CC BY
34
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.354.2
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДОМОЛАЧИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА КОЛОСОВОГО ВОРОХА КОМБАЙНА ДОН - 1500Б
А.И. Ряднов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор С.В. Тронев, кандидат технических наук, доцент А.И. Стенковой, аспирант
ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Проведена оптимизация конструктивных параметров измененной конструкции домолачивающего устройства колосового вороха комбайна Дон - 1500Б, состоящая в усовершенствованной противорежущей пластине и установленным вариатором регулирования частоты вращения вала домолачивающего устройства. Представлены основные факторы, их уровни и интервалы варьирования.
Ключевые слова: оптимизация, домолачивающее устройство.
При разработке и усовершенствовании узлов и систем зерноуборочного комбайна важно иметь оптимальные значения их конструктивных и технологических параметров.
Нами усовершенствована конструкция домолачивающего устройства колосового вороха зерноуборочного комбайна Дон - 1500Б [4]. При проведении экспериментальных исследований выбраны факторы, влияющие на дробление Д и вымолот В зерна озимой пшеницы и ячменя домолачивающим устройством.
Фактор XI - зазор в домолачивающем устройстве на входе. Зазор устанавливаем по статистическим значениям диаметра колоса. Нижний уровень будет равен 10 мм, а верхний - 16 мм. При этом основной уровень фактора XI равен - 13 мм.
Фактор хг - зазор в домолачивающем устройстве на выходе. С целью исключения дробления зерна на выходе из домолачивающего устройства основной уровень фактора выбираем равным 4 мм, нижний 2 мм. Верхнее значение фактора хг будет равным 6 мм, при интервале варьирования фактора - 2 мм. Уровни варьирования фактора хг выбраны из статистических значений размеров зерна озимой пшеницы и ячменя.
Фактор хз - частота вращения вала домолачивающего устройства. За основной уровень частоты вращения вала домолачивающего устройства заводской конструкции принимаем 1300 мин."1, обычно используемого в комбайнах этого типа, верхнее значение при интервале варьирования - 300 мин."1, составит 1600 мин."1, а нижний -1000 мин."1
Фактор Х4 - шаг зубьев. Основной уровень фактора Х4 выбран равным 30 мм, нижний уровень - 20 мм, верхний - 40 мм, при интервале варьирования фактора - 10 мм. Значения верхнего и нижнего уровней выбраны по геометрическим размерам домолачивающего устройства.
Таким образом, всем выбранным факторам назначены уровни (основной, нижний и верхний) и интервал варьирования. Значение факторов на всех уровнях заключены внутри области определения соответствующего фактора и реализованы в процессе постановки экспериментов независимо друг от друга. Перечень факторов и уровни их варьирования представлены в таблица 1.
На основании экспериментальных данных по предложенной программе [2] рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии.
Значимость коэффициентов уравнения оценивалась по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты удалялись и выполнялся повторный расчет коэффициентов регрессионной модели [2].
Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Факторы Уровни фактора Интервал варьирования, в
0 -1 +1
хі - зазор в домолачивающем устройстве на входе, мм 13 10 16 3
х2 - зазор в домолачивающем устройстве на выходе, мм 4 2 6 2
х3 - частота вращения вала домолачивающего устройства, мин."1 1300 1000 1600 300
Х4 - шаг зубьев, мм 30 20 40 10
В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
Дозп=0,264-0,0к[ -0,04с2 +0,025с3 +0,02>с4 -0£)01х1х2 +0,005С[Х3 -0<д01х1хл + +0,005с2х3-0,001с2х4+0,005(^х4+0,01бГ[2+0,036^2+0,02кз+О.ОІ6С4 Дяч =0,228-0,009^ -0,034с2 +0,028г3 +0,018г4 -0,006qx2 +0,002С[Х3 -0,008Г[Х4 + +0,004с2х3-0,006г2х4+0,004^х4+0,01 к[2+0,036г2+0,024Сз+0,014с4 Возп =96,39-1,3к-! -2,98х2 +З,86х3 + 1,69х4 -0,64х,х2 + 0,3 1х,х3 -0,59х,х4 +
+ 0,26х2х3 -0,52г2х4 +0,08х3х4 -0,98лу -3,91х2 -4,76г3 -2,18х4
,(3)
Вяч =96,35-1,13х1 -2,51х2 +З,62х3 +1,84х4 -0,74х,х2 + 0,3 х3 -0,59х,х4 +
+ 0,26х2х3 - 0,59х2х4 +0,16х3х4 +0,71х12 -3,54х2 -4,96х3 -2,19г4
Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера [3].
Во всех случаях Бі
0,05
> Б (здесь Р0,05 = 2,1646 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5 % [1]) (таблица 2). Рассмотренные примеры математической модели адекватны результатам эксперимента.
С помощью предложенной программы [2] были определены оптимальные значения факторов (таблица 3).
Таблица 2 - Результаты расчетов 82д и 82(у), а также исследования
изменения потерь Б
Вид культуры Дробление Вымолот
Б Я2 йад 82(у) Б Я2 йад 82(у)
Озимая пшеница 0,547744 0,001400 0,002557 0,475939 0,090617 0,190396
Ячмень 0,340000 0,001210 0,003560 0,378014 0,166427 0,440266
Для анализа и систематизации полученные математические модели второго порядка привели к типовой канонической форме.
В результате расчетов, проведенных на ЭВМ, получены коэффициенты регрессии в канонической форме и значения критерия оптимизации в оптимальной точке
Таблица 3 - Оптимальные значения факторов
Фактор Исследование изменения вымолота Исследование изменения дробления
Озимая пшеница Ячмень Озимая пшеница Ячмень
-0.41 -0.41 0,6 0.65
XI 11,77 11,77 14,8 14,95
-0.39 -0.38 0.51 0.42
Х2 3,22 3,24 5,02 4,84
0.42 0.38 -0.52 -0.49
Хз 1426 1414 1144 1153
0.42 0.46 -0.52 -0.6
Х4 34,2 34,6 24,8 24
ГДм„ - 0,24 = 0,014Х2 + 0,038Х22 + 0,02IX2 + 0,016Х2, (5)
¥Д яч - 0,209 = 0,01Х2 + 0,038Х2 + 0,023Х2 + 0,014Х2, (6)
Коэффициенты при квадратных членах имеют положительные знаки, поверхности откликов, описанные уравнениями (5) и (6), представляют не что иное, как четырехмерные параболоиды, ветви которых направлены вверх с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
(7)
(8)
Коэффициенты при квадратных членах имеют отрицательные знаки, поверхности откликов, описанные уравнениями (7) и (8), представляют не что иное, как четырехмерные параболоиды, ветви которых направлены вниз с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.
Для определения оптимальных конструктивных и кинематических параметров домолачивающего устройства необходимо решить компромиссную задачу с помощью двумерных сечений.
В качестве основного критерия оптимизации был принят вымолот зерна озимой пшеницы.
Дополнительными критериями оптимизации были взяты вымолот зерна ячменя, дробления зерна озимой пшеницы и ячменя.
При этом решали компромиссную задачу, в которой требовалось найти значения факторов, дающих максимальный вымолот зерна озимой пшеницы при значениях вымолота зерна ячменя, дробления озимой пшеницы и ячменя на допустимом уровне.
При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (1), (2), (3) и (4) относительно факторов, зазор в домолачивающем устройстве на входе (Х1) и зазор в домолачивающем устройстве на выходе (хг) прочие факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации, хз = 0,42 и Х4 = 0,42.
Произведены расчеты и графически представлены на рисунке 1.
Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что поверхности откликов имеют общую зону оптимума.
Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: XI = - 0,4...- 0,2 и х2 = - 0,4...- 0,2.
При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнениям регрессии (1), (2), (3) и (4) относительно зазора в домолачивающем устройстве на входе (Х1) и частоты вращения вала домолачивающего устройства (хз) прочие факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации х2 = - 0,39 и Х4 = 0,42.
Результаты расчетов графически представлены на рисунке 2.
Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что поверхности откликов имеют общую зону оптимума.
Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: Х1 = - 0,4...- 0,2 их3= 0,2...0,4.
Аналогично произведены расчеты и представлены следующие оптимальные значения факторов: XI = - 0,4...- 0,2 и Х4 = 0,2...0,4, хг = -
0,4...- 0,2 и х3 = 0,2...0,4, х2 = - 0,4...- 0,2 и х4= 0,2...0,4, х3 = 0,2...0,4 и Х4= 0,2.. .0,4.
Для того чтобы вымолот зерна озимой пшеницы был максимальным, могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: XI = - 0,4...- 0,2 (11,8... 12,4 мм), х2 = - 0,4...- 0,2 (3,2... 3,6 мм), х3= 0,2.. .0,4 (1360... 1420 мин1), Х4= 0,2.. .0,4 (32 .. .34 мм).
Таким образом, с помощью двумерных сечений была решена компромиссная задача, то есть определены оптимальные значения факторов, дающих максимальный вымолот озимой пшеницы при удовлетворительных значениях вымолота ячменя, дробления зерна озимой пшеницы и ячменя.
Рисунок 1 - Двумерное сечение для изучения факторов XI и х2 при х3 = 0,42 и Х4 = 0,42 на вымолот зерна озимой пшеницы Возп, ячменя Вяч и дробления зерна озимой пшеницы Дозп, ячменя Дяч
Рисунок 2 - Двумерное сечение для изучения факторов XI и х3 при х2 = -0,39 и Х4= 0,42 на вымолот зерна ОЗИМОЙ пшеницы Возп, ячменя Вяч И дробления зерна озимой пшеницы Дозг ячменя Д и
Библиографический список
1. Вентцель, Е.С. Теория вероятности и ее инженерное приложение [Текст] / Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров - М.: Наука, 1988. - 480 с.
2. Дегтярев, Ю.П. Регрессионный анализ на ПЭВМ [Текст] / Ю.П. Дегтярев, А.И. Филатов//Труды Волгоградского СХИ. - Волгоград, 1992.-С. 128-131.
3. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях с.-х. процессов [Текст] / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин- JL: Колос, 1980. - 168 с.
4. Ряднов, А.И. Повышение пропускной способности домолачивающего устройства колосового вороха комбайна Дон-1500Б [Текст] / А.И. Ряднов, С.В. Тронев, А.П. Стенковой // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2011. -№ 1(21). - С. 172-178.
E-mail: stenkovoi.leha@vandex.ru
