CC BY
46
УДК 631.53.027
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОТРАВИТЕЛЯ ЗЕРНА
© 2011 г. В.А. Богомягких, О.И. Опиев, А.А. Серёгин
Определены оптимальный угол а постановки к горизонту образующей распределительного конуса и оптимальная производительность протравителя семян, обеспечивающая 100% качественную обработку зерна. Для исследования использован многофакторный эксперимент и получено уравнение регрессии.
Ключевые слова: протравитель зерна, многофакторный эксперимент, матрица планирования, уравнение регрессии.
The optimal angle (a) of the distributive cone generating line setting to the horizon and the seed dresser optimal productivity providing 100% qualitative seed treatment is determined. Mul-tifactor experiment for investigation is used and regression equation is received.
Key words: seed dresser, multifactor experiment, planning matrix, regression equation.
В последнее время для предпосевной са распыла защитно-стимулирующих сус-обработки зерна широко используются пензий (рис. 1). Принцип их работы сле-протравители с восходящим потоком кону- дующий.
1 - бункер - дозатор; 2 - ёмкость для протравливания; 3 - распределительный конус; 4 - форсунка-распылитель
Из бункера-дозатора 1 зерно подаётся на распределительный конус 3. Далее зерно сходит с него и в свободном падении обрабатывается потоком суспензии, образуемым распылителями 4 (форсунками). Весь процесс обработки осуществляется в замкнутой ёмкости 2.
Эти протравливатели просты по конструкции, надёжны в работе, удобны в эксплуатации, обеспечивают достаточно высокое качество обработки зерна.
Однако до сих пор для таких протравителей не определён оптимальный угол а постановки к горизонту образующей распределительного конуса 3 и, как следствие этого, их оптимальная производительность, обеспечивающая 100% качественную обработку зерна.
Для решения этой задачи был использован многофакторный эксперимент с привлечением плана Бокса-Бенкина [1].
В качестве критерия оптимизации (отклика) принята полнота протравливания зерна, которая зависит от нормы расхода суспензии и обрабатываемого зерна [2].
Уровни факторов выбирали таким образом, чтобы оптимальные их значения, рассчитанные теоретически или учитывающие существующие ограничения, попадали в центр интервала варьирования (табл. 1).
Таблица 1
Значимые факторы, интервалы и уровни их варьирования
Значимые факторы Кодированное Интервал Уровни факторов
обозначение варьирования -1 0 +1
Угол наклона к горизонту обра-
зующей распределительного ко- 15 30 45 60
нуса а, град
Производительность протравителя по зерну пшеницы Ж, т/ч 2 1 3 5
Максимальным значением для первого фактора х являлся угол наклона боковой поверхности конуса к горизонту, равный а = 600, значение которого снижалось до а = 300, что и соответствовало интервалу его варьирования.
Для второго фактора х2 значения производительности установки принимались из соображений работоспособности, где звездным точкам соответствовала производительность 1 и 5 т/ч, а положения, соответствующие интервалу варьирования, определялись по установленным зависимостям.
Использовать в качестве управляемых факторов другие конструктивные параметры протравливателя нецелесообразно, так как они не являются определяющими для качественной обработки семян.
Значения первого фактора устанавливали изготовлением конусов с соответствующей градацией, второй фактор фиксировался величиной открытия дозатора на заданную производительность установки.
Матрица планирования представлена в таблице 2.
Таблица 2
Матрица планирования при оптимизации качественных показателей работы протравливателя семян
№ опыта х0 Х1 Х2 Х1 Х2 Х^ * Х2 Х2 Х2 Значение ДВ, % Отличит. точки
1 +1 60 5 +1 +1 +1 +1 +1 80
2 +1 30 5 -1 +1 -1 +1 +1 84 ПФЭ
3 +1 60 1 +1 -1 -1 +1 +1 86
4 +1 30 1 -1 -1 +1 +1 +1 90
5 +1 60 3 +1 0 0 +1 0 88
6 +1 30 3 -1 0 0 +1 0 92 Звёздные
7 +1 45 5 0 +1 0 0 +1 90 точки
8 +1 45 1 0 -1 0 0 +1 96
9 +1 45 3 0 0 0 0 0 98 Опыты в центре плана
10 +1 45 3 0 0 0 0 0 97
11 +1 45 3 0 0 0 0 0 98
12 +1 45 3 0 0 0 0 0 99
Порядок проведения опытов выполняется согласно теории случайных чисел. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались по известным методи-
кам [3]. После математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии
у = 97,27 - 2л1 - 3х2 - 7,24x2 - 4,24x2,
(1)
где у - процентное значение действующей суспензии (полнота обволакивания зерновок от заданной нормы), %.
Поверхность функции отклика (рис. 1) изучалась с помощью двумерных сечений.
Выполнив каноническое преобразование, получили уравнения:
= -2-14,48 • х;
= -3 - 8,48 • х,.
(2) (3)
Решая систему линейных уравнений, находим координаты центра поверхности отклика: х =-0,138 и х2 =-0,354.
Подставляя найденные значения х и в уравнение (1), определяем значение
х.
2
параметра оптимизации в центре поверхности отклика:
У5 = 97,943.
(4)
Угол поворота осей равен нулю градусов, т.е. уравнение (1) не имеет парных взаимодействий и коэффициенты регрессии в канонической форме равны: Ви =-7,237 и В22 =-4,237.
Рис. 1. Поверхность отклика зависимости качества обработки семян от угла образующей распределительного конуса и производительности установки
Характеристика двумерных сечений поверхности отклика представлена в таблице 3.
Поверхность отклика представляет собой эллипсоид (рис. 2), а ее центр - экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют одинаковые знаки.
Уравнение регрессии в канонической форме имеет вид:
У - 97,943 = -7,237 • Х1 - 4,237 • Х2 (5) После подстановки различных значений отклика У в каноническое уравнение (5) получаем семейство сопряженных изолиний (рис. 2).
Таблица 3
Характеристика двумерных сечений поверхности отклика по производительности протравителя
Коэффициенты центра сечения Отклик функции в центре сечения ¥а,% Угол поворота оси координат а, град
Х18 Х28
-0,138 -0,354 97,943 0
Расположение элементов производительности в области эксперимента представляет поверхность «эллипса». Центр эксперимента лежит за пределами области эксперимента. Максимальная степень обработки в данном случае будет при угле распределительного конуса 45° и производительности установки 3 т/ч.
Анализ рисунка 2 показывает, что изменение угла распределительного конуса а влияет на процесс больше, чем производительность установки, так как ось ординат меньше оси абсцисс. Это и характеризует более резкое изменение параметров качества обработки семян от угла распределительного конуса, поэтому Х и Х образуют сечения в виде эллипса.
Рис. 2. Двумерное сечение поверхности отклика качества протравливания в зависимости от производительности установки и угла а плоскостью ХБХ
Анализ поверхности отклика с помощью двумерных сечений показывает, какое значение действующего вещества (полнота протравливания в %) наносится на семена при различных режимах работы и настройки протравливателя. Например, при производительности установки, равной Ж = 1 т/ч и угле распределительного конуса а = 30°,
качество обработки семян будет равно 93% или при Ж = 3 т/ч и а = 600 качество обработки семян равно 96%.
Из анализа двумерных сечений функции отклика следует, что оптимальным значением угла а образующей распределительного конуса является угол, равный 45о, а производительность протравителя - 3 т/ч.
Литература
1. Агафонова, З.В. Заблаговременное протравливание семян / З.В. Агафонова. -Москва: Россельхозиздат, 1966. - 143 с.
2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий
/ Ю.П. Адлер, ЕВ. Маркова, Ю.П. Грановский. - Москва: Наука, 1976. - 279 с.
3. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. -Москва: Колос, 1973. - 199 с.
Сведения об авторах
Богомягких Владимир Алексеевич - д-р техн. наук, профессор кафедры тракторов и автомобилей Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел. 8(86359)43-6-51.
Серёгин Александр Анатольевич - канд. техн. наук, профессор, проректор по учебной работе Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел. 8(86359)42-1-76.
Опиев Олег Иванович - аспирант Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии. Тел. 8(8472)23-55-81.
Information about the authors
Bogomyagkikh Vladimir Alexeevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the tractors and cars department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51.
Seriogin Alexander Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, professor of the department of theoretical and applied mechanics, prorector of study, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)42-1-76.
Opiev Oleg Ivanovich - postgraduate, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy. Phone: 8(472)23-55-81.
УДК 631.3.012.5.004.5
ОБОСНОВАНИЕ СБАЛАНСИРОВАННОГО СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ МОЩНОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ И МАССОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА
© 2011 г. В.Г. Яровой, Н.В. Сергеев, Л.Ю. Шипик
Показана связь производительности агрегата с тяговым КПД трактора. Предложена зависимость тягового КПД от показателя энергонасыщенности как отношения мощности двигателя к массе трактора. Установлены оптимальные значения этого показателя в заданном интервале рабочих скоростей агрегата.
Ключевые слова: производительность, тяговый КПД, взаимосвязь, оптимизация, мощность двигателя.
The connection of working capacity and tractor propulsive efficiency from power-to-weight ratio as ratio of engine power to tractor mass is offered. The optimum values of this index in given working speed interval of this unit are established.
Key words: working capacity, propulsive efficiency, independency, optimization, engine power.
