Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
Народнохозяйственное значение сои и перспективы соеводства в Амурской области 8
Механические повреждения и их влияние на качество вымолоченных бобов сои 12
Основные факторы, влияющие на повреждение семян сои при обмолоте 16
1. Механические характеристики семян сои 18
2. Технологические регулировки молотильного устройства 21
Обмолот зерновых и сои аксиально-роторными молотильно-сепарирующими устройствами 25
Использование неметаллических материалов в конструкции молотильных устройств 34
Выводы и задачи исследования 38
ГЛАВА 2. Теоретический анализ силового взаимодействия боба сои с рабочей поверхностью аксиально-роторногому 40
Силы взаимодействия единичного боба сои с рабочей поверхностью 41
1. Силы, возникающие при соударении семян сои сбильной планкой ротора МУ 41
Силы, действующие на боб сои при соударении с планками сепарирующей части ротора МУ 44
Силы, возникающие при соударении семян друг с другом 46
Определение необходимой толщины резинового покрытия элементов аксиально-роторного МУ 50
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований 55
Прочность, упругие и пластические деформации семян сои. Коэффициент Пуассона, трения растений сои 56
Определение коэффициента восстановления скорости семян сои 59
Определение динамической прочности семян сои 60
Определение механических повреждений семян сои 61
Полевые исследования работы зерноуборочного комбайна ПН - 100 «Простор» 63
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 72
Прочность, упругие и пластические деформации семян сои. Коэффициент Пуассона, трения растений сои 72
Коэффициент восстановления скорости семян сои 76
Динамическая прочность семян сои 78
Методика планирования экспериментов при описании процесса повреждения семян в МУ 83
Анализ результатов полного факторного эксперимента 91
Математическая обработка результатов эксперимента 93
Полевые исследования работы аксиально-роторного МУ на обмолоте сои 94
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность снижения механического по вреждения семян сои 101
Выводы и предложения 111
Список литературы 113
Приложение 124
- Обмолот зерновых и сои аксиально-роторными молотильно-сепарирующими устройствами
- Силы, действующие на боб сои при соударении с планками сепарирующей части ротора МУ
- Определение динамической прочности семян сои
- Методика планирования экспериментов при описании процесса повреждения семян в МУ
Введение к работе
Соя - это подарок природы человеку, она призвана решить проблему дефицита белка.
О.В.Щегорец
При производстве продукции с высоким содержанием белка, одна из ведущих ролей отдана такой сельскохозяйственной культуре, как соя. А одним из основных резервов наращивания производства, является улучшение качества уборки сои.
Эта культура находится в центре внимания дальневосточной сельскохозяйственной науки и зернового хозяйства.
С 20-х годов прошлого столетия накоплен богатый исследовательский материал, регулярно выпускаются научные и научно-популярные сборники, агротребования связанные с производством «дальневосточной жемчужины», что вкупе с многовековым практическим опытом по технологии возделывания, позволяют получать высокие урожаи сои. Однако существующие системы машин, участвующие в уборке сои приспособлены в основном для скашивания и обмолота зерновых культур, что приводит к неоправданным потерям энергетически ценного сырья, каким является соя.
В новом тысячелетии энергия белка сои будет иметь первостепенное значение для растущего населения земли, которое по прогнозам демографов к 2025 году будет насчитывать 8,5 миллиарда человек. Именно сейчас, как никогда актуальна задача наращивания на Российском Дальнем Востоке производства сои, где доминирующие положение занимает Амурская область, доля которой в этом производстве превышает 60% .
Природно-климатические условия в Амурской области вносят особенности в технологию и механизацию возделывания всех сельскохозяйственных культур, в том числе и сои. Характерным для Приамурья является то, что в период уборки (октябрь) выпадает мало осадков, а низкая отно-
сительная влажность воздуха способствует высыханию растений. В этих климатических условиях стручки, а также бобы сои теряют эластичность и, попадая под воздействие рабочих органов молотильно-сепарирующей системы (МСС) зернового комбайна, не предназначенного для уборки бобовых культур, легко разрушаются, приводя к механическим повреждениям бобов сои, а как следствие потере товарной ценности.
Развитие производства сои в настоящее время требует высокой механизации всех операций и особенно его уборки. Поскольку важным резервом увеличения производства сои является повышение урожайности, основу которой составляют высококачественные семена, то на конструкцию зерноуборочных машин их режимы работы накладываются особые требования.
Требование это сводится к следующему - при силовом взаимодействии семян с рабочими элементами зерноуборочных комбайнов семена не должны перегружаться выше своих естественных пределов прочности. Несоблюдение этого требования приводит к микроповреждению и дроблению семян, а следовательно к ухудшению товарных качеств.
Улучшение качественных показателей уборки сои возможно и экономически оправдано за счёт совершенствования конструктивных и технологических параметров зерноуборочных комбайнов, разработки для них сменных рабочих органов, приспособленных к специфическим особенностям этой культуры. Одно из направлений, повышающих эффективность рабочего процесса комбайнов - разработка и внедрение в их конструкцию аксиально-роторного МСУ. Испытаниями и использованием таких комбайнов в сельскохозяйственных предприятиях страны установлено, что их материалоёмкость в 1,2 раза ниже, чем комбайнов с классической молотилкой. Они при равных приведённых подачах обрабатываемой массы снижают потери и дробление зерна в 2-3 раза. У них меньше вращающихся валов и подшипников. При этом исследования аксиально-роторных систем проводились в западных регионах страны в основном на зерновых
культурах. А в особых условиях Дальнего Востока исследований недостаточно.
В связи с этим была поставлена задача исследования факторов, влияющих на ухудшение качественных показателей, то есть повреждение семян сои при взаимодействии с рабочими органами аксиально-роторного МСУ в условиях Амурской области, с целью обоснования принимаемых мер, направленных на снижение травмирования зерна сои при обмолоте.
Обмолот зерновых и сои аксиально-роторными молотильно-сепарирующими устройствами
Установлено [47] что эксплуатационные затраты на уборку урожая и его транспортировку для послеуборочной обработки зерна составляют 50-55% от всех затрат на возделывание зерновых, что обосновывает необходимость постоянного совершенствования технологий уборочных работ и технических средств, для их реализации с целью снижения себестоимости зерна.
Основным средством уборки зерновых, бобовых, крупяных, масленичных, кукурузы, риса и других культур является зерноуборочный комбайн. Несмотря на значительные успехи, достигнутые при конструировании, производстве и эксплуатации комбайнов, зерноуборочный комплекс машин ещё далёк от совершенства, как по конструкции рабочих органов, оптимальных значениях параметров его элементов, их компоновки, так и по организации всего цикла уборочных работ, соответствия машин условиям работы.
Одним из направлений повышающих эффективность рабочего процесса комбайнов является замена тангенциального молотильного аппарата; и клавишного соломотряса рабочим органом, в котором процессы обмолота и сепарации объединены, то есть аксиально-роторнымигМУ. В таких устройствах обмолачиваемая масса транспортируется вдоль оси вращения ротора по спирали-в зазоре между ротором и неподвижным: цилиндром, где происходит, обмолот и сепарация.
Первый!роторный комбайн (ТР 70) был выпущен в; США в 1974 г. фирмой "Сперри Нью Холланд"! Молотильно-сепарирующее устройство с этого комбайна; имеет два продольно установленных ротора диаметром. 432 мм. Поступающая?от наклонного транспортера масса разделяется на два потока и подается к двум роторам, которые вращаются в противоположных направлениях. Под приемными лопастями роторов установлена сепарирующая поверхность. Перемещаемаяшо і спирали масса обмолачивается параллельно установленными бичами в зоне обмолота, а в примыкающей к ней зоне сепарации осуществляется выделение оставшегося зерна. В;конце:каждого ротора масса сбрасывается отбойным битером; под которым также имеется- сепарирующая; решетка. Под молотильно-сепарирующим устройством расположена очистка обычного типа:
Вфоторных комбайнах фирм "Интернэшнл: Харвестер" и "Байт" применено молотильно-сепарирущее устройство с одним ротором,.который расположен вдоль комбайна.. Роторные: комбайны фирмы "Интернэшнл; Харвестер" выпускаются в GLLLA с 1977 г.. Аксиальное (роторное) молотильно-сепарирущее устройство І (МСУ) комбайна 1480,, "Интернэшнл Харвестер" состоит из ротора длиной 2743 мм, диаметром 762 мм, расположенного вдоль. комбайна, и неподвижного кожуха, который в нижней і своей з части: выполнен; в виде обмолачивающей деки и сепарирующей і решетки; Окружная скорость вращения ротора в идентичных условиях такая же, как и барабана обычного тангенциального молотильно-сепарирующего устройства, и регулируется с помощью вариатора. Ось ротора наклонена к горизонтали под углом 15. Подача растительной массы в. ротор аксиальная. В передней части ротора имеется конус с четырьмя лопастями, которые захватывают хлебную массу, поступающую от транспортера наклонной камеры и подают ее в молотильный зазор. Транспортировка массы в осевом направлении в зоне обмолота осуществляется бичами с рифами, закрепленными на цилиндре ротора. Бичи имеют винтовую и прямолинейную формы. В зоне сепарации параллельно оси ротора установлены, прямолинейные лопасти. Ротор вращается в цилиндрическом кожухе, открытом с торцов, в заходной части которого имеется воронкообразный усеченный конус, с меньшим основанием примыкающий к зоне обмолота. На внутренней поверхности этого конуса установлены винтовые направляющие (пять заходов), способствующие интенсивному продвижению массы в осевом направлении. Для подачи массы в МЄУ в воронкообразном кожухе имеются заходные карманы, расширяющие большее основание усеченного воронкообразного кожуха до размеров ширины транспортера наклонной камеры. Аксиальные винтовые направляющие расположены в верхней, глухой части цилиндрического кожуха, охватывающего ротор. В зоне сепарации установлены нерегулируемые сепарирующие решетки, образующие с ротором постоянный сепарирующий зазор. За ротором находится отбойный битер, выбрасывающий солому за пределы молотилки.
В комбайне 9700 "Вайт" один продольно расположенный ротор длиной 4267 мм, диаметром 800 мм установлен горизонтально. Подача массы в ротор аксиальная. Ротор закрытого типа, в передней части имеет цилиндрическую приемную часть с трехзаходным шнеком. Для подачи массы в МСУ перед ротором установлен приемный битер. За приемной частью ротора располагаются три терочно-обмолачивающих поверхности с:рифами одного направления, за каждой из которых устанавливается пара прямолинейных бичей с рифами одного направления. Передний бич (по направлению вращения ротора) имеет лобовую поверхность. Транспортировка массы в осевом направлении осуществляется бичами и на правляющими, размещенными на поверхности деки, сепарирующей решетки и на верхней части глухого цилиндрического кожуха, в котором вращается ротор. В зоне обмолота, установлена дека, состоящая из семи расположенных по длине секций. Молотильные зазоры регулируются специальным механизмом. В зоне сепарации установлены сепарирующие прутковые и пробивные решетки, которые имеют с ротором постоянный зазор. МСУ не имеет отбойного битера.
Модели комбайнов №5, №6 и №7 фирмы "Аллис-Чалмерс" имеют аксиальное молотилъно-сепарирующее устройство, расположенное поперек комбайна. Ротор длиной 2280 мм и диаметром 630 мм состоит из десяти дисков, на которых крепятся бичи с рифами І левого направления. Наклонный транспортер подает хлебную массу шириной 1 м тангенциально к ротору. Пройдя зону обмолота, нижняя часть которой выполнена в виде регулируемой деки, масса, двигаясь по спирали, попадает в зону сепарации. Молотильные зазоры деки имеют грубую регулировку болтами и тонкую эксцентриковым механизмом. Сепарирующие решетки имеют постоянный зазор с ротором, равный 26 мм.
Сепарация зерна осуществляется по всей поверхности кожуха. Над сепарирующей решеткой расположено устройство, совершающее возвратно-поступательное движение, которое препятствует скапливанию выделенного зерна на верхней части кожуха. Обмолоченная масса захватывается крыльчаткой, которая закреплена на конце ротора и подается к отбойному битеру. Отбойный битер подает соломистую массу на разбрасыватель или измельчитель.
Новый роторный зерноуборочный комбайн STS 9880 фирмы John Deere (рис. 1.4) — самый мощный в мире, мощность его двигателя 321 кВт. Прежде эту позицию занимали комбайны Lexion 480 фирмы Claas (305 кВт) и Jopliner SXL фирмы Deutz - Fahr (300кВт).
Силы, действующие на боб сои при соударении с планками сепарирующей части ротора МУ
При ударе боба сои о бильную планку ротора, упругие деформации в зоне контакта вызывают напряжения в семени. Если эти напряжения больше прочности боба, то боб разрушается и если меньше, то боб сохраняется как целая конструкция. За первый период удара (при условии, что напряжения в семени не превышают критических и боб не разрушается), ротор сообщает семени скорость, равную скорости бильной планки в точке удара, то есть Vj=Vp. Обладая упругостью, боб сои восстанавливает свою форму после первого периода удара и еще раз изменяет скорость движения.
Скорость движения относительно бильной планки ротора будет:
V2 = eVP (2-2)
где е - коэффициент восстановления; Vp - скорость ротора в точке удара Тогда абсолютная скорость боба сои после удара будет равна:
Уг = Уі + У2 = УЛ + Є С2 21)
Пренебрегая потерями скорости боба на пути бильная планка ротора -планка кожуха, в следствии малости зазоров между бильными планками ротора и планками кожуха можно предположить, что часть семян со скоростью Уз ударяется о планки кожуха. Принимая допущения 2.1.1 (рассматриваем удар боба сои о планку - как центральный; боб сои - сплошной однородный шар и так далее) определим силу удара при соударении боба с планкой кожуха.
При свободном соударении боба сои с планкой, процесс удара аналогичен процессу, происходящему при свободной ударе бильной планки по бобу. Поэтому уравнение (2.18) будет справедливо и для данного случая. Однако, если в случае удара боба о бильную планку ротора, скорость соударения равна Vp, то в данном случае, скорость соударения равна абсолютной скорости боба сои в момент удара. Тогда, подставив значение абсолютной скорости боба (2.21) в уравнение (2.18), получим значение силы удара боба о планки кожуха в виде уравнения:
При соударении семян друг с другом связь между контактной силой и сближением (деформацией) выражается уравнением (2.2). Предполагая, что семена сои при соударении имеют форму шара с радиусами Rj и Доопределим значение К, входящего в формулу (2.2).
Значение коэффициента К для случая, когда поверхности тел в близи точки контакта являются сферическими с радиусами Rj и R2, определяется из формулы [82]:
з(і-А ) НІА+&
= ( 2 л-Діі#І%- С2 23)
Как известно, значение ft для всех материалов лежит в пределах 0,1-0,5. Для боба сои принимаем условно цг = 0,3.
Тогда, считая для одного сорта семян сои /?/ = #? после упрощений (2.23) получим:
к = 52 EiR 5- (2-24)
С учетом полученного значения К, сближение бобов при ударе (общая деформация) определится из выражения:
Скорость соударения V0 зависит от абсолютной скорости бобов в момент удара и равна:
где: V] и -соответственно, скорость первого и второго семян в момент удара. Для частного случая, когда скорость одного боба определяется из выражения (2.21), а скорость второго боба в момент удара равна нулю, сила удара определится так:
Р -ШВГИГЕХ КЬ+ Г- (2-28
Максимальная сила удара, при прочих равных условиях, может возникнуть тогда, когда семена в момент удара обладают наибольшей начальной скоростью. Такое положение возможно при соударении семян, скорость одного из которых равна абсолютной скорости, определяемой по выражению (2.21), а второго- скорости после соударения боба с планкой кожуха, то есть:
Тогда скорость соударения определится:
v0=v v2=vA+e)2- (23)
Подставив выражение (2.30) в формулу (2.26) получим:
А. - WSTBTE? Ґ;!0+ef. (2.31)
Как видно из приведенных формул (2.19, 2.22, 2.28, 2.31), сила удара при обмолоте определяется несколькими основными факторами: упругими свойствами, боба и рабочего органа, размерами боба и скоростью ротора.
Расчёт, результаты которого представлены на рисунке 2.1 приложения, был произведён для кондиционных семян сои сорта «Луч Надежды» с модулем упругости 4-103МН/м2.
Графики показывают, что с увеличением скорости обмолота, сила удара возрастает как при соударении боба со стальной бильной планкой, так и при соударении с резиноармированной. Однако, замена стальной бильной планки на резиноармированную, вызывает снижение силы удара. Так при скорости 12 м/с сила удара о стальную бильную планку равна 70 Н, а об резиноармированную 22 Н. Причём, увеличение скорости соударения с 5 до 30 м/с вызывает более резкое увеличение силы удара для стальной бильной планки, чем для ре-зиноармированной. При соударении со стальной бильной планкой сила удара увеличивается в 5,2 раза, в то время как с резиноармированной только 3,9 раза.
Увеличение скорости ротора на 1 м/с, приводит к увеличению силы удара- для стальной бильной планки ; на 8 Н, для резиноармированной на 2,5 Н.
На основании наших экспериментов установлено, что для семян сои сорта «Луч Надежды» кондиционной влажности при соударении со стальной поверхностью начало дробления семян соответствует скорости удара 8 м/с, а на основании теоретических исследований этой скорости соответствует сила удара равная 50 Н. Следовательно, увеличение силы удара свыше 50 Н, должно неизбежно повлечь за собой механическое повреждения семян сои. На рисунке 2.2 приложения представлен график зависимости повреждаемости семян сои от скорости соударения.
Определение динамической прочности семян сои
Для изучения механической прочности семян сои при свободном соударении с рабочей поверхностью нами был использован пружинный прибор.
На текстолитовую станину при помощи зажимов закрепляем наглухо хвостовик рабочей пружины. Задний конец пружины согнут под углом 90 и утоплен в станине прибора. На передний конец рабочей пружины закрепляется рабочий орган. На переднем конце устанавливается полотняный улавливатель семян, снабженный хлопчатобумажным козырьком.
Перед испытанием единичного боба на прочность, рабочий конец пружины с бойком на конце отводился до одного из десяти положений (классов). Затем, при помощи пластинчатого фиксатора и штифтов рабочий конец пружины с бойком закреплялся в заданном положении. Испытуемый боб укладывался надлежащим образом в кромку скошенного края сектора. После укладки боба освобождался рабочий край пружины и производился удар бойка пружины по бобу.
На данном приборе исследовано повреждение семян трёх сортов сои: «Луч Надежды», «Росинка» и «Соната».
Растения каждого сорта обмолачивались вручную, и отбирался средний образец. Из среднего образца каждого сорта отбиралось по 300 семян, которые исследовались на повреждаемость при различных скоростях удара. Скорость бойка изменялась в пределах ох 8 до 17 м/с, что соответствует 1-4 классам прибора. На каждом классе прибора испытанию подвергали 100 семян.
Начало дробления семян для всех сортов определялось по моменту появления каких-либо повреждений оболочки боба (трещины, вмятины, сколы и так далее) обнаруживаемых с помощью лупы. Скорость бойка, соответствующая началу разрушения боба, принята как исходный показатель дробимости данного сорта (порог дробления).
После пропуска исследуемой партии семян через прибор, каждый боб осматривался, и определялся характер повреждения. По этим данным устанавливался как общий процент поврежденных семян, так и количество дроблёных и с микротравмами семян в отдельности.
В качестве материала рабочего органа, при свободном соударении, испытанию подвергалась резина разной толщины и сталь. При исследовании влияния толщины резинового покрытия на повреждаемость семян, на металлические бойки наклеивалась резина толщиной 1,2,3 мм. Определение механических повреждений семян сои При анализе семян необходимо, прежде всего, установить характер повреждения, а затем определить соответствующий тип травм. Все известные методы определения повреждения семян можно отнести к двум группам: методы прямого определения травм (просмотр семян через лупу; окрашивание семян с последующим просмотром их под лупой) [29,44,58,92,105] и косвенные методы, в«основе которых лежат коррелятивные зависимости между степенью травмирования семян и их биологическими свойствами (всхожестью, силой начального роста и так далее) [14,74,105]
Однако косвенные методы определения повреждения семян широкого применения в практике не нашли. По мнению самих же авторов, косвенные методы целесообразнее, использовать при определении повреждений семян отдельных культур, кроме того, они требуют длительного времени (7 и более дней) для получения данных о всхожести.
Использование большинства прямых методов при определении травмирования семян сои затрудняется тем, что смоченные семена сои (в любых растворах) через несколько секунд резко изменяют свою форму и, потерявшая определенную форму оболочка, окрашивается даже у не травмированных семян.
Поэтому нами принята методика определения травмированных семян путем просмотра их в лупу. Данный метод достаточно отработан, проверен-и может быть применен в практике оценке семян при испытании молотильных устройств зерноуборочных комбайнов.
Сущность комплексной методики определения повреждения семян сои, использованной нами, состояла в следующем.
От среднего образца семян сои, выделялись две навески (по 100 г каждая) для разбора на чистоту и для определения количества механических повреждений семян. При разборе навески удалялись сорные примеси, а оставшаяся часть взвешивалась на весах ВЛТК-500.
Из оставшейся части навески отбирались дробленые семена (семена с механическими повреждениями всех типов первой группы рис. 1.3), взвешивалась с точностью до 0,01 г и подсчитывалось процентное их содержание.
Процент дробленных семян вычислялся не к массе всей навески (100 г), а к массе семян основной культуры (оставшаяся часть навески после удаления сорных примесей).
Для определения количества травмированных семян из каждой навески подряд отбирались по 200 семян (всего по образцу анализировалось 400 семян).
Семена каждой сотни просматривались в бинокулярный микроскоп МБС-2 с 10-кратным увеличением.
Поврежденные семена раскладывались по типам травм, подсчитыва-лось содержание травмированных семян в каждой сотне, а окончательный результат выводился как среднее из анализа четырех сотен семян.
Исследовать работу аксиально-роторного молотильно-сепарирующего устройства с различными сочетаниями материалов рабочих элементов (сталь-сталь, резина-сталь) при обмолоте сои, определить оптимальные технологические регулировки и выявить наилучшие сочетания материалов, использование которых позволили бы значительно снизить механическое повреждение семян сои по сравнению с серийным молотильным устройством, является одной из основных задач экспериментов.
Сравнительные испытания проводились на обмолоте сои сорта «Луч Надежды» комбайном ПН-100 «Простор» (рис 3.3), который был снабжен сменными резиноармированными бильными планками ротора.
Оценка экспериментального участка производилась следующим образом. Для характеристики высоты растений., из разных мест по диагонали участка набирались три снопа по 50 растений в каждом. Затем обрезались корень и 50 мм стебля от корневой шейки (высота среза жатки), замерялась высота каждого растения (с точностью до 1 см) и определялась средняя их величина.
Засоренность экспериментального участка и соотношение веса семян и соломы определялись следующим образом.
С пяти площадок, расположенных по диагонали участка и ограничен-ных рамкой 1 м , срезались все растения на рабочем уровне режущего аппарата жатки комбайна (рис. 3.5 б).
Методика планирования экспериментов при описании процесса повреждения семян в МУ
Процесс механического повреждения зерна является результатом взаимодействия многих факторов. Для того чтобы изучить этот процесс и в дальнейшем им управлять необходимо выяснить, какую роль в рассматриваемом процессе играет каждый фактор в отдельности. Это даст возможность отыскать оптимальные условия протекания процесса или выбрать оптимальные величины переменных факторов.
Общий характер протекания процесса в зависимости от нескольких одновременно действующих факторов может быть представлен в виде полинома некоторой степени, где оценивается степень влияния каждого фактора в отдельности, а так же их совместное действие на исследуемый процесс: Y = bo + biXi +b2x2 + .. .+bnxn + b12X!X2+...+ b(n.i)nxn.,xn + Ь12зХіХ2Хз +...+ (4.1)
где у — выходной параметр (в нашем случае один из показателей
качества обмолота); bo, bj, b2- коэффициенты регрессии; Xi, Х2- переменные факторы.
Для определения коэффициентов уравнения достаточно провести серию опытов по схеме полного факторного эксперимента [14,58,62]. Опыты ставятся таким образом, чтобы независимые переменные или входные факторы варьировали на двух определенных условиях - верхнем и нижнем и осуществлялись все возможные сочетания независимых переменных факторов. Тогда необходимое число опытов определяется по формуле:
N=2n , (4.2)
где п - число независимых переменных факторов.
Планирование опытов представляется в виде специальной матрицы, где для каждого опыта указывается участие фактора на соответствующем уровне и приводится результат реализации каждого опыта.
Практика обмолота сои показывает, что основными факторами, влияющими на поврежденные зерна, являются: окружная скорость ротора, (Vp), зазор молотильного устройства (А) и влажность зерна (W).
Следовательно, необходимое количество опытов по схеме полного факторного эксперимента составит N=23 = 8 опытов, каждый из них проводится в трехкратной повторности.
В качестве примера получим математическую модель процесса дробления зерна сои серийным молотильным аппаратом (сочетание материалов сталь-сталь) и произведем статистический анализ этого уравнения.
Факторы, влияющие на дробление, их обозначения и уровни варьирования, а так же матрица планирования и результаты экспериментов приведены в таблице 4.5.
Знаки плюс или минус в матрице показывают на участие в опыте каждого фактора на верхнем или нижнем уровне.
Натуральные значения уровней входных параметров выбраны, исходя из диапазона их реальных значений в уборочный период.
Исходя их этого нижний уровень переменных факторов принят для влажности зерна - W = 10%, для скорости -VP = 9,Q м/с, для зазоров - Д = 10 мм. Верхний уровень для этих факторов принят соответственно - W = 18%, Vp = 13,5 м/с, А = 20 мм.
Остальные факторы ( равномерность загрузки, соотношение веса зерна и соломы и так далее) поддерживались постоянными на протяжении всех опытов.
Таким образом, спланированный эксперимент позволил получить математическую модель процесса дробления зерна и функция отклика будет иметь вид:
Л
Y= Ь0+Ь!Х!+ Ь2Х2+ Ь3Хз+Ьі2ХіХ2+ ЬізХіХ3+ Ь2зХ2Хз+ Ьі2зХіХ2Х3.
(4.3) После реализации экспериментов в соответствии с выбранной матрицей производим расчет коэффициентов регрессии по формулам:
, = 1ВД/ЛГ, (4.4) b Y iuYjuYJN, (4.5)
где Xiu - значение переменной в соответствующем столбце матрицы планирования;
Yu - результат и-того опыта; N— общее число опытов в матрице планирования. Согласно формуле (4.4) каждый коэффициент регрессии определяется суммированием результатов опытов Yu со знаками вектор-столбцов соответствующих факторов в матрице планирования. Для нашего примера, расчет коэффициентов Ы дал следующие значения: Ь0 = 1,648; Ъг = 1,197; Ь2 = - 0,140 и b3 = 1,078 Коэффициенты регрессии взаимодействий рассчитываем по формуле (4.5) Ьп = 0,048; b23 = -0,081; b]3 = -1,033; b123 = 0,007 Тогда уравнение (4.3) запишется: л Y = 1,648 - 1Д97Х! - 0,140x2 + 1,078х3 + 0,048х,х2 - 0,081х2х3 - 1,033x 3 + 0,007х!Х2Хз (4.6) Следующим этапом обработки результатов эксперимента должна быть проверка значимости коэффициентов регрессии. Целью её является выяснение, с какой степенью достоверности полученные значения коэффициентов регрессии отличаются от нуля. Таким образом статистическая проверка устанавливает, оказывает ли данный фактор заметное влияние на процесс (т.к. Ь{ есть мера влияния фактора на процесс). Если этого влияния нет, то значение Ь{ будет незначительно отличаться л от нуля, то есть изменение выхода процесса Y ПРИ изменении уровня соответствующего фактора будет соизмеримо с ошибкой его определения. В связи с этим для проведения статистического анализа полученных ре 87 зультатов необходимо прежде всего найти дисперсию воспроизводимости результатов опыта g \у , которая определится следующим образом.
