ONIONS TOPS REMOVING PROCESS MODELING BY HAULM REMOVING MACHINE OPERATING ELEMENT

Full Text

Качественная работа теребильных машин обеспечивается лишь при надлежащей подготовке поля перед уборкой. Как показали исследования на период уборки засоренность полей достигает 60-70%, высота сорных растений при этом доходит до 50 см. Это объясняется тем, что время между последней обработкой посевов гербицидами и уборкой проходит две-три недели, что способствует росту сорных растений [1]. При уборке машинами теребильного типа, если поле предварительно не было подготовлено, происходит забивание вращающихся элементов теребильного аппарата, что приводит к снижению производительности машины, поломке и увеличению количества остановок для очистки [2, 3]. В связи с этим возникает необходимость удаления сорной растительности перед уборкой. Цель исследования - обосновать оптимальные параметры процесса удаления ботвы лука рабочим органом ботвоудаляющей машины в лабораторных условиях. Задача исследования - выделить значимые факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука и получить уравнение, описывающее поверхность отклика по этому критерию. Материалы и методы исследований. Для решения проблемы удаления сорной растительности перед уборкой была разработана конструкция и изготовлен макетный образец ботвоудаляющего устройства для удаления листостебельной массы перед уборкой лука, лабораторные исследования которого проводились на почвенном канале (рис. 1, 2). Методика проведения опыта следующая. На почвенном канале вкапывается лук и сорные растения, привезенные с поля (размещение лука и сорных растений в полосе - приближенное к полевым). При вращении вала, с установленными на нем попарно напротив друг друга ножами, внутри кожуха создается воздушный поток, который поднимает полегшую ботву лука и подводит в зону резания, где растения срезаются и измельчаются. Для дальнейших исследований устанавливали необходимый угол наклона ножей, скорость вращения рабочего органа, высоту установки рабочего органа относительно поверхности, линейную скорость перемещения рабочего органа. После того как были установлены все оптимальные параметры устройства, включали электродвигатель, приводя в движение рабочий орган, и запускали мотор-редуктор для привода тележки по направляющим полозьям почвенного канала, в результате чего производилось удаление ботвы лука. После скашивания подсчитывали полноту удаления ботвы в процентах. Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - система полиспастов; 2 - цепь; 3 - почвенный канал; 4 - ролик; 5 - трос; 6 - мотор-редуктор; 7 - тележка; 8 - ножи; 9 - вал; 10 - конический редуктор; 11 - гибкий вал; 12 - электродвигатель; 13 - направляющие полозья почвенного канала; 14 - звездочки; 15 - пульт управления; 16 - кожух Рис. 2. Общий вид рабочего органа Для получения математической модели процесса удаления ботвы лука, учитывающей совокупное влияние изучаемых факторов на эффективную работу обрезчика, и определения оптимального сочетания параметров было использовано планирование многофакторного эксперимента. При планировании эксперимента первоначально выбирался критерий оптимизации, то есть параметр, по которому оценивается исследуемый объект и который связывает факторы в математическую модель. Для любого обрезчика оценочными критериями процесса являются полнота удаления, травмирование, производительность и энергоемкость. В данном случае в качестве критерия оптимизации была принята полнота удаления, а остальные критерии использовались как ограничения [4]. Результаты исследований. При исследовании процесса удаления ботвы лука были выявлены факторы, влияющие на процесс работы. Первоначально их было выбрано более 12, которые характеризовали конструктивные и режимные параметры рабочего органа обрезчика, технологические условия протекания процесса, а также физико-механические свойства посевов лука. При исследованиях невозможно охватить влияние всех факторов и их взаимодействия. Поэтому, на основании априорной информации, а также исходя из конкретных задач исследования, были выделены наиболее существенные факторы. Причем некоторые из них в процессе исследований не изменялись и были закреплены на постоянных уровнях [5]. Оставшиеся наиболее существенные факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука, и уровни их варьирования представлены в таблице 1. Таблица 1 Факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука Обозначение Наименование факторов Уровни варьирования -1 +1 Скорость движения агрегата, м/с 0,156 0,956 Частота вращения рабочего органа, мин-1 1200 2200 Высота установки рабочего органа относительно поверхности поля, м 0,04 0,10 Угол установки ножей, град 45 65 Ширина ножей, м 0,10 0,18 Ширина ботвоотводящего окна, м 0,14 0,22 Угол установки рабочих органов относительно продольной оси рамы, град 15 25 Расстояние между крайними точками ножей соседних рабочих органов, м 0,01 0,03 С целью сокращения общего объема опытов проводили отсеивающий эксперимент. Для проведения отсеивающего эксперимента составляли матрицу с учетом первоначально выделенных факторов (табл. 2) путем случайного смешивания двух полуреплик типа . Одну полуреплику отнесли к факторам , другую - к факторам . Число опытов в матрице должно быть кратным 2k и превышать число k+1 (k - число факторов). Поэтому в матрицу были включены опыты 9 и 10, образованные случайной выборной из обеих полуреплик. План эксперимента был рандомизирован с помощью таблиц случайных чисел. Матрица планирования отсеивающего эксперимента с результатами опытов представлены в таблице 2, в левой части которой приведен план эксперимента в кодированной форме, в столбце даны средние арифметические значения полноты удаления ботвы лука, а в столбцах и - результаты экспериментов после корректировок. Таблица 2 Матрица и результаты отсеивающего эксперимента № опыта Факторы Параметр оптимизации 1 - - - - - + - - 97,1 97,1 97,1 2 - - + + - + + + 97,6 97,6 97,6 3 + + + - - - - - 98,2 97,4 97,0 4 - - + - + - + - 97,2 97,2 97,2 5 + + - + - - + + 98,0 97,2 96,8 6 + - - - + + + + 97,1 97,2 97,0 7 + + - + + + - - 98,2 97,4 97,0 8 - + + + + - - - 98,5 97,5 97,3 9 - + - + + + - - 98,4 97,4 97,2 10 + - + - - - + + 97,6 97,6 97,4 В первую очередь производилась проверка воспроизводимости планов путем проверки гипотезы однородности дисперсий. Обработку экспериментальных данных начинали с их графического представления на исходной диаграмме рассеивания. Степень влияния факторов оценивали по разности медиан значений опытных данных верхних и нижних уровней факторов и по числу выделяющихся точек. По этим признакам на первом этапе выделены факторы («Скорость движения агрегата») и («Частота вращения рабочего органа»). После определения эффектов факторов ( =- 0,133; =0,967) проверяли их значимость по t-критерию ( = - 0,874; = 6,340). Таким образом, фактор («Скорость движения агрегата») оказался значимым с вероятностью меньше 0,9, а фактор («Частота вращения рабочего органа») - с вероятностью 0,95. После выделения факторов и проводили корректировку результатов отсеивающего эксперимента с целью более четкого выделения остальных факторов и их парных взаимодействий. По скорректированным результатам параметра оптимизации строили вторую диаграмму рассеивания, анализ которой позволил выделить два фактора («Высота установки рабочего органа относительно поверхности поля») и («Угол установки ножей»). Оценку значимости этих факторов проводили аналогично оценкам и . В результате расчетов получили: Таким образом, фактор значим с вероятностью 0,95, а вероятность значимости фактора - 0,9. Совместно с проведением оценки значимости эффектов факторов на каждом этапе осуществляли статистический анализ корректированных результатов наблюдений, в результате чего выявлялась необходимость дальнейшего выделения значимых факторов [6, 7]. После второй корректировки получили, что расчетное значение F-критерия равно 1,87, а табличное значение при 5%-м уровне значимости и числа степеней свободы f1 = 10 и f2 = 9 равно - = 3,02, следовательно, можно считать, что все значимые факторы выделены. На этом выделение факторов было закончено, а результаты отсеивания сведены в таблице 3. Таблица 3 Результаты оценки эффекта выделенных факторов Этапы Выделенные факторы Значение факторов Расчетное значение t-критерия По исходным данным После первой корректировки Х1 Х2 Х3 Х4 -0,133 0,967 0,233 0,167 -0,874ХХХ 6,340Х 3,077Х 2,198ХХ Примечание: Х - значим с 95%-й вероятностью; ХХ - значим с 90%-й вероятностью; ХХХ - значим с вероятностью менее 90% (незначимый фактор). По результатам корректировки экспериментальных данных строили точечную диаграмму распределения значений параметра оптимизации. Крутое восхождение по поверхности отклика решено было не проводить, так как при реализации матрицы планирования значения параметра оптимизации в большинстве случаев оказалось в почти стационарной области. При отсеивающих экспериментах предполагается, что поверхность отклика описывается линейной моделью вида: (1) где , , - коэффициенты регрессии при выделенных линейных членах; n - общее число линейных факторов; n-1 - число эффектов отсеивания; d - составляющая отклика, отнесенная к шумовому полю вместе с ошибкой опыта. При обработке результатов отсеивающего эксперимента получили: (2) Таким образом, получили линейное уравнение, описывающее поверхность отклика по показателю полноты удаления ботвы лука и сорных растений: . (3) Заключение. Построенная математическая модель процесса удаления ботвы лука рабочим органом ботвоудаляющей машины в лабораторных условиях позволила выделить следующие значимые факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука и сорных растений: частоту вращения рабочего органа, высоту установки рабочего органа относительно поверхности поля, угол установки ножей.

About the authors

D I Frolov

FSBE HVE Penza STA

Email: surr@bk.ru
cand. techn. sciences, associate prof. of the department «Food productions» 440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str

A A Kurochkin

FSBE HVE Penza STA

Email: anatolii_kuro@mail.ru
dr. techn. sciences, prof. of the department «Food productions» 440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str

G V Shaburova

FSBE HVE Penza STA

Email: Shaburovs@mail.ru
cand. techn. sciences, associate prof. of the department «Food productions» 440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str

References

Supplementary files