуборочного комбайна оценивают несколькими показателями: потерями свободного и не-вымолоченного зерна, дроблением зерна, макро- и микроповреждениями зерна, энергоемкостью технологического процесса и т. д.
Для оптимизации конструктивных и технологических параметров аксиально-ро-
торной молотильно-сепарирующеи системы зерноуборочного комбайна использовали лабораторную установку, разработанную с участием автора инженерами В.Н. Мыс-ливцевым, В. В. Солдатенковым и доработанную А. В. Шевцовым, И. И. Ирковым [5, 6]. Исследования проводили на обмолоте озимой пшеницы. После проведения поисковых опытов для исследования области оптимума был реализован семифакторный план эксперимента Рехтшафнера.
Получение уравнений регрессии связано с большими затратами времени и средств. Массив данных, полученных в этой работе, настолько велик, что обычные традиционные расчеты оказываются неприемлемыми. Поэтому для реализации представленных задач были разработаны специальные программы, а все последующие расчеты проведены на ПЭВМ типа IBM [3].
Для оптимизации параметров аксиально-роторной молотильно-сепарирую-щей системы выбраны независимые факто-
ры, уровни и интервалы варьирования которых представлены в таблице 1.
Критериями оптимизации являлись потери П и дробление Д зерна [2].
В результате проведенных экспериментов и последующих расчетов были получены уравнения регрессии:
П = 1,77−0,16хг, 15×2+0,2хз+0,17×1×2+0,08×1хз-0,2×2хз-
0,08×1×2×3,
(1)
П2 = 1,8+0,37×4−0,28х+0,192×6+0,03×4х-
2 '- '- 4 '- 5
0,02×4×6+0,03×5×6+0,01×4×5×6,
(2)
П =1,62−0,29х +0,2х-0,16х +0,0 2х х —
3 5 6 7 5 6
0,03×5×7+0,02×6х.
67
(3)
Д1 = 1,12+0,05×1+0,08×2−0,11хз-
0,14×1×2−0,04×1хз+0,1×2хз+0,0: 5×1×2хз, (4)
Д2=1,09−0,17×4+0,16×5−0,14×6+0,03×4×5−0,03×5×6, (5)
Д3 = 1,06 — 0,16×5 — 0,14×6 — 0,11×7 -0,03×5×6 — 0,03×6×7. (6)
В приведенных выше уравнениях регрессии факторы х1×2, хз, х4×5, х6, х7 являются значимыми. Значимость коэффициентов уравнений регрессии оценивали по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты удаляли и выполняли повторный расчет коэффициентов регрессионной модели [1]. В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
П = 0,271 — 0,039^ + 0,029×2 — 0,026×3 + + 0. 126×4 — 0,032×5 + 0,025×6 -0,02×7 +
+ 0,007х, х, -0,008x3 +0,010Х[Х4 --0,01ІХ[Х5 -0,008х!х6 + 0,007×1×1 +
— 0,005×2хъ — 0,01×3×4 + 0,011×3×5 —
— 0,013×2×6 + 0,004×2×7 + 0,01×3×4 -+ 0,011×3×5 + 0,017×3×6 -0,008×3×7 +
+ 0,011×4×5 — 0,018×4хб + 0,014×4×7 +
+ 0,005×5×6 -0,015×5×7 + 0,006×6×7 +
+ 0Д87Х[2 +0,180×22 + 0Л55×32 +0,272×4 + + 0Д31×52 + 0,094×2 + 0,099х7
Адекватность полученных математических моделей проверяли по критерию Фишера. Получено, что при исследовании изменения потерь FП = 0,7695 и РД = 0,6072. Во всех случаях Р005 & gt- Р (здесь Р005 =2, 1646 — табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5% [1]). Следовательно, математические модели адекватны.
Таблица 1
Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Факторы Уровни варьирования факторов Интервал варьирования
-1 0 +1
х1 — частота вращения ротора, мин-1 780 990 1200 210
х2 — зазор на выходе из ротора, мм 10 20 30 10
х3 — длина МСС, мм 1500 2400 3300 900
х4 — подача в МСС, кг/с 6 8 10 2
х5 — угол охвата ротора деками, град. 0 90 180 90
х6 — угол наклона бичей, град. 0 25 50 25
х7 — угол наклона винтовых направителей кожуха, град. 56 64 72 8
Для анализа полученные математические модели второго порядка привели к типовой канонической форме.
Уравнения регрессии в канонической форме имеют следующий вид:
-0,25 = 0Д88Х2 + 0,18IX, 2 + 0Д56Х2 +
+ 0,273 X2 + 0Д31Х2 +0,09X1 + 0,097 X2
(9)
?д -0,63 = 0Д85Х- + 0ДХ22 +0Д 77Х- +
+ 0,133Х42 +0Д39Х- + 0,124ХЙ2 I о. от-
(10)
Поскольку все коэффициенты при ква-
дратных членах уравнения имеют положительные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнениями (9) и (10), представляют не что иное, как семимерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов. Для определения оптимальных параметров необходимо было решить компромиссную задачу с помощью двухмерных сечений. При этом находили значения факторов, при которых потери зерна минимальны при допустимом уровне дробления. Основной критерий оптимизации — минимальные потери зерна П. Дополнительный критерий оптимизации — дробление зерна Д.
Например, при рассмотрении двух-
Таблица 2
Анализ двухмерных сечений поверхности отклика по уравнениям регрессии
Значения фиксированных факторов Изменяемые факторы и их оптимальные значения
х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×1= + 0,05…+ 0,15- х2 = - 0,15…- 0,05
х2 = - 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×1= + 0,05.+ 0,15- х3 = + 0,05.+ 0,15
х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×1= + 0,05.+ 0,15- х4 = - 0,3.- 0,2.
х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х6 = - 0,1- х7 = 0,1. х1= + 0,5.+ 0,15- х5 = + 0,05.+ 0,15
х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 =0,11- х7 = 0,1×1= + 0,05.+ 0,15- х6 = - 0,15.- 0,05.
х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1×1= + 0,05.+ 0,15- х7 = + 0,05.+ 0,15.
х1 = 0,1- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×2 = - 0,15.- 0,05- х3 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х3 = 0,08- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×2 = - 0,15.- 0,05- х4 = - 0,3.- 0,2
х1 = 0,1- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×2 = - 0,15.- 0,05- х5 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х7 = 0,1×2 = - 0,15.- 0,05- х6 = - 0,15.- 0,05
х1 = 0,1- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1×2 = - 0,15.- 0,05- х7 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×3 = + 0,05.+ 0,15- х4 = - 0,3.- 0,2
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х4 = - 0,23- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×3 = + 0,05.+ 0,15- х5 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х7 = 0,1 хз = + 0,05.+ 0,15- х6 = - 0,15.- 0,05
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1×3 = + 0,05.+ 0,15- х7 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х6 = - 0,1- х7 = 0,1×4 = - 0,3.- 0,2- х5 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х5 = 0,11- х7 = 0,1×4 = - 0,3.- 0,2- х6 = - 0,15.- 0,05
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х5 = 0,11- х6 = - 0,1×4 = - 0,3.- 0,2- х7 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х7 = 0,1×5 = + 0,05.+ 0,15- х6 = - 0,15.- 0,05
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х6 = - 0,1×5 = + 0,05.+ 0,15- х7 = + 0,05.+ 0,15
х1 = 0,1- х2 = - 0,08- х3 = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11×6 = - 0,15.- 0,05- х7 = + 0,05.+ 0,15
мерного сечения поверхности отклика по уравнениям регрессии относительно факторов (х2) и (х2), факторы (хз, х4, х5, х6, х7) фиксировали на уровне, соответствующему минимальным потерям зерна (рис. 1): хз = 0,08- х4 = - 0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1. Анализ двухмерного сечения показал, что поверхность отклика имеет общую зону оптимума, а оптимальными являются следующие значения факторов: х= + 0,05.+ 0,15 и х2 =
— 0,15.- 0,05.
Анализ других двухмерных сечений также показал, что поверхности откликов имеют общую зону оптимума. Результаты анализа приведены в таблице 2.
Для того чтобы потери зерна были минимальными, необходимо принять следующие оптимальные значения факторов: х2 = + 0,05.+ 0,15 (1000,5. 1021,5 мин& quot-1) — х2 = - 0,15.- 0,05 (18,5. 19,5 мм) — хз = + 0,05.+ 0,15 (2445. 2535 мм) — х4 = - 0,3.- 0,2 (7,4… 7,6 кг/с) — х5 = + 0,05.+ 0,15 (94,5. 103,5 град) — х6 = - 0,15…- 0,05 (21,3. 23,8 град.) — х7 = + 0,05.+ 0,15 (64,4. 65,2 град.).
Дробление зерна при этом составило 0,7%, а потери зерна — 0,25%. Таким образом, с помощью двухмерных сечений была решена компромиссная задача и определены оптимальные значения факторов.
Учитывая, что при полученных оптимальных значениях конструктивных и технологических параметров потери и дробление зерна значительно ниже допустимых, можно сделать вывод, что комбайн СК-10 В имеет высокие потенциальные возможности и может работать при большей загрузке молотильно-сепарирующей системы. Для установления закономерностей изменения качественных показателей работы моло-тильно-сепарирующей системы аксиальнороторного типа (потерь и дробления зерна, подачи незерновой фракции на очистку и др.) от режимов работы и конструктивных параметров самой системы требуется проведение одно- и двухфакторных экспериментов.
Библиографический список
1. Адлер, Ю. П. Планирование экспери-
Рис. 1. — Двухмерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 на потери П и дробление Д зерна при х3 = 0,08- х4 = -0,23- х5 = 0,11- х6 = - 0,1- х7 = 0,1
мента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский.
— М.: Наука, 1976. — 279 с.
2. Бердышев, В. Е. Комплексный показатель качества работы зерноуборочного комбайна / В. Е. Бердышев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. — 2010. — № 2 (18). — С. 142−148.
3. Дегтярев, Ю. П. Регрессионный анализ на ПЭВМ / Ю. П. Дегтярев, А. И. Филатов // Сб. научн. тр. Волгогр. СХИ. — Волгоград, 1992. — С. 128 — 131.
4. Кленин, Н.И. Молотильно-сепариру-ющее устройство аксиально-роторного типа / Н. И. Кленин, С. Г. Ломакин, В. Е. Бердышев // Вузовская наука — производству. М.: МИ-ИСП, 1988. — С. 28.
5. Мысливцев, В. Н. Обоснование параметров и показателей работы аксиально-роторного молотильно-сепарирующего устройства. — Дис. канд. техн. наук. — М. МИ-ИСП, 1985. — С. 78−88.
6. Солдатенков, В. В. Влияние угла наклона ротора на качественные показатели работы сепаратора аксиального типа // Технологические процессы механизированных работ в полеводстве. — М.: МИИСП, 1982. — С. 113−117.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой