CC BY
12
Сведения об авторах
Кузнецов Павел Николаевич - старший преподаватель кафедры «Возобновляемые источники энергии и электрические системы и сети», ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» (Российская Федерация). Тел.: +8 (978) 020-99-84. E-mail: pavelnik2@gmail.com.
Юферев Леонид Юрьевич - доктор технических наук, руководитель научного направления «Электрификация сельского хозяйства (ВИЭСХ)», ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.:+8 (499) 171-19-20. E-mail: leouf@ya.ru.
Information about the authors Kuznetsov Pavel Nikolaevich - senior lecturer of the Renewable energy sources and electrical systems and networks department, FSAEI HE «Sevastopol State University» (Russian Federation). Phone: +8 (978) 020-99-84. E-mail: pavelnik2@gmail.com.
Yuferev Leonid Yurievich - Doctor of Technical Sciences, head of the Eelectrification of agriculture scientific depert-ment, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +8 (499) 171-19-20. E-mail: leouf@ya.ru.
УДК 631.354.2.076
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАСОРЁННОСТИ ЗЕРНА НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПАЛЬЦЕВОЙ РЕШЁТКЕ СТРЯСНОЙ ДОСКИ
© 2018 г. Е.Е. Петров
Воздушно-решётная очистка - одна из важнейших систем зерноуборочного комбайна. Установлено, что повысить эффективность технологического процесса сепарации в воздушно-решётной очистке можно за счёт его лучшей организации на пальцевой решётке стрясной доски. Существенными недостатками применяемых в настоящее время пальцевых решёток являются низкое качество технологического процесса сепарации вследствие его низкой организации, а также сложность конструкции. Это обуславливает необходимость проведения исследований и создания пальцевой решётки, обеспечивающей повышение эффективности технологического процесса сепарации. Применение математической теории планирования эксперимента предусматривает нормальный закон распределения параметров, характеризующих качество функционирования пальцевой решётки. Одним из наиболее существенных параметров, характеризующих качество функционирования пальцевой решётки, является коэффициент засорённости зерна. В статье обоснована актуальность определения закона распределения плотности вероятностей значений коэффициента засорённости зерна при его использовании в качестве критерия, характеризующего качество функционирования экспериментальной пальцевой решётки стрясной доски зерноуборочного комбайна. Приведены характеристики условий экспериментального исследования. Обоснованы и описаны состав и свойства приведенного вороха. Приведены значения конструктивных параметров и режимов работы экспериментальной пальцевой решётки. Приведены основные результаты исследований и выполнен их анализ. Сделано заключение о нормальном законе распределения плотности вероятностей значений коэффициента засорённости зерна на экспериментальной пальцевой решётке стрясной доски зерноуборочного комбайна, что позволяет в дальнейших исследованиях использовать математическую теорию планирования экспериментов при использовании этого параметра для характеристики процесса сепарации и других технологических процессов в зерноуборочном комбайне.
Ключевые слова: процесс сепарации, качество функционирования, пальцевая решётка, теория планирования эксперимента, закон распределения.
To improve the efficiency of the process of separation in air-grate cleaning due to its better organization on the finger grate of the friction board. The essential drawbacks of the currently used finger grids are the poor quality of the separation process due to its low organization, as well as the complexity of the design. This makes it necessary to conduct research and create a finger grating, which ensures an increase in the efficiency of the separation process. Application of the mathematical theory of experiment planning, provides for a normal law of distribution of parameters characterizing the quality of the finger grating function. One of the most significant parameters characterizing the quality of the finger grate function is the graininess factor of the grain. The article substantiates the urgency of determining the law of distribution of the probability density of values of the graininess factor of grains, when used as a criterion characterizing the quality of the experimental finger grate operation of a friction board of a combine harvester. The characteristics of experimental research conditions are given. The composition and properties of the reduced heap are justified and described. The values of design parameters and operation modes of the experimental finger grating are given. The main research results are presented and their analysis is performed. A conclusion is made about the normal law of distribution of the density of probabilities of values of the graininess factor of grain in the experimental
finger grate of the friction board of a combine harvester, which allows further research to use the mathematical theory of experiment planning, using this parameter, to characterize the separation process and other technological processes in a combine harvester.
Keywords: separation process, quality of functioning, finger grating, theory of experimental planning, distribution law, grating, theory of experimental planning, distribution law.
Введение. Процесс сепарации на пальцевой решётке стрясной доски - сложное явление, зависящее от множества одновременно действующих факторов. Повысить эффективность исследования можно, используя математическую теорию планирования эксперимента, получившую широкое распространение в ряде областей науки, благодаря работам [1-6].
Однако при исследовании сельскохозяйственных машин она используется ещё недостаточно широко [7-8], что существенно снижает их эффективность. Применение математической теории планирования эксперимента предусматривает нормальный закон распределения параметров, характеризующих качество функционирования пальцевой решётки. Одним из наиболее существенных параметров, характеризующих качество функционирования пальцевой решётки, является коэффициент засорённости зерна. Поэтому определение закона распределения плотности вероятностей коэффициента засорённости зерна является актуальной задачей, решению которой и посвящена данная работа.
Материал и методика исследования. Решение этой задачи производилось постановкой эксперимента на стенде с использованием экспериментальной пальцевой решётки [9].
Условия экспериментального исследования характеризуются составом и свойствами приведенного вороха, конструктивными параметрами и режимами работы экспериментальной пальцевой решётки.
Состав и свойства приведенного вороха были выбраны на основании анализа, выполненного в работе [10], и имели следующие значения. Содержание свободного зерна в приведенном ворохе в процентах по массе принято 77,5 (2,0% из которых - дроблёное); мелкой соломы - 18, а обмолоченных и не обмолоченных колосьев, половы и сора - 4,5. Размеры свободных зёрен, из состава приведенного вороха, по толщине составляли 1,5-3,8 мм; по ширине -1,6-4,0 мм; по длине - 4,2-8,6 мм. Диаметр мелких соломин составлял 3 мм. Соломины длиной 0-40 мм составляли 27% от всей массы мелкой соломы, 40-60 мм - 13%, 60-80 мм -
11%, 80-100 мм - 9%, 100-120 мм - 8%, 120160 мм - 9%, 160-200 мм - 10%, свыше 200 мм - 13%. Масса 1000 зёрен, отсчитанных без выбора из средней выборки, составляла 38,5 г. Влажность приведенного вороха составляла 14%.
Значения конструктивных параметров экспериментальной пальцевой решётки, характеризующие условия эксперимента, были следующие.
Длина 1=500 мм. Шаг установки рабочих элементов 5=20 мм. Ширина щели Ь=8 мм. Угол установки скатов к плоскости решётки 6=45°. Угол установки пальцевой решётки относительно стрясной доски 6=0°.
Значения режимов работы экспериментальной пальцевой решётки были следующие.
Частота колебаний пальцевой решётки п=4,2 с-1. Амплитуда колебаний пальцевой решётки А=35 мм. Скорость воздушного потока, создаваемого вентилятором, У=11 м/с.
Результаты исследования. В результате проведенных экспериментов были получены выборки значений коэффициента засорённости зерна Зпр1, Зпр2, ..., Зпр/ состоящие из 30 наблюдений. Полученные в результате эксперимента данные, после первичной обработки, представлены в таблице.
На основании анализа априорной информации была принята гипотеза о нормальном законе распределения плотности вероятности значений коэффициента засорённости зерна, которая выражается зависимостью
(1)
где 5р - среднеквадратичное отклонение случайной величины р; /лр - оценка математического ожидания случайной величины р. В процессе расчётов вместо /лр принималось р .
Определение параметров эмпирических распределений (см. таблицу) и выравнивание кривых по принятой теоретической плотности, производилось согласно [11].
Статистические характеристики коэффициента засорённости зерна
Интервал Эмпирическая частота, т\ Теоретическая частота, т\'
№ Граница Середина
Нижняя Верхняя
1 1,34890 1,34924 1,34907 1 1,14
2 1,34924 1,34959 1,34941 3 3,13
3 1,34959 1,34993 1,34976 6 5,82
4 1,34993 1,35027 1,35010 8 7,39
5 1,35027 1,35061 1,35044 6 6,39
6 1,35061 1,35096 1,35079 4 3,77
7 1,35096 1,35130 1,35113 2 1,52
Сумма 30 29,157
Графики эмпирических и теоретических плотностей вероятностей распределений зна-
чений коэффициента засорённости зерна представлены на рисунке.
Графики эмпирической и теоретической плотностей вероятностей распределений значений коэффициента засорённости зерна
Для проверки согласованности плотностей вероятностей распределения, полученных по данным выборки с теоретической плотности, использовался критерий согласия Пирсона х2 [12], являющийся наиболее состоятельным при большом числе наблюдений. Его состоятельность заключается в том, что он почти всегда определяет неверную гипотезу и обеспечивает минимальную ошибку в принятии неверной гипотезы по сравнению с другими критериями.
Область принятия гипотезы определялась неравенством
Расчётное значение критерия Пирсона определялось по формуле
, 2
к
Хр ^
т -т
2 ^ 2 X п XКП '
(2)
где %2 - расчётное значение критерия Пирсона;
^-критическоезначение критерия Пирсона.
(3)
¿=1 Щ
и для коэффициента засорённости зерна Х% =0,234.
* У^спр
Число степеней свободы для критического значения критерия Пирсона
/п=К-г-1 (4)
где ки - количество интервалов, на которые делится выборка;
Гкп - количество параметров теоретической функции распределения. Так как нормальный закон распределения двухпа-раметрический, то Гкп=2.
При исследовании закона распределения плотности вероятности значений коэффициента засорённости зерна было принято следующее критическое значение критерия Пирсона:
4=0,711.
Так как расчётное значение критерия Пирсона меньше критического, при уровне значимости 6=0,05, то гипотеза о нормальном законе распределения плотности вероятности значений коэффициента засорённости зерна принималась.
Вывод. На основании проведенного исследования можно сделать заключение о нормальном законе распределения плотности вероятностей значений коэффициента засорённости зерна на пальцевой решётке стрясной доски зерноуборочного комбайна, что позволяет в дальнейших исследованиях применять математическую теорию планирования экспериментов при использовании этого параметра для характеристики процесса сепарации и других процессов в зерноуборочном комбайне.
Литература
1. Лимаренко, Н.В. Исследование параметров магнитного поля в рабочей камере индуктора / Н.В. Лимаренко // Вестник Донского гос. техн. ун-та. - 2016. - № 1. -С. 136-142.
2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
3. Вознесенский, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / В.А. Вознесенский. - М.: Статистика, 1974. - 192 с.
4. Маркова, Е.В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента / Е.В. Маркова, А.В. Ли-сенков. - М.: Наука, 1979. - 345 с.
5. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, Н.А. Чернова. - М.: Наука, 1965. - 340 с.
6. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер. - М.: Мир, 1977. - 552 с.
7. Лимаренко, Н.В. Определение закона распределения плотности вероятностей удельной электрической энергоёмкости при обеззараживании стоков агропромышленного комплекса / Н.В. Лимаренко // Известия вузов. Пищевая технология. - 2017. - № 2. - С. 118-121.
8. Лимаренко, Н.В. Определение закона распределения плотности вероятностей числа колониеобра-зующих единиц в технологическом процессе обеззараживания стоков животноводческих ферм / Н.В. Лимаренко, В.П. Жаров // Вестник Донского гос. техн. ун-та. - 2017. -Т. 16. - № 2. - С. 136-140.
9. Пат. 178042 РФ, МПК А0^ 12/44, А0Ю 41/12. Пальцевая решётка стрясной доски / Петров Е.Е., Бутов-
ченко А.В., Шаповал Б.Г.; заявитель и патентообладатель Донской государственный технический университет. -№ 2017143933; заявл. 15.12.2017; опубл. 21.03.2018, Бюл. № 9. - 7 с.: ил.
10. Петров, Е.Е. Обоснование состава и свойств вороха, поступающего со стрясной доски на пальцевую решётку, при моделировании процесса сепарации в лабораторных условиях / Е.Е. Петров, А.В. Бутовченко, Б.Г. Шаповал // Материалы 11-й Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения». -Ростов-на-Дону, 2018. - С. 20-22.
11. Методика статистической обработки эмпирических данных // Руководящие технические материалы. -М.: Стандартгиз, 1966. - 100 с.
12. Бендат, Д. Измерение и анализ случайных процессов / Д. Бендат, А. Пирсол. - М.: Мир, 1974. - 464 с.
References
1. Limarenko N.V. Issledovanie parametrov magnit-nogo polja v rabochej kamere induktora [Investigation of the parameters of the magnetic field in the working chamber of the inductor], Vestnik Don. gos. tehn. un-ta, 2016, No 1, pp. 136-142.
2. Adler Ju.P., Markova E.V., Granovskij Ju.V. Plani-rovanie jeksperimenta pri poiske optimal'nyh uslovij [Planning an experiment when searching for optimal conditions], M., Nauka, 1976, 280 p.
3. Voznesenskij V.A. Statisticheskie metody planiro-vanija jeksperimenta v tehniko-jekonomicheskih issledovani-jah [Statistical methods of experiment planning in technical and economic studies], M., Statistika, 1974, 192 p.
4. Markova E.B., Lisenkov A.V. Kombinatornye plany v zadachah mnogofaktornogo jeksperimenta [Combinatorial Plans in Multivariate Experiment Problems], M., Nauka, 1979, 345 p.
5. Nalimov V.V., Chernova N.A. Statisticheskie meto-dy planirovanija jekstremal'nyh jeksperimentov [Statistical Methods for Planning Extreme Experiments], M., Nauka, 1965, 340 p.
6. Hartman K., Leckij Je., Shefer V. Planirovanie jeksperimenta v issledovanii tehnologicheskih processov [Planning an experiment in the study of technological processes], M., Mir, 1977, 552 p.
7. Limarenko N.V. Opredelenie zakona raspredelenija plotnosti verojatnostej udel'noj jelektricheskoj jenergojomkosti pri obezzarazhivanii stokov agropromyshlennogo kompleksa [Determination of the law of distribution of the density of probabilities of specific electric power consumption during decontamination of agro-industrial complex effluents], Izves-tija vuzov, Pishhevaja tehnologija, 2017, No 2, pp. 118-121.
8. Limarenko N.V., Zharov V.P. Opredelenie zakona raspredelenija plotnosti verojatnostej chisla kolonieobrazu-jushhih edinic v tehnologicheskom processe obezzarazhivani-ja stokov zhivotnovodcheskih ferm [Determination of the law of distribution of the probability density of the number of colony-forming units in the process of decontamination of livestock farm effluents], Vestnik Don. gos. tehn. un-ta, 2017, T. 16, No 2, pp. 136-140.
9. Pat. 178042 RF, MPK A01F 12/44, A01D 41/12. Pal'cevaja reshjotka strjasnoj doski [Finger grate board], Bjul. No 9, 7 p.
10. Petrov E.E., Butovchenko A.V., Shapoval B.G. Obosnovanie sostava i svojstv voroha, postupajushhego so strjasnoj doski na pal'cevuju reshjotku, pri modelirovanii processa separacii v laboratornyh uslovijah [Justification of the composition and properties of the heap arriving from the striking board to the finger grid, when modeling the separation process in the laboratory], Materialy 11 Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Sostojanie i perspektivy
razvitija sel'skohozjajstvennogo mashinostroenija», Rostov-on-Don, 2018, pp. 20-22.
11. Metodika statisticheskoj obrabotki jempiricheskih dannyh [The method of statistical processing of empirical data], Rukovodjashhie tehnicheskie materialy, M., Standart-giz, 1966, 100 p.
12. Bendat D., Pirsol A. Izmerenie i analiz sluchajnyh processov [Measurement and analysis of random processes], M., Mir, 1974, 464 p.
Сведения об авторе
Петров Евгений Евгеньевич - аспирант кафедры «Проектирование и технический сервис транспортно-технологических систем», ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация). Тел.: +7(904)-504-33-99. E-mail: patka4@mail.ru.
Information about the author Petrov Evgeny Evgenievich - postgraduate student of the Designing and technical service of transport-technological systems department, FSBEI HE «Don State Technical University» (Rostov-on-Don, Russian Federation). Tel.: +7(904)-504-33-99. E-mail: patka4@mail.ru.
УДК 631.372
РАЗРАБОТКА И КОМПЛЕКТОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МТА
© 2018 г. А.Г. Арженовский
Теории двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин в значительной степени развиваются самостоятельно, и каждая из них рассматривает лишь некоторые вопросы теории агрегатов. Между тем сельскохозяйственные работы могут выполняться только машинно-тракторным агрегатом (МТА). Каждая из частей МТА обладает своими энергетическими характеристиками, сочетание которых и создает тот или иной режим его работы. В связи с этим вопросы качественной эксплуатации МТА можно решить только при рассмотрении взаимодействия всех трех основных его частей. Однако определение параметров, характеризующих динамические и экономические качества МТА, требует дорогостоящего оборудования (тормозной стенд, динамометрическая лаборатория, тензометрическое звено для динамометриро-вания и т.д.), а также существенных затрат средств и времени на подготовку и проведение. Это обуславливает выполнение данных работ лишь в условиях машиноиспытательных станций. В связи с этим разработка методов и средств определения динамических и топливно-экономических показателей МТА, приемлемых не только для машиноиспытательных станций, но и для конкретных хозяйств, является весьма актуальной и представляет значительный интерес. В АЧИИ разработаны оперативные методы определения динамических и топливно-экономических показателей двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин, основанные на анализе параметров переходных (динамических) режимов разгона при мгновенном увеличении подачи топлива. Целью работы является разработка и комплектование измерительно-вычислительного комплекса, позволяющего определять динамические и топливно-экономические показатели двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин. В исследовании представлены технические, аппаратные и программные средства, позволяющие фиксировать, обрабатывать и анализировать параметры переходных режимов разгона элементов МТА при мгновенном увеличении подачи топлива в эксплуатационных условиях.
Ключевые слова: измерительно-вычислительный комплекс, переходный режим, двигатель, трактор, сельскохозяйственная машина, машинно-тракторный агрегат, динамические качества, топливно-экономические показатели, тяговое сопротивление.
The theories of engine, tractor and agricultural machinery are largely developed independently and each of them considers only some questions of the theory of aggregates. Meanwhile, agricultural work can only be carried out by the machine-tractor unit (MTA). Each part of the MTA has its own energy characteristics, the combination of which creates a particular mode of ope-ration. In this regard, the issues of high-quality operation of the MTA can be solved only by considering the interaction of all three main parts. However, the definition of the parameters describing the dynamic and economic quality of MTA requires expensive equipment (brake tester, dynamometer laboratory, the strain gauge unit to dynamometrical, etc.), as well as a significant amount of time and money to prepare and conduct. It causes performance of these works only in the conditions of machine-testing stations. In this regard, the development of methods and tools for determining the dynamic and fuel-economic indicators of the MTA, acceptable not only for testing stations, but also for specific farms, is very relevant and of considerable interest. The
