Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние механизации уборки листьев табака ...10
1.1 Общие сведения об уборке листьев табака 10
1.2 Технологии механизированной уборки листьев табака 11
1.3 Мониторинг конструкций технических средств для уборки листьев табака 13
1.4 Обзор теоретических и экспериментальных исследований 31
1.5 Научная гипотеза 35
1.6 Выводы по главе 35
2 Теоретическое обоснование параметров рабочих органов для отделения листьев табака средних и верхних ломок 37
2.1 Обоснование способа отделения табачного листа от стебля и разработка конструктивно-технологической схемы универсального рабочего органа вальцевого типа 37
2.2 Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа со стеблем табака 39
2.3 Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа с листом табака 44
2.4 Теоретическое определение угла установки режущих барабанов 51
2.5 Определение работы и силы резания черешка 56
3 Программа и методика экспериментальных исследований 58
3.1 Программа и задачи исследований 58
3.2 Методика определения биометрических параметров табачных растений в период уборки табака 61
3.3 Методика проведения лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа з
3.4 Устройство и технологический процесс работы рабочих органов для отделения листьев табака средних ломок 65
3.5 Методика проведения многофакторного эксперимента 67
3.6 Методика определения технологических и агротехнических оценочных показателей 73
3.7 Методика проведения полевых опытов и испытаний 74
3.8 Методика математической обработки результатов исследований 74
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 75
4.1 Биометрические параметры табачных растений в период уборки табака 75
4.2 Усилие среза табачного листа 79
4.3 Усилие необходимое для вырывания растений табака из почвы. 82
4.4 Результаты лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа 83
4.4 Результаты многофакторных экспериментов 87
4.5 Полевые испытания аппарата для отделения листьев табака от стебля средних и верхних ломок 95
5 Методика расчета параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур 97
5.1. Методика расчета рабочих органов 97
5.2. Пример расчета рабочих органов аппарата для отделения 100
листьев табака. 100
5.3. Рекомендуемые параметры универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур 102
6 Экономическая эффективность применения универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур ... 104
Заключение 112
Список литературы 114
- Мониторинг конструкций технических средств для уборки листьев табака
- Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа со стеблем табака
- Методика проведения лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа
- Результаты лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа
Введение к работе
Актуальность работы. Производство табака и табачных изделий является одной из стратегических отраслей агропромышленного комплекса нашей страны. Табак относится к наиболее трудоемким сельскохозяйственным культурам. Потребность промышленности в табачном сырье на сегодняшний момент велика. Это сырье находит широкое применение в фармацевтической промышленности, парфюмерном производстве, используется для производства средств биологической защиты растений, в производстве высококачественных и малотоксичных курительных изделий, а также других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Зеленый молодой табак представляет собой великолепный исходный материал для генно-инженерных экспериментов и исследований. В целях дальнейшего повышения эффективности работы табачной отрасли в условиях импортозамещения необходимо повысить рентабельность производства табака, что возможно только с применением ресурсо- и энергосберегающих механизированных технологий, а механизация уборки листьев табака является актуальной проблемой.
Степень разработанности темы исследований. В области применения машин для уборки листьев табака достигнуты успехи в США, там используется технология производства табака сортотипов Вирджиния и Берлей.
В отечественной практике были затрачены большие средства для повторения, как технологии, так и технических средств для осуществления полного цикла уборки. Но разработчики столкнулись с рядом проблем, так как технические решения, применяемые в зарубежных машинах, не подлежат корректировке по параметрам, взаимосвязанных с разбросом урожайности и большой вариацией биометрических характеристик растений табака отечественной селекции. В нашей стране разработан и изготовлен ряд моделей машин для уборки табака сортов отечественной селекции, опытные образцы которых прошли испытания в зонах развитого табаководства. Однако эти разработки нашли внедрение только при уборке листьев средних ярусов.
Значительный вклад в разработку листоотделительных устройств внесли такие ученые как И.П. Леонов, С.М. Ложаев, М.Я. Молдован, А.П. Михайлов, В.И. Кацен-ко, Новиков, Б.П. Подгорный, Е.И. Виневский, Е.И. Флоренцев, В.Д. Розинцев.
Таким образом, разработка и исследование технологии уборки листьев табака отечественных сортотипов, а также создание универсальных рабочих органов, способных осуществлять уборку табачных листьев с минимальными потерями, является актуальной задачей.
Целью настоящей работы снижение потерь при уборке листьев табака, путем обоснования параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа.
Задачи исследований:
- проанализировать технологии, и технические средства механизации уборки табач-
ных листьев.
- разработать конструктивно-технологическую схему универсального рабочего ор-
гана вальцевого типа и пневматического противореза для отделения листьев табака средних и верхних ломок.
- разработать математическую модель взаимодействия универсального рабочего ор-
гана вальцевого типа со стеблем и листом табака.
- разработать математическую модель, описывающую зависимость работы силы ре-
зания от конструктивно-технологических и биометрических параметров.
- экспериментально обосновать параметры и режимы работы универсального рабо-
чего органа вальцевого типа для уборки табака средних и верхних ломок.
- разработать методику инженерного расчета, для определения основных параметров
и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа.
- определить экономическую эффективность внедрения универсального рабочего
органа вальцевого типа.
Научная новизна: разработана физико-математическая модель взаимодействия листоотделительного аппарата со стеблем растения в процессе отделения листьев табака; выявлены зависимости для определения скорости и ускорения свободной точки кромки лезвия листоотделительного барабана; получены выражения для определения работы резания при отделении листа от стебля.
Практическая значимость заключается в усовершенствование технологического процесса уборки листьев табака и разработке универсального рабочего органа вальцевого типа; разработке исходных требований на универсальный комбайн для уборки листьев табака средних и верхних ломок; в предложенной методике инженер-
5 ного расчета универсального рабочего органа для уборки листьев табака.
Методология и методы исследования. Базировалась на основе стандартных методик математического анализа, натурного эксперимента, статистической обработке и графической интерпретации полученных данных.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Усовершенствованный технологический процесс уборки листьев табака;
-
Зависимости параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур от условий их эксплуатации;
-
Оптимальные параметры и режимы работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур при отделении листьев табака средних и верхних ломок от стебля;
-
Методика инженерного расчета параметров универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака средних и верхних ломок;
-
Экономическая эффективность применения универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака от стебля средних и верхних ломок.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность работы подтверждена экспериментальными исследованиями, положительными результатами предварительных испытаний табакоуборочного комбайна КТУ-720 проведенных на опытных полях ФГБНУ ВНИИТТИ. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (ФГБОУ ВО КубГАУ 2003 – 2016 г.г.), «Проблемы повышения качества и безопасности табака и табачных изделий» (ГНУ ВНИИТТИ 2005-2015 г.г.); «» (ВГТУ 2006 г.); «Совершенствование технологий производства и переработки продукции животноводства» Волгоградский государственный технический университет (ВГТУ 2005 г.). Исследования являются результатом выполнения государственных контрактов ГНУ ВНИИТТИ с департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края № 4.1.8/67 – 2006 по теме «Разработка усовершенствованной технологической схемы и рабочих органов технического средства для уборки табака», а так же постановления Законодательного Собрания Краснодарского края от 21 апреля
6 2004 г. N 743-П Об утверждении программы «Производство табака и табачных изделий в Краснодарском крае» на 2004 - 2006 годы.
Публикации результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 20 научных работ, включая статью в журнале, входящем в международную базу цитирования Scopus, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получены три патента РФ на изобретения и один на полезную модель.
Мониторинг конструкций технических средств для уборки листьев табака
Из-за сложности конструкции рабочих органов листоотделительный аппарат трудно поддавался регулировке, а, следовательно, при уборке наблюдалось сильное травмирование части листовой пластинки, давленность листьев, а так же травмирование стебля.
Наибольший прогресс по качеству уборки был достигнут при разработке листоотделительного устройства цепочно-диафрагменного типа. Экспериментальный образец машины с данным аппаратом, предназначенным для уборки листьев табака средних ломок, показал полноту сбора до 95% на уборке табака черешкового типа при скорости машины до 3 км\ч.
Недостатками данного листоотделительного аппарата явились: - высокая повреждаемость листовой пластинки; - высокий процент листьев опавших на поверхность земли. Однако, попытки исследователей создать машину для уборки и сидячелист-ных сортов табака по данной технологической схеме пока не имеют положительных результатов. Следующим этапом развития явилось создание листоотделительного аппарата, состоящего из двух цепных двухконтурных транспортеров, (Рисунок 1.7) каждый, из которых содержал станину, ведущую и ведомую звездочки, на которых была установлена основная цепь. На основной цепи были закреплены равно отстоящие друг от друга пальцы, содержащие ролики, на которых устанавливалась листоотделяющая цепь [80].
Для ее натяжения на нерабочей ветви транспортера были предусмотрены компенсаторы, связанные посредством пружин с рейкой. Каждый транспортер был оснащен направляющим лотком и направителем. При движении машины стебель растения табака, попадавший в рабочее русло, замыкался пальцами и охватывался листоотделяющими цепями, образующими вокруг стебля ячейку. В результате того, что линейная скорость вращающихся навстречу, друг другу пальчато-цепных транспортеров была равна поступательной скорости машины и направлена в противоположную сторону, образованная в результате охвата цепями ячейка не двигалась относительно стебля в горизонтальном направлении. Так как рабочий орган был установлен под углом к горизонтальной рабочей поверхности, охватывавшая его ячейка двигалась по нему снизу вверх и отделяла листья. В конце рабочего русла пальцы размыкались, с ними размыкались и цепи. Далее отделенные листья перебрасывались и перемещались к сдвоенному транспортеру. Аппарат впервые был установлен на табакоуборочной машине МТПГ-1 (Рисунок 1.8) [78, 79, 80].
Проведенные испытания показали что при движении машины со скоростью 3 км/ч полнота сбора целых листьев достигала 71–82% на различных сортах табака, общие потери составили 7,4–8,8 % в том числе 1,6–1,1 % невозвратимые [78]. Отсюда можно сделать вывод, что листоотделительный аппарат и имел ряд достоинств: высокую полноту сбора, малую величину невозвратимых потерь, высокую надежность. Но испытания выявили и ряд недостатков, основным из которых явилось то, что на ранних сроках вегетации, когда корневая система растения еще недостаточно укоренилась, происходило вырывание его из почвы в процессе лис-тоотделения.
В 1988 году на испытаниях был выявлен целый ряд недостатков конструкционного характера. Одним из серьезных недостатков явилось то, что элементы конструкции машины ограничивали механизатору обзор рядков растений с рабочего места в положении сидя. И в 1991 году машина МТПГ-1 претерпела модернизацию. Практически создавалась абсолютно новая машина, получившая название МТПГ-1М. Основным отличием данной машины от своей предшественницы явилось то, что теперь место механизатора располагалось спереди агрегата, что позволяло беспрепятственно обозревать рядки растений [81].
На основании изучения мирового опыта разработки листоотделительных устройств для уборки табака учеными ВНИИТТИ в 1995 году была разработана технологическая схема перспективного листоотделителя (Рисунок 1.9). Принцип его работы заключался в отделении листьев табака от стебля с помощью вращающихся металлических барабанов.
Листоотделительный аппарат состоял из двух несущих бесконечных цепных контуров 1 с установленными на них барабанами 2, имеющими цилиндрическую поверхность 3 и режущие кромки 4. Попарно барабаны образовывали в рабочей зоне листоотделяющие ячейки 5. Барабаны с помощью дополнительных цепных контуров 6 вращались в подшипниковых опорах 7, смонтированных на пальцах 8 несущих цепных контуров 1. Привод несущих цепных контуров 1 и дополнительных цепных контуров 6 осуществлялся звездочками [84].
Так же для улучшения захвата растения и сопровождения во время отделения листьев в центральных впадинах несущих цепных контуров были установлены демпфирующие прокладки, образующие, как и несущие цепи, замкнутый контур. Данный листоотделительный аппарат представляет последнюю перспективную разработку и имеет ряд достоинств, выгодно отличающих его от других моделей.
Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа со стеблем табака
Для получения наглядного представления о характере изменения абсолютной скорости точки В в зоне листоотделения необходимо построить графики (Рисунок 2.5 и 2.6): изменение величины абсолютной скорости, изменение проекций абсолютной скорости на координатные оси и изменения углов между вектором абсолютной скорости и координатными осями при изменении угла поворота барабана. 30 60 90 120 150 180 210 2І0 270 300 330 360 а - абсолютная скорость, б - осью ОХ, в - осью ОY, г - осью ОZ График изменения абсолютной скорости точки В в зоне листоотделения а – осью ОХ, б – осью ОY,в – осью ОZ Рисунок 2.6 – График изменения угла между вектором абсолютной скорости точки В в зоне листоотделения Графики на рисунках 2.5 и 2.6 построены при следующих значениях конструктивных и режимных параметров: б = 25, Rб 0,072 м, б = 14, б = 1,01 с-1. График (Рисунок 2.5, а) изменения абсолютной скорости точки В в зоне листоот-деления показывает, что при совпадении направлении движения перемещения барабанов по цепному контуру Vp.a. и угла поворота барабана в пределах 180-360 абсолютная скорость растет по криволинейной зависимости и достигает максимума при в верхней точке при совпадении с осью ОХ, и, соответственно, абсолютная скорость падает в пределах 0-180 и достигает минимума в нижней точке при совпадении с осью ОХ. При увеличении скорости подачи Vnod, т. е. скорости движения машины, изменение скорости начинает приближаться к линейной зависимости, однако, характер ее изменения меняется не значительно, а изменяется только абсолютная величина.
Из графиков (Рисунок 2.5, а, б, в) изменения проекций абсолютной скорости на координатные оси видно, что характер их изменения в целом не меняется, однако, наибольшее ее изменение и, соответственно, значение присуще оси ОХ, а наименьшие оси OZ. Характер изменения абсолютной скорости по оси ОХ, которая по направлению совпадает с направлением перемещения срезанного листа, позволяет сделать вывод, что при срезе лист будет оставаться в зоне листоотделе-ния, что позволит повысить полноту сбора.
Графики изменения (Рисунок 2.6, а, б, в) угла между вектором абсолютной скорости точки В в зоне листоотделения позволяют судить в каждый момент времени поворота барабана по углу cot о направлении вектора в пространстве.
Проанализировав полученные графики можно сделать вывод, что увеличить производительность машины можно за счет увеличения скорости подачи Vnod, т. е. увеличением скорости движения машины, при этом значительных потерь урожая за счет уменьшения полноты сбора наблюдаться не будет.
Ускорение произвольной точки В будет определяться по выражению: a =. a 2 X +aY 2 + aZ 2 =, ( d 2 X )2 + ( d 2 Yrf + ( d 2 Z 2, (2.24) dt 2 dt dt 2 При этом вторые производные траекторий будут соответственно равны: —г = -R6(o26 cos a6 sin co6 t,dt 2 б б б б (2.25) d2YB = Roy1 sin CO, t,dt 2 б б б (2.26) d27B = RW,sina, sin coJ, 2 б б б б (2.27) Подставляя выражения (2.25, 2.26, 2.27) в выражение (2.24) после преобразований получим: aB RбCOб sin2 coб /(cos2 aб + sin2 aб), откуда aB = Rбco2б sin coб t, (2.28) Таким образом, ускорение произвольной точки кромки лезвия барабана зависит от радиуса барабана и его угловой скорости. 2.4 Теоретическое определение угла установки режущих барабанов
Из конструктивно-технологической схемы представленной на рисунке 2.1, видно, что угол установки вальцов друг к другу и угол между траекториями движения режущих барабанов б конструктивно выполнены одинаковыми, однако их можно сделать отдельно регулируемыми, поэтому угол установки режущих барабанов будем принимать как угол между траекториями движений. В процессе работы необходимо чтобы стебель проходил между барабанов без повреждений, т. е. образовывается технологический зазор Sтехн (Рисунок 2.7). Кроме того, чтобы вращение барабанов происходило без заклинивания ввиду клейкости листьев табака, необходимо так же обеспечить конструктивный зазор Sконстр. между соседними барабанами одной линии. Помимо этого, срез черешка не должен приводить к повреждению стебля и листа, т. е. складывается ограничение на удаленность барабанов от стебля, который в пределе будет равен длине черешка lчер.
Из рисунка 2.7 видно, что радиус барабана будет касаться заданных параметров в точках А, В, С. При составлении зависимости необходимо учесть биометрические параметры, т. е. то, что стебель табака представляет собой конус (Рисунок 2.8). Из исследований Каценко В.И. известно [31]: X = pcos(p Y = p sin p Z = {RH-RB)tgyy (2.29) где p - радиус вектор, м; (p - угол поворота радиуса вектора, град; RB - радиус стебля в конце ломки, м; RH - радиус стебля в начале ломки, м, Кл.о. - радиус стебля в момент отделения листа, м; ці - угол между образующей и нормальной плоскостью стебля, град; Нср - высота среза листа, м.
Координата Z, входящая в выражение (2.29) характеризует высоту среза. Из выражения (2.29) с учетом биометрических параметров растений найдем: RJJ0 =RH±3SR СР Н tg(iy±3S4,y (2.30) гдезл - стандартное отклонение от среднестатистического радиуса стебля в начале ломки, м. 3S - стандартное отклонение от среднестатистического угла между образую щей и нормальной плоскостью стебля, м.
Учитывая вышеизложенное и проведя ряд математических преобразований, получили зависимость для определения угла между траекториями режущих барабанов: R ёш + / + 3S, н tg(w±3S) чер !" / = 2arcsin( w ). (2.31) L Выражение (2.31) показывает изменение угла между траекториями режущих барабанов в зависимости от изменения биометрических параметров растений и высоты ломки. Однако использование данного выражения затрудненно ввиду наличия постоянно меняющихся параметров. Поэтому при проектировании лис-тоотделительного аппарата необходимо задаваться среднем значением радиуса стебля, который будет включать в себя и радиус конца и начала ломки, а угол между траекториями движениями режущих барабанов корректировать изменением величины конструктивного зазора SKOHCmp и величиной технологического зазора SmexH. При этом для определения величины технологического зазора SmexH между режущими барабанами необходимо учитывать биометрические параметры растений табака в период уборки, а так же конструкционные параметры листоотдели-теля.
Методика проведения лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа
Лабораторные исследования универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака в несколько приемов проводились на универсальном гидромеханическом стенде (Рисунок 3.3).
Универсальный гидромеханический стенд состоит из следующих узлов: рамы, навесного устройства, направляющих путей, гидростенда, тележки для растений и механического привода. Рабочие органы приводятся в движение гидроприводом. Техническая характеристика стенда представлена в таблице 3.1
Количество направляющих путей, шт. 2 Количество зажимов на тележке, шт. 7 Скорость перемещения тележки, м/с 0,23…..1,42 Пределы регулирования оборотов гидромотора, мин-1 0….900 При исследовании влияния параметров рабочих органов аппарата для уборки листьев табака в несколько приемов на качество отделения определяли: полноту сбора листьев с растения, степень повреждения листовой пластинки табачного листа, степень повреждения стебля табачного растения и количество выдернутых растений из почвы.
При проведении опытов с помощью вариатора 9 устанавливалась необходимая скорость перемещения тележек. Затем в зажим 7 тележки 4 устанавливалось одно растение. Включался гидропривод рабочего органа, и устанавливалась необходимая частота вращения ножей - барабанов. С помощью специального соединительного пальца тележка 4 соединялась с движущей тяговой цепью 5, и растение протягивалось через рабочие органы. После проведения данных мероприятий с растения и отделенных листьев снимали вышеописанные показатели качества.
Универсальный рабочий орган вальцевого типа, предназначенный для отделения листьев табака (Рисунок 3.4) содержит два цепных контура 1, с барабанами 2, имеющими режущие кромки 3 и установленными в подшипниковых опо 66 рах 4,смонтированных на пальцах 5, а так же звездочки 6 для привода барабанов и дополнительные цепные контуры 7. Подшипниковые опоры охвачены парой гибких бесконечных элементов 8. Аппарат оснащен парой вальцов 9, имеющих винтовую поверхность 10. Барабаны образуют в рабочей зоне листоотделяющие ячейки 11. Над аппаратом расположена пневматическая система, состоящая из нагнетающего вентилятора 12 и пары воздуховодов с соплами 13. Сопла располагаются над аппаратом вдоль его продольной оси под углом к нему и имеют отверстия, через которые воздушный поток направляется на листовые пластинки к центру тяжести табачного листа для ориентации их в горизонтальное положение и прижатия к режущим кромкам отделительных барабанов.
Технологический процесс работы универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака протекает следующим образом. При движении аппарата вдоль рядка табачных растений, стебли табачных растений попадают в зону отделения, листья табака под воздействием воздушного потока создаваемого вентилятором 12, принимают горизонтальное положение, благопри 67 ятное для их отделения. Ячейки 11 охватывающие стебли табачных растений при движении цепных контуров движутся вдоль стебля снизу вверх за счет наклона листоотделительного аппарата вперед относительно горизонта [68].
Отделение листьев происходит в листоотделяющих ячейках по всей окружности стебля перерезанием черешков листьев режущими кромками 3 активно вращающихся барабанов 2, которые получают привод от дополнительных цепных контуров 7 через звездочки 6.
Для увеличения надежности зацепления звездочек 6 с дополнительными цепными контурами 7 подшипниковые опоры 4 охвачены парой гибких бесконечных элементов 8, не позволяющих звездочкам 6 выходить из зацепления с цепными контурами 7. Поскольку, усилие на отделение листьев направленно снизу вверх, для предотвращения возможного вырывания растений из почвы нижняя часть стеблей табачных растений, при попадании в зону отделения листьев, захватывается и удерживается парой вальцов 9, имеющих винтовую поверхность 10 для удерживания и сопровождения стеблей при перемещении аппарата вдоль рядка.
Положительный эффект от применения гибких бесконечных элементов в приводе барабанов заключается в повышении надежности работы аппарата, а за счет этого в повышении качества отделения листьев (без повреждений). Применение удерживающих вальцов дает так же положительный эффект, предотвращая вырывание табачных растений из почвы при отделении листьев. Все это вместе позволяет увеличить производительность при уборке листьев табака.
Аппарат для отделения листьев табака испытывался в лаборатории механизации ВНИИТТИ и показал надежность в работе.
Для исследования параметров универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака в несколько приемов использовался математический метод планирования многофакторного эксперимента. Основной задачей данного эксперимента являлось получение математической модели объекта исследования в виде уравнения регрессии. Исследования проводили согласно методике [21] [93].
Для получения более полной информации об изучаемых зависимостях мы решили воспользоваться полнофакторным экспериментом 23. План эксперимента в кодовом масштабе записан в таблице 3.2. Каждый из факторов варьировался на двух уровнях, а опыт проводился в пятикратной повторности. Кодированные значения факторов (xг) связаны с натуральным (x1 ) соотношениями: _xI-xI0 j Ґ , (3.3) x =x0+Дx -x] x — x где Аx, = -max—,min - интервал варьирования; xг - кодовое обозначение действительного значения фактора; x10 - действительное значение i-го фактора на основном уровне.
Результаты лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа
Проанализировав полученные данные можно сделать вывод, что при увеличении частоты вращения до 60 мин-1 полнота сбора увеличивается и достигает 90%. При последующем увеличении частоты вращения полнота сбора резко снижается до уровня в 60-65%, что свидетельствует о выбросе листа из зоны листо-отделения. При дальнейшем увеличении частоты вращения полнота сбора изменялась в незначительном диапазоне и достигла величины 45-55%, что свидетельствует о достижения предельного значения. Исходя из результатов проведенных исследований и анализа графика представленного на рисунке, мы определили, что частота вращения барабанов должна варьироваться в пределах от 20 до 100 мин-1 с интервалом
На основании данных, полученных в ходе проведения предварительных опытов, нами был определен центр опыта, вокруг которого предположительно будут располагаться искомые режимные параметры. В таблице 4.7 представлены факторы в кодированном и натуральном значениях с уровнем варьирования.
Учитывая специфику поярусной уборки листьев табака в три прохода, и исходя из выше предложенного разделения, в процессе исследований сделано два многофакторных эксперимента, соответственно для средней и верхней ломок. Критерием для оценки исследуемых факторов принята полнота сбора листьев табака. Оптимизация параметров и режима работы рабочих органов аппарата для отделения листьев табака от стебля проводилась на лабораторной установке, представленной на рисунке 3.3. Ограничивающим фактором полноты сбора является повреждаемость листовой пластинки. Результаты эксперимента представлены в таблицах 4.8 и 4.9. Таблица 4.8 – Экспериментальные данные работы универсального рабочего орга на вальцевого типа при средней ломке
После реализации опытов и обработки их результатов с помощью пакетов прикладных программ для ПЭВМ получены математические модели процесса листоотделения табачных листьев при уборке средних и верхних ломок в натуральных и кодированных значениях факторов. Статистическую обработку полученных данных производили по методике, приведенной в 3 главе (приложение Д). Таблица 4.9 – Экспериментальные данные работы универсального рабочего орга на вальцевого типа при верхней ломке
Для нахождения экстремумов указанных функций, т. е. оптимального сочетания факторов воспользуемся методом наименьших квадратов. Для этого необходимо для каждого случая получить частные производные по каждой переменной и приравнять их к 0. Тогда получим:
Подставив в выражения (4.1) и (4.2) значения одного из факторов, угол наклона листоотделителя ( X2 ), получим графики влияния сочетания остальных факторов ( X1 , X3 ) на параметр оптимизации (Y1). Для анализа полученных зависимостей приводили их к типовой канонической форме. После этого фиксировали один из параметров в области оптимального значения, а другие начинали варьировать. Полученные графики (Рисунок 4.7– 4.8) рассекали плоскостью для изучения степени влияния каждого из факторов. х = 0,0099 х = 0,0427 х = 0,4966
Поверхность зависимости полноты сбора Поверхность зависимости полноты сбора при средней ломке от частоты вращения ба- при средней ломке от частоты вращения рабанов и угла наклона листоотделителя барабанов и скорости движения машины
Поверхность зависимости полноты сбора при средней ломке от угла наклона листоотделителя и скорости движения машины Поверхности откликов зависимости полноты сора при средней ломке х = -0,3846 х = -0,0256 х = 0,0434
Поверхность зависимости полноты сбора при верхней ломке от частоты вращения барабанов и скорости движения машины Поверхность зависимости полноты сбора при верхней ломке от угла наклона листоотделителя и скорости движения машины Поверхность зависимости полноты сбора при верхней ломке от частоты вращения барабанов и угла наклона листоотделителя
Поверхности откликов зависимости полноты сора при верхней ломке При анализе поверхностей зависимости полноты сбора при средней ломке в зависимости от факторов видно, что наибольшие влияние оказывает частота вращения барабана, а наименьшие – скорость движения машины.
Анализ графиков показывает значения частоты вращения барабанов и угла наклона листоотделителя необходимые для достижения максимальных значений параметров оптимизации при использовании машины для уборки средних ломок. Таким образом, для достижения оптимальной полноты сбора листьев табака необходимо обеспечить частоту вращения барабанов 60-70 мин-1, а угол наклона листоотделителя 25-300 при скорости движения машины 2,5 км/ч.
Подставив полученные данные в уравнение (4.1) получим максимальное значение полноты сбора листьев Y1=95.1- 97.2%.
Проанализировав поверхности зависимости полноты сбора при верхней ломке можно сделать вывод, что на критерий оптимизации наибольшие влияние оказывает угол наклона листоотделителя, а наименьшие скорость движения машины. На повреждаемость листовой пластинки при верхней ломке наибольшие влияние оказывает скорость движения машины, а наименьшие частота вращения барабанов.
Анализ графиков показывает значения частоты вращения барабанов и угла наклона листоотделителя, необходимые для достижения максимальных значений параметров оптимизации. Таким образом, для достижения оптимальной полноты сбора листьев табака, необходимо обеспечить частоту вращения барабанов 40-50 мин-1, а угол наклона листоотделителя 22-250 при скорости движения машины 3,5 км/ч. Подставив полученные данные в уравнение (4.2) получим максимальное значение полноты сбора листьев Y1=95.1- 97.2%.