CC BY
68
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.354.2
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ «КЛАССИЧЕСКОЙ» МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩЕЙ
СИСТЕМЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА
В.Е.Бердышев, кандидат технических наук, профессор
Департамент кадровой политики и образования Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Проведен регрессионный анализ степени влияния шести конструктивнотехнологических факторов на работу молотильно-сепарирующей системы зерноуборочного комбайна «классического» типа. Критериями оптимизации приняты потери и дробление зерна при обмолоте озимой пшеницы. Для определения оптимальных параметров входных факторов решена компромиссная задача с помощью двумерных сечений.
Ключевые слова: оптимизация,зерноуборочный комбайн, потери и
дробления зерна, молотильно-сепарирующая система.
Для оптимизации конструктивно-технологических параметров молотильно-сепарирующей системы «классического» зерноуборочного комбайна была использована полноразмерная лабораторная установка, разработанная с участием автора инженером А.П.Гусевым [3], с параметрами, соответствующими параметрам зерноуборочного комбайна Дон-1500Б. Исследования проводили на обмолоте озимой пшеницы. Для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 6-ти факторного эксперимента.
Получение уравнений регрессии связано с большими затратами времени и средств [3, 4, 7, 8] . Массив данных, полученных в этой работе, настолько велик, что обычные традиционные расчеты оказываются неприемлемыми. Поэтому для реализации представленных методик разработаны программы [4] и все последующие расчеты проводили на ПЭВМ типа ІВМ.
Для классической схемы обмолота выбраны уровни входных факторов, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Факторы Уровни фактора Интервал варьирова ния, 8
0 -1 +1
х1 - приведенная подача в МСУ, кг/с 6 4 8 2
х2 - зазор на выходе из молотильного барабана, мм 4 2 6 2
х3 - частота вращения молотильного барабана, мин -1 1050 900 1200 150
х4 - живое сечение подбарабанья 0,6 0,4 0,8 0,2
х5 - соломистость хлебной массы 1,2 0,9 1,5 0,3
х6 - влажность хлебной массы, % 13 10 16 3
Критериями оптимизации приняты потери П и дробление Д зерна [2].
Из проведенных предварительных экспериментов и расчетов были получены уравнения регрессии:
П1 = 1,24 + 0,16х1 + 0,021х2 - 0,02х3 + 0,01х2х3, (1)
П2 = 1,00 + 0,06х4 + 0,01х5 + 0,02х6 - 0,01х4х5 + 0,01х4х6 + 0,01х5х6, (2) Д1 = 1,85 -0,16х1 +0,04х2 +0,23х3 -0,01х1х2 +0,01х1х3 +0,02х2х3 - 0,01х1х2х3,
(3)
Д2 = 1,61 - 0,15х4 - 0,04х5 + 0,02х6 + 0,01х4х6 + 0,01х5х6. (4)
Из уравнений регрессии следует, что факторы х1, х2, х3, х4, х5, х6 являются значимыми.
На основании экспериментальных данных рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии. Значимость коэффициентов уравнения оценивалась по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты удаляли и выполняли повторный расчет коэффициентов регрессионной модели [4]. В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
П = 0,374+0,172x1 +0,207х, _ 0,098хз + 0,061х4 + 0,011х5 + 0,019х6 + + 0,002х1 х2 + 0,008х1 х3 - 0,004х1 х4 + 0,001х1 х5 + 0,008х1 х6 + 0,004х2х3 -
- 0,01х2х4 + 0,01х2х5 - 0,013х2х6 - 0,002х3х4 + 0,001х3х5 + 0,008х3х6 - (5)
- 0,008*4 х5 + 0,009х4 хб + 0,006х5 х6 + 0,295х1 + 0,329х2 + 0,246х3 +
+ 0,275х42 + 0,166х52 + 0,187х62
Д = 0,844-0,152х1 + 0,028х2 + 0,232х3 - 0,149х4 - 0,016х5 + 0,016х6 +
+ 0,002х1 х2 + 0,006х1х3 + 0,002х1х4 - 0,001х1 х5 + 0,011х1 х6 + 0,003х2х3 -
- 0,005х2х4 + 0,007х2х5 - 0,01х2х6 + 0,001х3х4 + 0,001х3х5 + 0,011х3х6 - (6)
- 0,007х4 х5 + 0,003х4 х6 + 0,009х5 х6 + 0,187х12 + 0,427х^ + 0,383х32 +
+ 0,215х2 + 0,192х52 + 0,3 7х2
Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера [1]. Получено, что при исследовании изменения потерь Fп =
0,6923 и Fд = 0,9871. Во всех случаях F0.05>F (здесь F0.05=2,1646 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5% [1]). Таким образом,
Рисунок - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 их2 на потери П дробление Д зерна при х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04
Для анализа полученные математические модели второго порядка привели к типовой канонической форме.
Уравнения регрессии, представленные в канонической форме, имеют вид:
УП -0,28 = 0,295Х2 + 0,33Х22 + 0,246Х32 + 0,275Х42 + 0,165Х52 + 0,187Х62, (7)
уд -0,79 = 0,29Х22 + 0,428Х22 + 0,384Х32 + 0,215Х42 + 0,193Х52 + 0,369Х62, (8)
Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют положительные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнениями (7) и (8), представляют не что иное, как шестимерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов. Для определения оптимальных геометрических и кинематических параметров необходимо решить компромиссную задачу с помощью двумерных сечений, при этом находили значения факторов, дающих минимальные потери зерна при допустимом уровне дробления. Основной критерий оптимизации - минимальные потери зерна П. Дополнительный критерий оптимизации - дробление зерна Д.
Таблица 2 - Анализ двумерных сечений поверхности отклика по уравнениям _________________________________регрессии_________________________________
№ п/п Значения фиксированных факторов Изменяемые факторы и их оптимальные значения
1 х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04 х1= - 0,2...-0,1; х2 = - 0,3.- 0,2
2 х2 = - 0,31; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04 х1= - 0,2.- 0,1; х3 = - 0,1.0
3 4 ; ,0 о" <Э 1 = = 3 6 хх сч" ГО О - -= = 2 5 хх х1= - 0,2.- 0,1; х4 = + 0,1.+ 0,2
4 х2 = - 0,31; х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х6 = - 0,04 х1= - 0,2.- 0,1; х5 = 0.+ 0,1
5 х2 = - 0,31; х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02 х1= - 0,2.- 0,1; х6 = 0.+ 0,1
6 х1 = - 0,29; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04 х2 = - 0,3.- 0,2; х3 = - 0,1.0
7 х1 = - 0,29; х3 = 0,2; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04 х2 = - 0,3.- 0,2; х4 = + 0,1.+ 0,2
8 х1 = - 0,29; х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х6 = - 0,04 х2 = - 0,3.- 0,2; х5 = 0.+ 0,1
9 х1 = - 0,29; х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02 х2 = - 0,3.- 0,2; х6 = 0.+ 0,1
10 х1 = - 0,29; х2 = - 0,31; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04 х3= - 0,1.0; х4 = + 0,1.+ 0,2
11 х1 = - 0,29; х2 = - 0,31; х4 = - 0,11; х6 = - 0,04 х3= - 0,1.0; х5 = 0.+ 0,1
12 х1 = - 0,29; х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02 х3= - 0,1.0; х6 = 0.+ 0,1
13 х1 = - 0,29; х2 = - 0,31; х3 = 0,2; х6 = - 0,04 х4= + 0,1.+ 0,2; х5 = 0.+ 0,1
14 х1 = - 0,29; х2 = - 0,31; х3 = 0,2; х5 = - 0,02 х4= + 0,1.+ 0,2; х6 = 0.+ 0,1
15 х1 = - 0,29; х2 = - 0,31; х3 = 0,2; х4 = - 0,11 х5= 0.+ 0,1; х6 = 0.+ 0,1
Например, при рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнениям регрессии относительно факторов (х1) и (х2) факторы (х3, х4, х5, х6)
фиксировался на уровне, оптимальном по основному критерию оптимизации (рис.1): х3 = 0,2; х4 = - 0,11; х5 = - 0,02; х6 = - 0,04. Получены следующие оптимальные значения факторов: xi= - 0,2.- 0,1 и х2 = - 0,3.- 0,2.
Анализ двумерных сечений показал, что поверхности откликов имеют общую зону оптимума. Результаты анализа приведены в табл.2.
Для того, чтобы потери зерна были минимальными, необходимо принять следующие оптимальные значения факторов:
Приведенная подача хлебной массы в МСУ 6,2.6,4 кг/с.
Зазор на выходе из молотильного барабана 3,6.. .3,8 мм.
Частота вращения молотильного барабана 1080.1095 мин -1.
Живое сечение подбарабанья 0,52.0,54.
Соломистость хлебной массы 1,2.1,23.
Влажность хлебной массы 13.13,3%.
При этом дробление зерна составит 0,86.0,9 %, а потери зерна - 0,34.0,37 %. Таким образом, с помощью двумерных сечений была решена компромиссная задача, то есть, определены оптимальные значения входных факторов.
Учитывая, что полученные оптимальные значения потерь и дробления зерна значительно ниже допустимых, можно сделать вывод, что комбайн Дон-1500Б может работать и при более высоких загрузках молотильно-сепарирующей системы. Допустимая приведенная подача (пропускную способность) определяется при оптимальных регулировочных параметрах и фактических условиях работы однофакторным экспериментом (потери и дробление в функции подачи).
Библиографический список
1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст]/ Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - Изд-е второе, перераб. и доп. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
2. Бердышев, В.Е. Комплексный показатель качества работы зерноуборочного комбайна [Текст]/ В.Е. Бердышев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - №2 (18). - С.142-148.
3. Бердышев, В.Е. Методология оценки качества функционирования зерноуборочных комбайнов [Текст] / В.Е. Бердышев //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2011. - Т.76. - №2. - С. 85-89.
4. Бердышев, В.Е. Теоретическое определение комплексного показателя эффективности работы зерноуборочных комбайнов [Текст] /В.Е. Бердышев //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 3 (19). - С. 168-172.
5. Гусев, А.П. Обоснование параметров комбинированного
соломоотделителя[Текст] : автореф. дис. канд. / А.П. Гусев. - Москва,1990.
6. Дегтярев, Ю.П. Регрессионный анализ на ПЭВМ [Текст]/ Ю.П. Дегтярев, А.И. Филатов //Сб. научн. Тр. Волгогр. СХИ. - Волгоград, 1992. - С. 128-131.
7. Ряднов, А.И. Метод выбора эффективной технологии уборки сельскохозяйственных культур [Текст]/ А.И Ряднов, Р.В. Шарипов //Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. - 2004. - №8. - С.26-28.
8. Цепляев, А.Н. Теоретическое определение скоростей семян подсолнечника и примесей при разделении вороха на роторно-воздушном сепараторе [Текст]/А.Н. Цепляев, М.А. Перепелкин// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - №3 (15). - С. 123-129.
E-mail: volgau@volgau.com
