CC BY
15
для сухих стеблей льна 0,20-0,38. Так как (ртр = arctg/, то угол отклонения зуба от радиального положения определяется по формуле:
=а + (тр
где а - угол, определённый по номограмме (рис. 5).
При оптимальном значении показателя кинематического режима работы ворошилки Х=0,8-0,9, учитывая значение угла а, определённого по формуле (1), при влажности стеблей на ворошении, которая составляет 30-50% [6], угол отклонения зуба от радиального положения СХз= 45-58°.
Экспериментальными исследованиями [3] подтверждено, что при увеличении угла С3 >60° повреждения стеблей, влияющие на выход длинного волокна, резко увеличиваются.
Л и т е р а т у р а
1. Протокол 09-54-86 государственных приёмочных испытаний ворошилки лент льна ВЛН-2. — Калининская МИС, 1986. - 87 с.
2. А.С. 1591855 СССР, МКИ5 АО 1Д45/06. Ворошилка лент льна / В. М. Луценко, Н. Н. Семёнов, С. Б. Павлов -№4611101; заявл. 24.10.1988; опубл. 15.05.1990.
3. Павлов С.Б. Обоснование технологического процесса и параметров рабочих органов для ворошения лент льна: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Рязань, 1993. -20 с.
4. Ковалёв М. М. Сельскохозяйственные материалы (виды, свойства, состав). — М.: Аграрная наука; 1998.-208 с
5. Ковалёв М. М. Плющильные аппараты льноуборочных машин (конструкция, теория и расчёт): Монография. — Тверь: Тверское областное книжно-журнальное издательство, 2002. —208 с.
6. Клёнин Н.И., Киселев С.Н., Левшин А.Г. Сельскохозяйственные машины — М.: КолосС , 2008.-816 с.
7. Новиков М.А., Смелик В.А., Теплинский И.З., и другие. Сельскохозяйственные машины. Технологические расчеты в примерах и задачах: Учеб. пособие / Под.ред. М.А. Новикова. — СПб.: Проспект Науки, 2011.-207 с.
УДК 631.53.02 Канд. техн. наук Е.И. КУБЕЕВ
(СПбГАУ, kubeevei@mail.ru)
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ДРАЖИРОВАНИЯ
Cтатистический анализ, физико-механические свойства компонентов драже, нормированная и взаимная корреляционная функции
Статистический анализ процесса дражирования позволяет определить как реальные условия работы дражиратора, так и технологические, энергетические и другие показатели работы с получением статистических характеристик процесса (математических ожиданий, дисперсии, законов распределений, корреляционных функций и спектральных плотностей) [1].
Рассмотрим статистические характеристики физико-механических свойств компонентов драже и основных операций при дражировании семян.
Поскольку на характер движения семян во вращающемся барабане в процессе дражирования влияют физико-механические свойства компонентов драже, нами были проведены исследования их свойств.
Физико-механические свойства клеящей жидкости (раствора полимера) и наполнителей. Стабильность концентрации клеящей жидкости во многом определяет качество дражированных семян. Концентрация раствора замерялась массовым расходомером, полученные значения были обработаны на ЭВМ.
В зависимости от природно-климатических условий зоны прорастания, выращиваемой культуры и сроков сева в качества наполнителя применяют различные вещества минерального и органического происхождения.
Решающее значение на всхожесть семян оказывает свойство дражевой оболочки, к которой предъявляются противоречивые требования: прочность и пористость, быстрое разрушение при набухании семян.
Для получения такой оболочки предлагается ввести операцию ультразвуковой диспергации в существующую технологическую цепочку. Определение оптимальных режимов обработки позволит получить дражирующее покрытие, отвечающее указанным требованиям [2].
Наиболее существенным показателем из физико-механических свойств наполнителя для процесса формирования драже является его гранулометрический состав. Его измеряли по косвенному показателю - по концентрации (плотности) наполнителя.
Обработав результаты замеров физико-механических свойств семян и компонентов драже на ЭВМ, получили статистические характеристики в виде средних величин и корреляционных функций (табл. 1). Здесь также имеется существенная разница в результатах анализа, полученных с помощью средних величин и корреляционных функций.
Как видно из табл. 1, большой разброс показателей имеют случайные процессы изменения концентрации клеящей жидкости и наполнителя. Надо сказать, что эти показатели снимались в динамике (в ходе технологического процесса) и, как было сказано, являются случайными процессами. Углы трения семян до и после дражирования есть статические показатели, то есть являются случайными величинами.
Таблица 1. Средние показатели физико-механических свойств семян и компонентов драже
Показатели тх
Угол трения исходных семян, град. 28,6 3,3 11,7
Концентрация клеящей жидкости, % 3,0 1,04 34,9
Гранулометрический состав наполнителя, мм 2,6 1,0 36,7
Проанализируем построенные по результатам замеров физико-механических свойств компонентов драже нормированные корреляционные функции (рис. 1). Большая амплитуда разброса кривой 1 (угла трения семян) по сравнению с другими кривыми говорит о существенном различии семян по удельному весу. В процессе дражирования более стабильным остается концентрация клеящей жидкости (кривая 2), поскольку насосом непрерывно осуществляется ее перемешивание.
Анализ изменения концентрации (гранулометрического состава) наполнителя в процессе дражирования (кривая 3) показывает о периодическом разбросе показателей от среднего значения. Дело в том, что при пневматическом транспорте сыпучих материалов происходит их расслоение по крупности (удельному весу), что значительно затрудняет процесс формирования дражевой оболочки. Поэтому в трубопроводе подачи сыпучих компонентов драже установлена вихревая камера, которая обеспечивает равномерность их концентрации за цикл дражирования. Такая мера позволила сгладить большой разброс значения показателей.
Рис. 1. Нормированная корреляционная функция р(т) изменения физико-механических свойств семян: (кривая 1) и компонентов драже: 2 - концентрации клеящей жидкости; 3 - концентрации наполнителя
Исследования по определению физико-механических свойств семян и компонентов драже, которые проводились одновременно с определением оптимальных параметров дражиратора, позволили выяснить о существенном влиянии на качество технологического процесса однородности семян по удельному весу и концентрации наполнителя.
Формирование дражевой оболочки наслаиванием происходит тогда, когда семена движутся без отрыва от поверхности слоя, такое движение осуществляется регулировкой оборотов барабана дражиратора. При этом скорость скатывания должна быть максимальной.
На рис. 2 показана кривая взаимной корреляции процессов скатывания семян и изменения концентрации клеящей жидкости. В данном случае связь функциональная - ее максимум приходится на время т = 60 с и составляет р( т) = 0,38. Это объясняется тем, что сыпучесть семян напрямую зависит от концентрации клеящей жидкости. Необходимо отметить, что при большой концентрации (более 2-5%) затягиваются сроки всходов, а при чрезмерно высокой концентрации семена могут и вовсе не взойти.
Рис. 2. Взаимная корреляционная функция процессов изменения концентрации клеящей жидкости
и скорости скатывания дражируемых семян
На рис. 3 приведены кривые взаимных корреляционных функций изменения концентрации наполнителя и скорости скатывания дражируемых семян. Как видно из рисунка, связь почти функциональная. Небольшой разброс концентрации наполнителя к середине цикла объясняется расслоением его в процессе пневмотранспорта и циклическими включением и выключением дозирующего устройства подачи компонентов.
Наибольший интерес представляет график взаимной корреляционной функции процессов изменения угла трения исходных семян и скорости скатывания дражируемых семян (рис. 4). Как видно из графика, процесс изменения угла трения исходных семян остается стабильным в течение цикла с незначительными разбросами в середине цикла, а скорость скатывания дражируемых семян увеличивается.
Рис. 3. Взаимная корреляционная функция процессов изменения концентрации наполнителя
и скорости скатывания дражируемых семян
Семена, подготовленные к дражированию, имеют определенную влажность и чистоту, поэтому показатель угла трения остается стабильным в течение цикла подачи. Незначительный разброс объясняется с периодичностью процесса, связанный с частым включением и выключением транспортера подачи семян.
Что касается скорости скатывания дражируемых семян - она характеризует сыпучесть семян, то есть косвенный показатель угла трения. Как видно из графика, здесь нет прямой функциональной зависимости между двумя показателями (углом трения исходных семян и скоростью скатывания дражируемых семян). Как было выше сказано, скорость дражируемых семян в течение цикла возрастает. Это объясняется тем, что семена проходят ряд этапов, таких, как смачивание клеящей жидкостью, укатка, обволакивание наполнителем, и меняются их физико-механические свойства. Тем самым скорость скатывания увеличивается к концу цикла.
Начальный этап технологического процесса дражирования заключается в том, что во вращающийся барабан дражиратора подаются семена, и они одновременно опрыскиваются равномерным тонким слоем клеящей жидкости. Равномерность подачи семян и точность их дозирования во многом определяют дальнейший ход технологического процесса - качество (плотность дражевой оболочки, выравненность размеров драже) и количество (производительность дражиратора) получаемых драже.
-и 7 -3. 0 -г 70 -11 ; ш 2С 1 31 и 7
-а;
ГУ г \
\ V / > V- у \ 1 \
1 -Р Г \ / \ А
1 \
У \ -о в \
\ 1 \
\
рк;
Рис. 4. Взаимная корреляционная функция процессов изменения угла трения исходных семян
и скорости скатывания дражируемых семян
Контроль подачи семян осуществляли лотковыми тензометрическими датчиками, а контроль подачи компонентов драже и их концентрацию (клеящей жидкости, наполнителя) -массовым расходомером-счетчиком. Полученные материалы были обработаны методами математической статистики и теории вероятностей.
Проведем статистическую оценку указанных процессов.
В результате обработки экспериментальных данных на ЭВМ получены статистические характеристики также в виде средних величин и корреляционных функций (табл. 2). Необходимо отметить существенную разницу в результатах анализа, полученных с помощью средних величин и корреляционных функций.
По средним величинам нельзя оценить один из основных параметров процесса дражирования - равномерность распределения наполнителя по поверхности семян.
Таблица 2. Средние показатели операций в технологическом процессе дражирования
Наименование процесса шж «х "х
Подача семян кг/ с Подача клеящей жидкости, кг/с Подача наполнителя, кг/с 3,603 0,148 0,897 0,884 0,034 0,383 24,549 22,709 42,675
Некоторое представление о равномерности распределения наполнителя могут дать дисперсия или среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации. Как видно из таблицы, наиболее устойчивыми в технологическом процессе являются подача семян и клеящей жидкости. Коэффициенты вариации не превышают 25%, подача наполнителя варьируется в широких пределах, более 42%.
Проанализируем нормированные корреляционные функции подачи компонентов драже (рис. 5).
Как видно из полученных кривых р(т), процесс подачи компонентов драже протекает сравнительно однородно. Во всех процессах время спада корреляционных функций имеет значение порядка т0 = 4,5-4,6 мин., то есть стабилизация подач наступает к середине цикла. Это объясняется тем, что процесс подачи компонентов драже носит периодический характер, связанный с частыми пуском и остановкой установки для подачи компонентов.
У первой кривой, характеризующей подачу семян, амплитуда разброса семян относительно средней величины выше, чем у двух других процессов. Это связано с тем, что подача семян осуществляется механическим способом (транспортером). Более стабильным
является подача клеящей жидкости (кривая 2), поскольку гидравлическая транспортировка обеспечивает большую точность, чем пневматическая транспортировка (кривая 3).
\ V- ^ 1
и ^ и \
у 11 х
1 1 1 \ \
1 1 1
V ,. 7 ч V \ __ __ __ _
л 1 1 / / //
I4 7 ,Л у 1 11 ■
100 200 ш
Рис. 5. Нормированная корреляционная функция р(т) подачи компонентов драже: 1 - подача семян; 2 - подача клеящей жидкости; 3 - подача наполнителя
Большая вероятность отклонения подачи семян от средней величины свидетельствует о наличии некоторых причин, отрицательно влияющих на процесс загрузки. Устранение этих причин возможно за счет усовершенствования и обеспечения автоматического регулирования питающих и транспортирующих устройств. Однако оно не исключает необходимости статистического контроля загрузки как случайного процесса.
При оптимизации процесса дражирования по производительности для определения зависимости выхода дражированных семян от подачи исходных семян и компонентов драже были произведены замеры подачи исходных семян, компонентов драже и выхода дражированных семян. Для установления количественной зависимости между этими показателями полученные данные были обработаны на ЭВМ. Анализируемые процессы рассматривались как случайные. По программе вычисления статистических характеристик получены нормированные взаимные корреляционные функции выхода дражированных семян и подачи семян и компонентов драже (клеящей жидкости, наполнителя). Кривые взаимных корреляционных функций приведены на рис. 6.
С!) рЬ
<00 -300 -200 100 200 300 ¿00
г*- -02
/ V — ч
; \ -01
\ 1
-па \
-0 / 3
в)
Рис. 6. Взаимные корреляционные функции процессов: а) - подачи семян и выхода дражированных семян; б) - подачи клеящей жидкости и выхода дражированных семян; в) - подачи наполнителя и выхода дражированных семян
На рис. 6а отражена связь подачи исходных семян и выхода дражированных семян. На первый взгляд должна быть прямая связь между подачей исходных семян и выходом дражированных семян, но как видно, связь незначительная (т « 46 с). Это объясняется тем, что процесс дражирования является циклическим, и выход дражированных семян, то есть производительность зависит в первую очередь от качества компонентов драже. Максимум связи приходится на время т « -52 с. Запаздывание в связи подачи семян и выхода дражированных семян имеет и чисто физическое объяснение - не может быть мгновенного влияния подачи исходных семян на выход дражированных семян.
На рис. 6 б показана взаимная корреляционная функция подачи клеящей жидкости и выхода дражированных семян. Связь функциональная. Максимум составляет -0,27 с-1, что свидетельствует о хороших возможностях использования этой статистической характеристики в управлении.
Примерно такую же функциональную связь имеет взаимная корреляционная функция подачи наполнителя и выхода дражированных семян (рис. 6в). Максимум функциональной связи достигает -0,15 с-1, что указывает на хорошие возможности моделирования и управления этим параметром.
Поскольку связь между выходом дражированных семян и подачей исходных семян незначительная, то в дальнейшем в качестве выходного параметра был выбран более весомый показатель качества дражированных семян - диаметры изготовленных драже й (рис. 7).
Как мы видим, корреляционная связь в этом примере р(г) « 0,8 очень высокая. Очевидно, что изменение диаметра драже зависит от соотношения подачи семян и наполнителя.
Полученные статистические характеристики позволили оптимизировать процесс дражирования семян овощных культур.
-ш -300 -200 -юо № 200 300 4-00
-0.2
/ -ОА /
--- / / г У \
1 ~~~—
\ 1
\ /
рЫ
Рис. 7. Взаимная корреляционная функция процессов подачи исходных семян и изменения диаметра
полученных драже
Литература
1. Давидсон Е.И. Сельхозмашины. Идентификация, моделирование, кибернетика / СПбГАУ. -СПб., 2009.
2. Авдеев М.В. и др. Использование электрофизических воздействии ультразвука при дражировании семян //Вестн. Челяб. гос. агроинж-го ун-та. - Челябинск, 2003, Т. 38. -С. 26-29.
УДК 631.171 Аспирант О.И. ТЕПЛИНСКИЙ
(СПбГАУ, agro@spbgau.ru)
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ФИТОСАНИТАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Технологическая система, фитосанитарные работы, безопасность функционирования, автоматизированный агрегат, активный контроль
Мировые тенденции машинно-технологического обеспечения современного растениеводства способствуют переходу в нашей стране к высокоинтенсивным технологиям, формированию интеллектуального сельского хозяйства. Важной составляющей такого перехода является использование в технологических процессах производства растениеводческой продукции автоматизированных машинно-тракторных агрегатов, эксплуатация которых протекает под управлением информационно-навигационных систем [1]. Такое техническое оснащение технологических процессов позволит повысить точность функционирования технологических систем [2], последовательно выполняющих все действия, связанные с предметами производства (почвой, семенами, растениями), обеспечить правильность выполнения определенных действий исполнителей - людей-операторов машинно-тракторных агрегатов, за счет использования информационно-советующих и управляющих устройств, а также существенно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду путем оперативного контроля и управления расходом пестицидов и удобрений с целью оптимизации их применения.
Технологический и технический прорыв в отрасли требует также совершенствования существующих методов и средств обеспечения безопасности труда в системе человек-
