Планирование и методика проведения экспериментальных исследований зернометателя барабанного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Планирование и методика проведения экспериментальных исследований зернометателя барабанного типа

С.Н. Шуханов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ

Развитие агропромышленного комплекса предполагает создание средств и технологий, отвечающих современным требованиям. В сельском хозяйстве России ведущая роль принадлежит производству зерновых культур. Особое место в этом ряду занимают машины для послеуборочной обработки зерна. Для первичной обработки зернового вороха, поступающего от комбайнов, зачастую применяются зернометатели.

Установлено, что метатели зерна барабанного типа значительно превосходят по показателям качества работы ленточные, которые применяются в настоящее время [1, 2]. С целью обоснования параметров барабанного зернометателя разработана и создана лабораторная установка (рис.).

Она включает в себя ведущий (1), ведомый барабаны (2), охваченные бесконечной лентой (3), лопастной барабан (4), в котором установлены обре-зиненные лопатки (5), приёмный бункер (6), электродвигатель (7), клиноременную передачу (8), вариатор (9), опорные колёса (10), стойки (11) и раму (12).

Работает установка следующим образом. Зерновой ворох, подлежащий обработке, непрерывным потоком поступает из приёмного бункера во вращающийся лопастной барабан, где он захватывается лопатками и делится на отдельные порции, которые затем по мере вращения барабана укладываются на ленту. Когда лента начинает огибать ведомый барабан, то порции вороха отходят от неё и летят дальше по инерции в окружающую среду. Выбрасывание обрабатываемого материала производится со скоростью, равной движению ленты, и под углом, близким к углу её наклона.

1. Уровни и интервалы варьирования факторов

Фактор Условные обозначения Код Уровни факторов Интервалы варьирования

-1 0 +1

Угол метания, град. Ь х1 15 30 45 15

Угол наклона лопаток в барабане, град. А х2 15 30 45 15

Кол-во лопаток в барабане, шт. N х3 3 6 9 3

2. Матрица полного факторного эксперимента ПФЭ 23

Основные столбцы Вспомогательные столбцы Выход процесса

1 _ _ _ + + + - 4,1 15,3 18,1 12,5

2 - + - - - + + 58,5 59,1 59,2 58,9

3 + - - - + - + 30,4 32,8 33,1 32,1

4 + + - + - - - 93,2 94,4 94,7 94,1

5 - - + + - - + 7,8 12,9 13,2 11,3

6 - + + - + - - 58,0 67,7 68,0 64,5

7 + - + - - + - 63,8 67,0 66,7 65,8

8 + + + + + + + 99,5 99,7 99,5 99,5

Собственно эксперименты были проведены с применением теории планирования эксперимента [3].

На эффективность очистки зерна от примесей при порционном метании влияют такие факторы, как угол метания (Ь), угол наклона лопаток (а) и частота выбрасываемых порций или количество

А-А

Рис. - Лабораторная установка метателя зерна барабанного типа

лопаток в лопастном барабане (и). Самым простым Уровни и интервалы варьирования факторов

планом, обладающим ортогональностью любых приведены в таблице 1.

столбцов независимых переменных, является план Матрица полного факторного эксперимента

полного факторного эксперимента ПФЭ 2П, в ко- представлена в таблице 2.

тором исследуемые параметры изменяются лишь На основании таблицы 2 расчётным путём

на двух уровнях — верхнем и нижнем. Тогда план определяем коэффициенты уравнения регре-

эксперимента будет иметь вид ПФЭ 23. ссии:

N

1 u

Yyu

П u 12,49 + 58,93 + 32,11 + 94,11 +11,3 + 64,54 + 65,82 + 99,53

b0 = — = —-------------— = 54,85;

0 N 8

N

, Ц ^1uYu -12,5 - 58,9 + 32,1 + 94,1 -11,3 - 64,5 + 65,8 + 99,5 lon b1 = —-=---------------— = 18,0;

b2 = -=-^-:-:-i_-:-:-:-l_ = 24,4;

b = u=-=->->->->->->->-= 5,4;

3 N 8

N

/ X1uX2Y

^ u 12,5 - 58,9 - 32,1 + 94,1 +11,3 - 64,5 - 65,8 + 99,5 .

N 8

N X 2uYu u =1 -12,5 + 58,9- - 32,1 + 94,1 -11,3 + 64,5 - 65,8 + 99,5

N 8

N X 3uYu u =1 _ -12,5 - 58,9 - - 32,1 - 94,1 +11,3 + 64,5 + 65,8 + 99,5

b = u=

b2,3 =

N 8

N

У\ X 2uX 3uYu u =1 12,5 - 58,9 + 32,1- - 94,1 -11,3 + 64,5 - 65,8 + 99,5

N 8

N

У\ X1uX 3uYu u=1 12,5 + 58,9 - 32,1 - 94,1 -11,3 - 64,5 + 65,8 + 99,5

b, 3 = -= —г-г-г-г-г-г-г-г- = 4,3;

1,3 N 8

N

/ X1uX2uX3uYu

lu 2u 3u u -12,5 + 58,9 + 32,1 -94,1 +11,3 - 64,5 - 65,8 + 99,5

b12 3 ^-=-^-г-г-г-г-г-г-l_ = -4,4;

u'3 N 8

Уравнение регрессии имеет следующий вид: N m

yv(7 - y 22

Y = ¿0 + ¿Л + V2 + V3 + b12x1x2+ (1) s2 = ^ UK U) = 204,53 = 1278

+ b23x2x3 + b13x1x3 + b 123x1x2x3• S (YK) N(m -1) 8 . 2 , - (2)

Статистическая обработка результатов исследований приведена в таблице 3. Средняя для всего эксперимента дисперсии

Средняя для всего эксперимента оценка дис- воспроизводимости среднего значения выхода в

персии воспроизводимости единичного результата каждой строке будет в m раз меньше дисперсии

при mu = const рассчитывается по формуле: S2(m), т.е.

3. Статистическая обработка результатов исследований

№ (Y1- Y ) (Y2- Y ) (Y3- Y ) (Y1- Y )2 (Y2- Y )2 (Y3- Y )2 2 (Yn- Y )2 S 2 (Y)

1 8,39 2,81 5,59 70,39 7,89 31,24 109,52 54,760

2 0,46 0,19 0,29 0,21 0,03 0,08 0,32 0,160

3 1,71 0,73 0,99 2,92 0,53 0,98 4,43 2,215

4 0,91 0,32 0,61 0,82 0,10 0,37 1,29 0,645

5 3,50 1,64 1,88 12,25 2,68 3,53 18,46 9,230

6 6,54 3,15 3,41 42,77 9,92 11,62 64,31 32,155

7 2,02 1,16 0,88 4,08 1,34 0,77 6,19 3,095

8 0,03 0,12 0,08 0,00 0,01 0,00 0,01 0,005

С2 ^ IЖ) 12,78

Ь (г)=-= —— = 4,26. (3)

т 3

В соответствии с теоремой о дисперсии среднего значения выхода можно записать:

^2№)=^1 = ^ = 0,53, 5№о = 0573. (4)

При I (0,95; 16) = 2,12 доверительная ошибка коэффициентов определяется по критерию Стьюдента:

Х№)= «Р;Л ■ 5(Ь0 = 2,12 • 0,73 = 1,55. (5)

Из всех коэффициентов незначимыми оказались Ъ12 =1,06 <1,55.

Следовательно, дешифрованное уравнение регрессии будет иметь вид:

Е= 54,9 + 18,ОХ + 24,4а + 5,4я - 2,1 ап +

+ 4,ЗХи - АМап. ^ '

Проверка на адекватность.

Промежуточные расчёты представлены в таблице 4.

4. Промежуточные расчёты

N У. (г,

1 12,49 11,43 1,06 1,12

2 58,93 57,87 1,06 1,12

3 32,11 31,05 1,06 1,12

4 94,11 93,05 1,06 1,12

5 11,30 10,24 1,06 1,12

6 64,54 63,48 1,06 1,12

7 65,82 64,76 1,06 1,12

8 99,53 98,47 1,06 1,12

и=\

— гН

У п УП

= 8,96.

V /

Дисперсия неадекватности

■Д - ^ о

<7>

Критерий Фишера

4,26

При вероятности

Р= 0,95,/2= 1 и Л =16, ¥т= 248, Р= 1,07 < ¥т= 248.

Значит, экспериментальные данные полученного уравнения регрессии (6) адекватны.

Из анализа уравнения (6) видно, что наибольшее влияние на эффективность очистки оказывает угол наклона лопатки лопастного барабана порционного метателя, затем угол метания, и самое меньшее воздействие оказывают количество лопаток в данном барабане или частота выбрасываемых порций.

Литература

1. Шуханов С.Н., Рыков И.Г. Совершенствование технических средств для метания зерна // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 4. С. 17-19.

2. Шуханов С.Н., Токмакова А.Л. Обзор конструкций зер-нометательных машин // Вестник ИрГСХА. 2013. № 59. С, 111-115.

3. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.