CC BY
5
XXXXXXXXXXX технологии, машины и оборудование XXXXXXXXXXX
VWWVV^^^^ ппя дгрппрпммшпрннпю кпмппркгд
Научная статья УДК 631.361
DOI: 10.24412/2227-9407-2022-12-18-30
Результаты отсеивающего эксперимента по обмолоту лент льнотресты в линии первичной переработки устройством с эластичным рабочим органом
Виталий Анатольевич Левчук1, Максим Васильевич Симонов2, Сергей Владимирович Курзенков3, Максим Валерьевич Цайц4в
1 3 4 Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, Горки, Беларусь
2 Вятский государственный университет, Киров, Россия 1 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7858-1237
[email protected], https://orcid.org/0000-0003-3805-9246 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2673-9666 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0890-9908
Аннотация
Введение. Внедрение в Республике Беларусь заводской технологии уборки льна-долгунца позволяет начать уборочный период на 12 дней раньше, снизить энергозатраты за счет сокращения технологических операций, проводимых в поле (очес коробочек, обмолот вороха и транспортировка). Результаты оценки эффективности обмолота льносемян по заводской технологии на российских и белорусских предприятиях по первичной обработке льна, применяющих оборудование западноевропейского производства, показало, что технология получения урожая льносемян в технологической линии выработки длинного волокна практически не применяется по причинам повреждения стеблей (до 6 %), отхода стеблей в путанину (до 8 %), высокой повреждаемостью семян (до 3 %) и образования намоток на рабочий орган. Вместе с тем в Республике Беларусь на девяти льнозаводах установлены линии первичной переработки льна иностранного производства. С целью повышения эффективности отделения семян в линии первичной переработки была предложена конструкция устройства, позволяющая с минимальными материальными затратами усовершенствовать серийно установленный очесывающий аппарат.
Материалы и методы. Построение ранжированного ряда факторов по их доле, вносимой в дисперсию критерия оптимизации, производили в две стадии. Вначале проводили серию опытов по специально составленной матрице, а затем строили диаграммы рассеяния для визуальной оценки степени влияния того или иного фактора и оценивали ее количественно. Разработанное обмолачивающее устройство с эластичным рабочим органом и декой устанавливалось в камеру обмолота линии первичной переработки льна Van Dommele. В обмолачивающем устройстве были предусмотрены возможности регулирования исследуемых параметров. Результаты и обсуждение. По результатам проведенных исследований построены диаграммы рассеяния факторов, а также их парных сочетаний, влияющих на степень обмолота. Анализ диаграмм рассеяния позволил выявить факторы, наиболее влияющие на степень обмолота: скорость подачи ленты льнотресты, частота вращения рабочего органа, зазор между бичом и декой, а также парное сочетание скорости подачи ленты льна и частота вращения рабочего органа. Оценку значимости факторов выполняли по критерию Стьюдента. Заключение. В результате проведения отсеивающего эксперимента и обработки опытных данных установлено, что с вероятностью 95 % скорость подачи ленты льна в диапазоне 1,2...2,0 м/с и частота вращения рабочего органа в диапазоне 1,7.3,3 об/с являются значимыми факторами, рациональные значения которых могут быть определены в ходе многофакторного эксперимента. Корректировка результатов отсеивающих экспериментов позволила выделить еще один значимый фактор - зазор между бичом и декой в диапазоне 0,01. 0,03 м.
(© Левчук В. А., Симонов М. В., Курзенков С. В., Цайц М. В., 2022
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ ХХХХХХХХХХХ для агропромышленного комплекса ХХХХХХХХХХХ
Ключевые слова, бич, дека, заводской обмолот, лен, линия первичной переработки, отсеивающий эксперимент
Для цитирования: Левчук В. А., Симонов М. В., Курзенков С. В., Цайц М. В. Результаты отсеивающего эксперимента по обмолоту лент льнотресты в линии первичной переработки устройством с эластичным рабочим органом // Вестник НГИЭИ. 2022. № 12 (139). С. 18-30. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-12-18-30
The results of a screening experiment on threshing flax strips in the primary processing line by a device with an elastic working body
Vitaliy A. Levchuk1, Maxim V. Simonov2, Sergey V. Kurzenkov3, Maxim V. Tsaits
1 3 4 Belarusian State Agricultural Academy, Gorki, Belarus
2 Vyatka State University, Kirov, Russia
1 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7858-1237 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3805-9246 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2673-9666 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0890-9908
Abstract
Introduction. The introduction in the Republic of Belarus of the factory technology for harvesting fiber flax makes it possible to start the harvesting period 12 days earlier, to reduce energy costs by reducing the technological operations carried out in the field (bolls deburring, heap threshing and transportation). The results of evaluating the efficiency of flaxseed threshing according to factory technology at Russian and Belarusian enterprises for the primary processing of flax, using equipment of Western European production, showed that the technology for obtaining a flaxseed crop in a long fiber production line is practically not used due to damage to the stems (up to 6 %), waste stems into confusion (up to 8 %), high damage to seeds (up to 3 %) and the formation of windings on the working body. At the same time, in the Republic of Belarus, nine flax mills have installed lines for the primary processing of flax of foreign production. In order to increase the efficiency of separating seeds in the primary processing line, a device design was proposed that allows, with minimal material costs, to improve the serially installed stripper.
Materials and methods. The construction of a ranked series of factors according to their share introduced into the variance of the optimization criterion was carried out in two stages. First, a series of experiments was carried out using a specially compiled matrix, and then scatterplots were built to visually assess the degree of influence of a particular factor and quantify it. The developed threshing device with an elastic working body and a deck was installed in the threshing chamber of the Van Dommele flax primary processing line. In the threshing device, the possibility of regulating the studied parameters was provided.
Results and discussion. Based on the results of the studies, scatter diagrams of factors were constructed, as well as their pair combinations affecting the degree of threshing. An analysis of the scattering diagrams made it possible to identify the factors most influencing the degree of threshing: the feed rate of the flax tape, the rotational speed of the working body, the gap between the whip and the deck, as well as the paired combination of the feed speed of the flax tape and the rotational speed of the working body. The assessment of the significance of the factors was performed according to Student's criterion.
Conclusion. As a result of the screening experiment and processing of experimental data, it was found that with a probability of 95 %, the feed rate of the flax tape is in the range of 1,2...2,0 m/s and the rotational speed of the working body is in the range of 1,7...3,3 r/s are significant factors, the rational values of which can be determined in the course of a multifactorial experiment. Correction of the results of screening experiments made it possible to identify another significant factor - the gap between the whip and the deck in the range of 0,01...0,03 m.
Key words: flax, primary processing line, factory threshing, scourge, deck, screening experiment
For citation: Levchuk V. A., Simonov M. V., Kurzenkov S. V., Tsaits M. V. The results of a screening experiment on threshing flax strips in the primary processing line by a device with an elastic working body // Bulletin NGIEI. 2022. № 12 (139). P. 18-30. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-12-18-30
XXX technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex XXX
Введение
Несмотря на имеющиеся преимущества выращивания льна, в Беларуси льноводство отстает в развитии от средних мировых показателей. Это обусловлено высокой трудоемкостью возделывания льна, нехваткой трудовых ресурсов, недостаточным уровнем механизации ряда технологических процессов, а также нехваткой семян высоких посевных кондиций [1; 2].
По опыту европейских стран в Беларуси внедряются раздельная и заводская технологии уборки. Их внедрение позволяет начать уборочный период на 12 дней раньше, снизить энергозатраты за счет сокращения технологических операций, проводимых в поле (очес коробочек, обмолот вороха и транспортировка).
Заводская технология уборки отличается от раздельной технологии тем, что отделение семенной части урожая производится в линии первичной переработки льна на льнозаводе, что снижает ее зависимость от погодных условий с точки зрения получения семян льна [3; 4; 5; 6]. Кроме того, она позволяет сократить количество операций, проводимых в поле (подбор с очесом и транспортировка семенного вороха на льнозавод). А трудозатраты, на отделение семенной части урожая от стеблей распределить равномерно на более длительный период, связанный с переработкой полученной льнотресты с семенными коробочками, на льнозаводе [3; 8]. При этом остаются неисследованными потери урожая семян льна, их качество и возможность использования на посевные цели. Отсутствуют исходные технологические требования к технологии уборки льна с семенными коробочками, отделению семенных коробочек с доработкой льновороха [3].
В ходе производственной проверки заводской технологии уборки льна в условиях ОАО «Воло-жинский льнокомбинат» с использованием очесывающего барабана льнокомбайна ЛК-4 было установлено следующее:
- количество получаемых льносемян при очесе составляло не более 80 кг с тонны льнотресты. Причиной этому являются потери семян при приготовлении тресты (оборачивание, ворошение), руло-нировании, погрузочно-разгрузочных операциях, хранении льнотресты и размотке рулонов;
- в результате очеса слоя льна оставалось до 25 % неочесанных коробочек с семенами на стеблях. Это объясняется неприспособленностью очесывающего барабана льнокомбайна ЛК-4 для слоя льнотресты, поступающего в мяльно-трепальный агрегат;
- при очесе семенных коробочек образовывалось до 20 % льновороха со стеблями от объема льнотресты из-за спутанности стеблей и увеличенной толщины слоя льнотресты, выходящего из сушильной машины;
- удаление и доработка льновороха требует отдельных устройств и систем, так как применяемый на предприятии пневмотранспорт не обеспечивал надежность процесса по причине большого количества в льноворохе целых стеблей.
Результаты оценки эффективности обмолота льносемян по заводской технологии в линии Van Dommele, смонтированной на ОАО «Дубровенский льнозавод». Установлено, что до 70 % льносемян безвозвратно теряется на технологических переходах смонтированного оборудования [3].
Изучение данного вопроса на российских предприятиях по первичной обработке льна, применяющих оборудование западноевропейского производства («Ванхаурт», г. Шексна Вологодской обл., «Депортер» г. Рогнедино Брянской обл.), показало, что технология получения урожая льносемян в технологической линии выработки длинного волокна практически не применяется по вышеуказанным причинам. Вместе с тем в Республике Беларусь на девяти льнозаводах установлены линии первичной переработки льна иностранного производства, оборудованные гребневыми очесывающими аппаратами, работа которых сопровождается [2; 9; 10; 11]:
- повреждением стеблей (до 6 %);
- отходом стеблей в путанину (до 8 %);
- высокой повреждаемостью семян (до 3 %);
- намотками на рабочий орган.
На основании вышеизложенного, считаем, что применение заводской технологии получения урожая льносемян в технологической линии выработки длинного волокна требует более тщательного исследования, а конструкция гребневого очесывающего устройства не удовлетворяет требованиям отраслевого регламента по возделыванию и уборке льна для выполнения этой операции. В связи с этим, была предложена конструкция устройства, позволяющая с минимальными материальными затратами усовершенствовать имеющуюся в линии первичной переработки конструкцию гребневого очесывающего устройства [5; 6; 10]. В линии первичной переработки Van Dommele вместо гребенки была установлена зубчатая полиуретановая пластина, а в нижней части устройства смонтирована сепарирующая решетка (дека), совместная работа которых позволила
технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]
заменить грубый прочес на очесывающе-плющильное действие.
Цель исследования - проведение отсеивающих экспериментов и получение представления о степени влияния отдельных факторов на параметр оптимизации с целью исключения малозначащих факторов для сокращения последующего числа опытов.
Материалы и методы
Построение ранжированного ряда факторов по их доле, вносимой в дисперсию критерия оптимизации, производили в две стадии. Вначале проводили серию опытов по специально составленной матрице, а затем строили диаграммы рассеяния для визуальной оценки степени влияния того или иного фактора и оценивали ее количественно.
Для того чтобы определить экспериментальную область факторного пространства, использовали результаты, которые были получены при проведении однофакторных поисковых экспериментов [8]. Также учитывали то обстоятельство, что при решении задачи оптимизации необходимо выбирать для первой серии опытов такую область, при которой будет возможность для пошагового движения к оптимуму [12].
При проведении отсеивающих экспериментов выбор уровней и интервалов варьирования факторов осуществлялся с учетом априорной информации о точности фиксирования их значений, диапазоне изменения параметра оптимизации и характере поверхности отклика. В соответствии с рекомендациями [12] принимаем функцию, описывающую поверхность отклика нелинейной, а диапазон изменения параметра оптимизации широким и выбираем уровни и интервалы варьирования факторов.
Для изучения процесса обмолота лент льна обмолачивающим устройством с эластичным рабочим органом, имеющим зубчатую рабочую кромку, на основании теоретических исследований и априорной информации [13; 14; 15; 16] нами были выделены следующие факторы:
Программа эксперимента предполагала оценку значимости таких факторов, как скорость подачи ленты льнотресты (кодированное обозначение Х1), смещение средней части зоны расположения семян в ленте относительно средины зоны обмолота (Х2), зазор между бичом и декой (Х3), угол установки плоскости бича к плоскости ленты (Х4), толщина слоя ленты льнотресты (Х5), частота вращения рабочего органа (Х6) как показатель кратности воздей-
ствия бича на обрабатываемую ленту льнотресты. Установление границ варьирования указанных факторов проводили как на основе анализа априорной информации и теоретических исследований, так и эмпирически. Варьирование значений исследуемых факторов осуществлялось на двух уровнях: верхнем (+) и нижнем (-). Верхняя граница скорости подачи ленты льнотресты принята равной 2,0 м/с исходя из теоретических расчетов, в результате анализа одно-факторных поисковых экспериментов [8] нижнюю границу фактора Х1 приняли равным 1,2 м/с.
Смещение (приближение или удаление) средней части зоны расположения семян в ленте относительно середины зоны обмолота приводит к образованию участков стеблей с семенами, выходящими за границы рабочей зоны бича, что снижает степень отделения коробочек и семян. Особенность формирования ленты льнотресты, перед обмолотом в линии первичной переработки, заключается в том, что она формируется вручную, а смещение зоны расположения семенных коробочек в ленте связано с длиной стеблей, их относительным перекосом и растянутостью ленты льнотресты. Учитывая данные особенности, с учетом однофакторных поисковых экспериментов [8] нижнюю границу фактора Х2 установили равной -0,1 м, а верхнюю - +0,1 м.
Молотильный зазор, образованный рабочими органами, - один из существенных факторов определяющий не только степень обмолота, но и качество получаемой при обмолоте продукции. Уменьшение зазора положительно сказывается на степени обмолота, а увеличение - наоборот, причем при зазоре, большем толщины подаваемой на обмолот ленты, процесс обмолота практически прекращается. Нижнюю границу фактора Х3 приняли равной 0,01 м, верхнюю границу приняли равной 0,03 м в результате анализа однофакторных поисковых экспериментов [8].
Угол установки плоскости бича к плоскости ленты влияет на проникающую способность бича. Увеличение угла повышает проникающую способность, что улучшает выделение семян. Уменьшение угла обеспечивает более плавный вход бича на начальном этапе взаимодействия его с лентой, однако при дальнейшем движении пятно контакта поверхности бича с лентой увеличивается, при этом растет сопротивление движению бича, а следовательно, и мощность на привод. На основании проведенных однофакторных поисковых экспериментов [8], а также информации, приведенной в источ-
technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex
ствию на один и тот же участок ленты, что сопровождается повреждением стеблей и снижением качества волокна. Кроме того, увеличение частоты влечет за собой увеличение линейной скорости бича в рабочей зоне, превышение критического значения которой приводит к дополнительному повреждению стеблей и семян. Значение нижней границы фактора X6 устанавливалось, исходя из условия однократного воздействия рабочего органа на один и тот же участок ленты льна, рассчитывалось теоретически и принималось равным 1,7 с"1, его верхней границы принималось равным 3,3 с"1 [8].
В качестве критерия оптимизации (7) в отсеивающих экспериментах согласно ГОСТ 33734-2016 нами была принята степень обмолота коробочек льна
m
нике [16], нижняя граница фактора Х4 принималась равной 0,52 рад. (30 град.), верхняя - 1,22 рад. (70 град.).
Толщина подаваемой на обмолот ленты оказывает влияние на степень ее сжатия в молотильном зазоре [9; 15; 16], а следовательно, на степень обмолота, повреждение стеблей льна и семян льна. Увеличение толщины снижает проникающую способность бича в обрабатываемый слой, тем самым уменьшая степень обмолота. Увеличение толщины ленты при постоянном зазоре между бичом и декой приводит к повышению степени сжатия слоя стеблей, что, в свою очередь, обусловливает рост обрыва стеблей и повреждения семян при рабочем движении бича. Недостаточная толщина приводит к снижению эффективности воздействия бича на стебли и недомолоту [8; 16]. Нижнюю границу фактора Х5 приняли равной 0,01 м, верхнюю границу приняли равной 0,05 м в результате анализа одно-факторных поисковых экспериментов [8].
Частота вращения рабочего органа оказывает существенное влияние на степень обмолота, поскольку определяет количество воздействий бича на семенную часть ленты льна. Низкая частота приводит к недостаточному числу воздействий, вследствие чего образуются пропуски и недомолот. Высокая частота приводит к многократному воздей-
ЕоЬ =■
m,
(1)
где m1 - общая масса семян, содержащихся в одном погонном метре ленты льна, кг; m2 - масса выделенных семян в результате обмолота с одного погонного метра, кг.
Для проведения испытаний разработанное обмолачивающее устройство было установлено в линии первичной переработки льна «Wan Dommele» (рис. 1) ОАО «Дубровенский льнозавод».
3 a / а б / b
Рис. 1. Схема (a) и общий вид (б) обмолачивающего устройства: 1 - подающий транспортер; 2 - зажимной транспортер; 3 - отводящий транспортер; 4 - кривошипно-шатунный механизм с коромыслом; 5 - электродвигатель; 6 - эластичный рабочий орган (бич); 7 - сепарирующая решетка (дека) Fig. 1. Scheme (a) and general view (b) of the threshing device: 1 - feeding conveyor; 2 - clamping conveyor; 3 - outfeed conveyor; 4 - crank mechanism with rocker arm; 5 - electric motor; 6 - elastic working body (scourge); 7 - separating grid (deck) Источник: рисунок и фото разработаны авторами
технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]
В обмолачивающем устройстве были предусмотрены возможности регулирования следующих параметров:
- частоты вращения рабочего органа;
- скорости подачи ленты льнотресты;
- величины смещения ленты льнотресты относительно обмолачивающего устройства (зоны обмолота);
- толщины ленты льнотресты;
- зазора между бичом и декой.
Обмолачивающее устройство было установлено относительно ленточно-дискового зажимного транспортера 2 линии переработки льна с возможностью обеспечения процесса обмолота. Оно включало эластичный рабочий орган 6, имеющий кривошипно-шатунный механизм привода 2 с коромыслом, и сепарирующую решетку (деку) 7. Решетка имела эллипсоидную форму, соответствующую траектории движения рабочего органа (рис. 1, б). Вся конструкция находилась в единой камере обмолота, в нижней части которой под декой 7 был установлен ленточный транспортер для сбора льновороха.
Изменение частоты вращения приводного кривошипа обмолачивающего устройства и скорости ленты льнотресты осуществлялась с помощью оборудования, штатно установленного в линии первичной переработки льна «Wan Dommele» заводом-изготовителем. Смещение ленты льнотресты относительно обмолачивающего устройства на необходимую величину изменяли вручную путем предварительной укладки ее на подающий конвейер. Требуемая толщина подаваемой на обмолот ленты так-
же формировалась вручную. Зазор между бичом и декой регулировали изменением высоты установки деки с помощью винтов.
При проведении исследований три погонных метра ленты льнотресты укладывали на расстилоч-ный стол горизонтально слоем равной толщины. Подсчитывали число коробочек в средней части ленты длиной один метр и количество семян в коробочках. После запуска установки лента льнотресты подавалась в зажимной транспортер, приводимый в действие мотор-редуктором, и обмолачивалась исследуемым рабочим органом. Затем обмолоченную ленту льнотресты с конвейера перекладывали на расстилочный стол и определяли степень обмолота на среднем метровом участке путем подсчета необмолоченных коробочек, переводя их количество в массу. Первый и последний метры в расчет не принимались из-за неустановившегося режима. Опыты проводились в трехкратной повторности.
Составление плана отсеивающих опытов выполняли методом случайной выборки из матрицы полного факторного эксперимента 52 [17; 18; 19]. Матрица планирования отсеивающего эксперимента и значения критерия оптимизации приведены в табл. 1.
Анализ результатов отсеивающих экспериментов выполняли на основании диаграмм рассеяния значений критерия оптимизации [20; 21; 22]. Для этого по оси абсцисс отмечали факторы с их уровнями, а по оси ординат - опытные значения критерия оптимизации (рис. 2).
Таблица 1. Матрица планирования отсеивающих экспериментов и значения параметра отклика Table 1. Screening Experiment Design Matrix and Response Parameter Values
№ опыта / No. Факторы / Factors Значения параметра отклика (степень обмолота Eob) / Response parameter values (threshing degree Eob)
experience Хх X2 X3 X4 X5 Хб yi У2 Уз У
1 - - - + + + 0,8060 0,7750 0,9455 0,8422
2 + + - - - + 0,9610 0,9920 0,9765 0,9765
3 + - + - + - 0,8215 0,8525 0,8525 0,8422
4 - + + + - - 0,6665 0,6355 0,6045 0,6355
5 - + + - - - 0,6510 0,6510 0,6975 0,6665
6 + - - + + + 0,9145 0,9145 0,8370 0,8887
7 - - + + - + 0,9455 0,8370 0,9300 0,9042
8 + + + + - - 0,8370 0,8215 0,8060 0,8215
9 - + - + + - 0,4495 0,6200 0,6510 0,5735
10 + + - - - - 0,7285 0,7285 0,7285 0,7285
Источник: составлено авторами на основании результатов исследований
XXX technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex XXX
Результаты и обсуждение
Каждый фактор рассматривали независимо от других. Величину степени влияния (эффект) того или иного фактора оценивали по разности между средними значениями критерия оптимизации, вычисленными раздельно для каждого уровня фактора [18].
В качестве среднего значения использовали медиану. Отказ от среднего арифметического в пользу медианы обоснован тем, что зачастую влияние фактора описывается законом распределения, отличным от нормального, и использование в этих случаях среднего арифметического зачастую приводит к абсурдным результатам [18].
В результате анализа диаграммы рассеяния (рис. 2) выбраны два наиболее значимых фактора: скорость подачи ленты льнотресты (Х1) и частота вращения рабочего органа (Х6). Количественную оценку эффектов этих факторов выполняли с использованием таблицы с двумя входами (табл. 2), в клетках которой записывали оцениваемые факторы с уровнями варьирования и значения критерия оптимизации, полученные в том или ином сочетании уровней факторов. В нее также включали результаты экспериментов, распределенные по различным комбинациям уровней факторов, и рассчитывали средние значения критерия оптимизации ~
Рис. 2. Диаграмма рассеяния факторов, влияющих на степень обмолота Fig. 2. Scatterplot of factors affecting the degree of threshing Источник: разработано авторами на основании результатов исследований
Таблица 2. Таблица с двумя входами для вычисления эффектов факторов Table 2. Table with two inputs to calculate the effects of factors
Оцениваемый фактор / Estimated factor
+Х
-Х1
!y 1 = "1 =
-Хб
0,9765 0,8887 1,8652 0,9326
^У2 = "2 =
0,8422 0,9042 1,7464 0,8732 0,6355 0,6665 0,5735 1,8755 0,6252
Источник: составлено авторами на основании результатов исследований
Величину эффектов факторов Х1 и Х6 рассчитывали по следующим формулам [18]:
у1 + Уз У 2 + У 4 .
X =
x6 =
2
У + У2
2
У3 + У4
(2) (3)
В результате расчетов по формулам (2-3) эффекты факторов составили: Х1 = 0,1158; Х6 = 0,1916.
Оценку значимости факторов Х1 и Х4 выполняли по критерию Стьюдента (/-критерию). Экспериментальные значения /-критерия для каждого из
технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]
факторов в отдельности определяли по формуле [18; 21]:
^ =
( У + У2 )-( Уз + У 4 ) .
V
SR
к =
(У1 + Уз )-( У2 + У4 )
(4)
(5)
ъ-
где БЛ7 - среднеквадратическая ошибка, характеризующая рассеяние относительно средних значений в 7-й клетке таблицы с несколькими входами; п7 -число наблюдений в 7-й клетке таблицы с несколькими входами.
Среднеквадратическую ошибку ^ рассчитывали по формуле [18]:
I У2 (I у, )2
sR =■
(6)
П, - 1 Пг •(Пг " !)'
Рассчитанные по формуле (6) значения сред-неквадратической ошибки составили: = 0,0039, БК2 = 0,0019, = 0,0037, = 0,0022.
По результатам расчетов по формулам (4-5) значения ¿-критерия для факторов Х1 и Х6 составили: X = 3,32; 7x6 = 5,50.
Для признания фактора значимым вычисленное значение ^критерия должно быть больше таб-
личного. Табличные значения ¿-критерия принимали в зависимости от уровня значимости и числа степеней свободы £, определяемого по формуле [18]:
I = 1П - к
,
где к - число клеток таблицы с двумя входами, к = 4.
Число степеней свободы £ для табл. 2 составляет 10. В этом случае табличное значение ¿-критерия при 5 %-м уровне значимости равно 10,05 = 2,447 [18].
Поскольку расчетные значения ¿-критерия факторов Х1 и Х6 превышают табличное при уровне значимости 0,05, то можно заключить, что скорость подачи ленты льнотресты и частота вращения рабочего бича являются значимыми факторами.
После выделения эффектов и оценки значимости факторов Х1 и Х6 выполняли корректировку результатов отсеивающих экспериментов для того, чтобы четче выделить эффекты других менее сильных факторов и парных взаимодействий. Корректировали путем прибавления эффектов выделенных факторов с обратным знаком к результатам отсеивающих экспериментов на верхнем уровне (+).
После корректировки результатов строили корректированную диаграмму рассеяния факторов (рис. 3), а также диаграммы рассеяния парных взаимодействий факторов (рис. 3).
n
n
Рис. 3. Корректированная диаграмма рассеяния факторов, влияющих на степень обмолота Fig. 3. Corrected scatterplot of factors affecting the degree of threshing Источник: разработано авторами на основании результатов исследований
Проведя анализ скорректированной диаграммы рассеяния (рис. 3), выбран один наиболее значимый фактор: зазор между бичом и декой (Х3).
В результате анализа диаграммы рассеяния (рис. 4) выбрано наиболее значимое парное сочетание
факторов: скорость подачи ленты льнотресты в сочетании с частотой вращения рабочего органа (Х1Х5). Количественную оценку эффектов этих факторов выполняли по вышеизложенной методике (табл. 3).
Эффекты факторов: х3 = 0,0632; Х1Х6 = -0,0438.
Вестник НГИЭИ. 2022. № 12 (139). C. 18-30. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2022. № 12 (139). P. 18-30. ISSN 2227-9407 (Print)
technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex
Сравнивая полученные значения /-критерия с табличным его значением, делаем вывод, что фактор х3 является значимым, а парное взаимодействие факторов XX6 - незначимым. В нашем случае табличное значение /-критерия при числе степеней свободы f = 6, / = 2,447.
Рассчитанные по формуле (6) значения сред-неквадратической ошибки составили: = 0,0005, Зи = 0,0001, = 0,0028, 5К4 = 0,0007.
По результатам расчетов по формулам (4-5) значения /-критерия для факторов Х3 и Х1Х6 составили: /хз = 3,18; /пхб = -2,21.
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
Г г
^ ^ ^ ^ ч ч ч ч
г г г г
^ ^ ^
Ч Ч ч г г г
Рис. 4. Диаграммы рассеяния парных взаимодействий факторов, влияющих на степень обмолота Fig. 4. Scatterplots of pairwise interactions of factors affecting the degree of threshing Источник: разработано авторами на основании результатов исследований
Таблица 3. Таблица с двумя входами для вычисления эффектов фактора X3 и парного взаимодействия факторов XjX6, влияющих на степень обмолота
Table 3. Table with two inputs to calculate the effects of the X3 factor and the pair interaction of the XX6 factors influencing the degree of threshing
Оцениваемый фактор / Estimated factor
+ХХ6
-Х1Х6
0,6355 0,7264
0,6665 0,7126
+Х3 0,7057
!у i = 1,3020 2у 2 = 2,1446
"'i = 0,6510 "'2 = 0,7149
0,6691 0,6506
0,5812 0,6127
-Хз 0,5735
2у з = 1,8238 !у 4 = 1,2632
"'з = 0,6079 "'4 = 0,6316
Источник: составлено авторами на основании результатов исследований
Последовательное применение процедуры отсеивания позволило нам за два этапа выделить все существенные факторы: Х1, Х3 и Х6 и оценить эффекты этих факторов.
Заключение Из анализа литературных источников, а также проведенные наблюдения в производственных условиях свидетельствуют о том, что технология получения урожая льносемян в технологической
линии выработки длинного волокна практически не применяется по причинам существенных потерь семян и неприспособленности применяемого гребневого очесывающего аппарата к условиям линии первичной переработки. Предложенная конструкция обмолачивающего устройства позволяет с минимальными материальными затратами усовершенствовать процесс отделения семенной части урожая
технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]
от стеблей, заменив грубый прочес на очесывающе-плющильное действие.
В результате проведения отсеивающего эксперимента и обработки опытных данных установлено, что скорость подачи ленты льнотресты в диапазоне 1,2...2,0 м/с и частота вращения рабочего органа в диапазоне 1,7.3,3 об/с являются значимыми факторами, рациональные значения которых могут быть определены в ходе многофакторного эксперимента.
Корректировка результатов отсеивающих экспериментов позволила выделить еще один зна-
чимый фактор - зазор между бичом и декой в диапазоне 0,01.0,03 м.
Результаты экспериментальных исследований показывают, что парное сочетание факторов скорости подачи ленты льна и частоты вращения рабочего органа является незначимым. Поскольку в ранжированном ряду парных взаимодействий факторов, влияющих на степень обмолота, он занимает наибольшую долю вносимой в дисперсию критерия оптимизации, остальные парные сочетания можно считать незначимыми.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Шундалов Б. Льноводческо-перерабатывающая отрасль Беларуси: состояние производства, производительность труда и результативность работы // Аграрная экономика. 2021. № 2 (309). С. 61-70.
2. Голуб И. А. Перспективы возделывания и переработки льна-долгунца в Республике Беларусь // Весщ Нацыянальнай акадэми навук Беларусь Серыя аграрных навук. 2017. № 3. С. 91-98.
3. Шаршунов В. А., Кругленя В. Е., Кудрявцев А. Н., Алексеенко А. С., Цайц М. В., Левчук В. А., Аку-лич М. П. Основы расчета рабочих органов машин и оборудования для производства семян льна. Горки : БГСХА, 2016. 156 с.
4. Sharma H. S. S., Van Sumere C. F. The Biology and Processing of Flax. M., Publications, Belfast, Northern Ireland, 1992, 576 p.
5. Sohn M. et al. A new approach for estimating purity of processed flax fibre by NIR spectroscopy // Journal of near infrared spectroscopy. 2004. Т. 12. №. 4. P. 259-262.
6. Gmbh T. Temafa GmbH Lin Line: A Mechanical Preparation System for Processing Natural Fibres (Flax, Hemp, Oil-Seed Flax, Nettle and Jute) // Journal of Natural Fibers. 2004. Т. 1. №. 1. С. 119-121. doi.org/10.1300/J395v01n01_11
7. Jerzy M., Wojciech M., Grzegorz S., Jacek K., Andrzej K., Damian K., Krzysztof P. Research on new technology of fiber flax harvesting // Journal of Natural Fibers. 2018. V. 15 (1). P. 53-61.
8. Шаршунов В. А., Левчук В. А., Цайц М. В. Поисковые эксперименты процесса обмолота лент льна устройством с эластичным рабочим органом в линии первичной переработки // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 1. С. 148-153.
9. Черников В. Г., Порфирьев С. Г., Ростовцев Р. А. Очесывающие аппараты льноуборочных машин (теория, конструкция, расчет). Москва : «Издательство ВИМ», 2004. 240 с.
10. Юданова А. В. Машины и оборудование для производства и первичной переработки льна-долгунца и конопли // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2001. № 3. С. 755.
11. Пучков Е. М., Медведев Ю. А., Галкин А. В., Шишин Д. А. Ресурсосберегающие технологии и технические средства для переработки и сушки льновороха, адаптированные к комбайновой, раздельной и комбинированной уборке льна // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2018. № 1 (56). С. 155-164.
12. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Москва : Наука, 1976. 279 с.
13. Улахович А. Е. Обоснование диаметра вальцов и их межцентрового расстояния расположения в вальцовом молотильном устройстве // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2019. № 1 (18). С. 260-266.
14. Кудрявцев А. Н. Повышение эффективности обмолота льновороха эластичными вальцами молотилки : дис. ... канд. техн. наук. 2001. 212 с.
XXX technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex XXX
15. Петровец В. Р., Райлян Г. А., Дудко Н. И. Обоснование основных конструктивно-технологических параметров устройства для обмолота льна // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2008. № 1. С. 132-136.
16. Шаршунов В. А., Кругленя В. Е., Левкин М. В. Экспериментальные исследования устройства с эластичными гребенками для обмолота ленты льна // Весщ Нацыянальнай акадэми навук Беларусь Серыя аграрных навук. 2013. № 3. С. 105-110.
17. Аль Насер Насер Камаль. О двух моделях планирования отсеивающих экспериментов : специальность : автореферат дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва, 1994. 14 с.
18. Мельников С. В., Алешкин В. Р., Рощин П. М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Ленинград, 1972. 200 с.
19. Леонов А. Н., Дечко М. М., Ловкис В. Б. Основы научных исследований в примерах и задачах : учебно-методическое пособие. Минск БГАТУ, 2013. 136 с.
20. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. Москва, 1965. 340 с.
21. Старусев А. В., Мустафаев Н. Г., Потоцкий С. В. Методика отбора факторов, влияющих на показатели качества сложных технических систем специального назначения // Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники. Уфа : Общество с ограниченной ответственностью «ОМЕГА САЙНС». 2021. С. 4-34.
22. Крупин А. Е., Зуйков Д. В. Отсеивание факторов при планировании эксперимента // Вестник НГИЭИ. Серия «Экономика и экономические науки». 2014. № 4 (35). С. 62-70.
Статья поступила в редакцию 14.09.2022; одобрена после рецензирования 17.10. 2022;
принята к публикации 19.10.2022
Информация об авторах:
B. А. Левчук - старший преподаватель кафедры технического сервиса и общеинженерных дисциплин, Spin-код: 9727-0477;
М. В. Симонов - доктор технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, Spin-код: 1216-7568;
C. В. Курзенков - кандидат технических наук, доцент кафедры высшей математики и физики, Spin-код: 6510-6968;
М. В. Цайц - старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Spin-код: 1777-4705.
Заявленный вклад авторов:
Левчук В. А. - сбор и обработка материалов, подготовка и проведение численных анализов, проведение критического анализа материалов и формирование выводов.
Симонов М. В. - формулирование основной концепции исследования, совместное осуществление анализа научной литературы по проблеме исследования.
Курзенков С. В. - сбор и обработка материалов, подготовка и проведение численных анализов. Цайц М. В. - сбор и обработка материалов, подготовка и проведение численных анализов, проведение критического анализа материалов и формирование выводов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Shundalov B. L'novodchesko-pererabatyvayushchaya otrasl' Belarusi: sostoyanie proizvodstva, pro-izvoditel'nost' truda i rezul'tativnost' raboty [Flax-growing and processing industry of Belarus: the state of production, labor productivity and performance], Agrarnaya ekonomika [Agricultural economics], 2021, No. 2 (309), pp. 21-25.
2. Golub I. A. Perspektivy vozdelyvaniya i pererabotki l'na-dolgunca v Respublike Belarus' [Prospects for the cultivation and processing of fiber flax in the Republic of Belarus], Vesci Nacyyanal'naj akademii navuk Belarusi. Seryya agrarnyh navuk [News of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of agricultural sciences], 2017, No. 3, pp. 91-98.
ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ ХХХХХХХХХХХ для агропромышленного комплекса ХХХХХХХХХХХ
3. Sharshunov V. A., Kruglenya V. E., Kudryavcev A. N., Alekseenko A. S., Cajc M. V., Levchuk V. A., Aku-lich M. P. Osnovy rascheta rabochih organov mashin i oborudovaniya dlya proizvodstva semyan l'na [Basics of calculating the working bodies of machines and equipment for the production of flax seeds], Gorki : BSAA, 2016, 156 p.
4. Sharma H. S. S., Van Sumere C. F. Eds. The Biology and Processing of Flax, Belfast, Northern Ireland, 1992,
576 p.
5. Sohn M. et al. A new approach for estimating purity of processed flax fibre by NIR spectroscopy, Journal of near infrared spectroscopy, 2004, Vol. 12, No. 4, pp. 259-262.
6. Gmbh T. Temafa GmbH Lin Line: A Mechanical Preparation System for Processing Natural Fibres (Flax, Hemp, Oil-Seed Flax, Nettle and Jute), Journal of Natural Fibers, 2004, Vol. 1, No. 1. pp. 119-121. doi.org/10.1300/J395v01n01_11
7. Jerzy M., Wojciech M., Grzegorz S., Jacek K., Andrzej K., Damian K., Krzysztof P. Research on new technology of fiber flax harvesting, Journal of Natural Fibers, 2018, Vol. 15 (1), pp. 53-61.
8. Sharshunov V. A., Levchuk V. A., Cajc M. V. Poiskovye eksperimenty processa obmolota lent l'na ustrojst-vom s elastichnym rabochim organom v linii pervichnoj pererabotki [Search experiments of the process of threshing flax strips by a device with an elastic working body in the primary processing line], Vestnik Belorusskoj gosudarstven-noj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy], 2022, No. 1, pp. 148-153.
9. Chernikov V. G., Porfir'ev S. G., Rostovcev R. A. Ochesyvayushchie apparaty l'nouborochnyh mashin (teori-ya, konstrukciya, raschet) [Strippers of flax harvesters (theory, design, calculation)], Moscow: «Izdatel'stvo VIM», 2004, 240 p.
10. Yudanova A. V. Mashiny i oborudovanie dlya proizvodstva i pervichnoj pererabotki l'na-dolgunca i konopli [Machinery and equipment for the production and primary processing of fiber flax and hemp], Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie APK. Referativnyj zhurnal [Engineering and technical support of the agro-industrial complex. abstract journal], 2001, No. 3. pp. 755.
11. Puchkov E. M., Medvedev Yu. A., Galkin A. V., Shishin D. A. Resursosberegayushchie tekhnologii i tekhnicheskie sredstva dlya pererabotki i sushki l'novoroha, adaptirovannye k kombajnovoj, razdel'noj i kom-binirovannoj uborke l'na [Resource-saving technologies and technical means for processing and drying flax heap, adapted to combine, separate and combined harvesting of flax], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Voronezh State Agrarian University], 2018, No. 1 (56), pp. 155-164.
12. Adler Yu. P., Markova E. V., Granovskij Yu. V. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nyh uslovij [Planning an experiment in the search for optimal conditions], Moscow: Nauka, 1976, 279 p.
13. Ulahovich A. E. Obosnovanie diametra val'cov i ih mezhcentrovogo rasstoyaniya raspolozheniya v val'covom molotil'nom ustrojstve [Justification of the diameter of the rollers and their center-to-center distance in the roller threshing device], Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skohozyajstvennogo naznacheniya [Design, use and reliability of agricultural machines], 2019, No. 1 (18), pp. 260-266.
14. Kudryavcev A. N. Povyshenie effektivnosti obmolota l'novoroha elastichnymi val'cami molotilki [Improving the efficiency of threshing flax heap with elastic rollers of the thresher. Ph. D. (Engineering) thesis], Gorki, 2001. 212 p.
15. Petrovec V. R., Rajlyan G. A., Dudko N. I. Obosnovanie osnovnyh konstruktivno-tekhnologicheskih par-ametrov ustrojstva dlya obmolota l'na [Substantiation of the main design and technological parameters of the flax threshing device], Vestnik Belorusskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy], 2008. No. 1. pp. 132-136.
16. Sharshunov V. A., Kruglenya V. E., Levkin M. V. Eksperimental'nye issledovaniya ustrojstva s elastichnymi grebenkami dlya obmolota lenty l'na [Experimental studies of a device with elastic combs for threshing flax tape], Vesci Nacyyanal'naj akademii navuk Belarusi. Seryya agrarnyh navuk [News of the National Academy of Sciences of Belarus. Agricultural Sciences Series], 2013, No. 3, pp. 105-110.
17. Al' Naser Naser Kamal'. O dvuh modelyah planirovaniya otseivayushchih eksperimentov [On two models for designing screening experiments: specialty. Ph. D. (Physics and Mathematics) thesis], Moskva, 1994, 14 p.
18. Mel'nikov S. V., Aleshkin V. R., Roshchin P. M. Planirovanie eksperimenta v issledovaniyah sel'sko-hozyajstvennyh processov [Designing an Experiment in Agricultural Process Research], Leningrad, 1972, 200 p.
XXX technologies, machines and equipment for the agro-industrial complex XXX
19. Leonov A. N., Dechko M. M., Lovkis V. B. Osnovy nauchnyh issledovanij v primerah i zadachah: uchebno-metodicheskoe posobie [Fundamentals of scientific research in examples and tasks: a teaching aid], Minsk, BGATU, 2013, 136 p.
20. Nalimov, V. V., Chernova N. A. Statisticheskie metody planirovaniya ekstremal'nyh eksperimentov [Statistical Methods for Planning Extreme Experiments], Moscow, 1965, 340 p.
21. Starusev A. V., Mustafaev N. G., Potockij S. V. Metodika otbora faktorov, vliyayushchih na pokazateli kachestva slozhnyh tekhnicheskih sistem special'nogo naznacheniya [Method for selecting factors influencing the quality indicators of complex technical systems for special purposes], Nauchnye issledovaniya vysshej shkoly poprior-itetnym napravleniyam nauki i tekhniki [Scientific research of higher education in priority areas of science and technology], Ufa : Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'yu «OMEGA SAJNS», 2021, pp. 4-34.
22. Krupin A. E., Zujkov D. V. Otseivanie faktorov pri planirovanii eksperimenta [Weeding out factors when designing an experiment], Vestnik NGIEI. Seriya «Ekonomika i ekonomicheskie nauki» [Bulletin of NGIEI. Series «Economics and Economic Sciences»], 2014, No. 4 (35), pp. 62-70.
The article was submitted 14.09.2022; approved after reviewing 17.10.2022; accepted for publication 19.10.2022.
Information about authors:
V. A. Levchuk - Senior Lecturer of the Department of Technical Service and General Engineering Disciplines, Spincode: 9727-0477;
M. V. Simonov - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, Spin-code: 1216-7568;
S. V. Kurzenkov - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Higher Mathematics and Physics, Spin-code: 6510-6968;
M. V. Tsaits - Senior Lecturer, Department of Life Safety, Spin-code: 1777-4705.
Contribution of the authors:
Levchuk V. A. - collection and processing of materials, preparation and conduct of numerical analyses, critical analysis of materials and formation of conclusions.
Simonov M. V. - formulation of the main concept of the study, joint analysis of scientific literature on the research problem.
Kurzenkov S. V. - collection and processing of materials, preparation and conduct of numerical analyzes.
Tsaits M. V. - collection and processing of materials, preparation and conduct of numerical analyzes, critical analysis
of materials; formulated conclusions.
The authors declare no conflict of interest.
