Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние механизации уборки и первичной обработки лука
1.1 Значение корнеклубнеплодов лука в аграрном комплексе. Особенности развития и биологии лука 11
1.2 Интенсивная технология производства лука репчатого 14
1.3 Обзор критериев выбора и способов сепарации плодов овощных культур 17
1.4 Обзор технических средств механизации для уборки и первичной сепарации лука 19
1.5 Обзор теоретических исследований различных видов сепарации корнеплодов 35
Цель и задачи исследования 44
Глава 2. Теоретическое определение основных конструкторских и ки нематических параметров сепаратора лукового вороха 45
2.1 Технология процесса разделения лукового вороха на продольной горке 45
2.2 Теоретическое обоснование скоростей ленточного и планчатого транспортёров наклонной горки 48
2.3 Определение предельного угла наклона сортировальной горки 52
2.4 Определение скорости схода комьев с ленточного транспортёра . 57
2.5 Определение скорости сбрасывания луковицы планкой транспортёра 67
Выводы 75
Глава 3. Методика экспериментальных исследований продольной горки 76
3.1 Программа исследований 76
3.2 Условия и объекты исследования 78
3.3 Общая методика экспериментальных исследований з
3.4 Приборы и оборудование, применяемые при проведении экспериментальных исследований 85
3.5 Методика определения физико-механических свойств почвы и лука
3.5.1 Размерно-массовая характеристика луковиц и комьев почвы 90
3.5.2 Определение коэффициентов трения луковиц и комьев почвы...91
3.5.3 Методика определения влажности почвенных комков
3.6 Методика определения допустимой и критической скоростей падения луковицы на различные поверхности 95
3.7 Методика проведения однофакторных экспериментов по определению параметров наклонной горки 97
3.8 Методика проведения многофакторного эксперимента 98
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований продольной горки 108
4.1 Размерно-массовая характеристика луковиц и комьев почвы 108
4.2 Результаты определения влажности почвы НО
4.3 Фрикционные свойства луковиц и комьев почвы
4.3.1 Значения коэффициентов трения скольжения комьев почвы по различным конструкционным материалам 112
4.3.2 Значения коэффициентов трения качения луковиц по различным конструкционным материалам 114
4.3.3 Значения коэффициентов трения скольжения движения комьев почвы и луковиц по различным конструкционным материалам
4.4 Зависимость повреждения луковиц от скорости их удара 117
4.5 Влияние угла наклона горки и соотношения поступательных скоростей транспортёров на количество примесей в ворохе 119
4.6 Оптимизация конструктивных и кинематических параметров горки для выделения примесей из лукового вороха 121
Выводы 129
Глава 5. Определение основных экономических показателей при использовании горки для выделения примесей из лукового вороха 131
5.1 Затраты на изготовление продольной горки 132
5.2 Технико-экономические показатели применения продольной горки 134
5.3 Производственные затраты при использовании горки в сравнении с ручным трудом 135
Общие выводы и практические рекомендации 136
Список использованной литературы 139
Приложения
- Обзор критериев выбора и способов сепарации плодов овощных культур
- Определение скорости схода комьев с ленточного транспортёра
- Приборы и оборудование, применяемые при проведении экспериментальных исследований
- Значения коэффициентов трения скольжения комьев почвы по различным конструкционным материалам
Введение к работе
Актуальность темы. Ценность репчатого лука как овощной культуры общеизвестна и обусловлена содержанием в нём важнейших элементов питания, однако до настоящего времени его выращивание сопряжено с большими затратами ручного труда. Если операции посева, междурядной обработки и послеуборочной окончательной доработки лука механизированы, то этого нельзя сказать об уборке и первичной сепарации, на которую приходится до 60% всех затрат труда.
Существующие на данный момент машины и орудия для уборки овощных культур в качестве средств первичной сепарации используют рабочие органы, не позволяющие из общего вороха выделять комья почвы сопоставимые по размеру с луковицами
Для решения этой проблемы необходимо на основе анализа способов уборки лука его биологических и физико-механических свойств усовершенствовать технологию и разработать продольную наклонную горку, для серийно выпускаемой овощеуборочной машины, удовлетворяющую агротехническим требованиям процесса разделения лукового вороха.
Цель исследования. Совершенствование технологии уборки лука с использованием модернизированной продольной горки, повышающей её производительность за счёт улучшения процесса разделения лукового вороха.
Предмет исследования. Продольная наклонная горка для выделения лука из комьев почвы одинаковых с ним размеров.
Объект исследования. Технологический процесс разделения почвенно-лукового вороха с использованием продольной горки, разработанной для овоще-уборочной машины
Методика исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы теоретической механики, физики, прикладной математики, математической статистики, теории планирования эксперимента. Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполнялась на ПЭВМ с использованием прикладных компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD 2000 Professional с представлением в виде графического и табличного материала
Испытания продольной горки проводились в лабораторных условиях на кафедре «Сельскохозяйственные машины» Волгоградской ГСХА на основе ОСТ 70 10 8-84 «Испытания сельскохозяйственной техники Программа и методы испытаний» и ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки»
Производственная проверка проведена в ООО «Южный зерновой рынок»
Волгоградской области в 2006 - 2007 году. ^ч
/ /
4 Научная новизна заключается в усовершенствовании технологического
процесса вьщеления из лукового вороха луковиц, совпадающих по размерам с
комьями почвы, теоретическом и экспериментальном обосновании продольной
горки, разработанной для овощеуборочной машины
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту;
усовершенствованный технологический процесс разделения лукового вороха на компоненты одинаковых размеров,
конструкция предлагаемой продольной горки, защищенная патентами на изобретение РФ №2262223, № 2267248, №2283571,
теоретическое исследование по определению влияния конструкторских и кинематических параметров продольной горки на процесс разделения вороха,
математическая модель, описывающая процесс выделения примесей из лукового вороха,
- результаты лабораторных и полевых испытаний продольной горки
Практическая ценность. На основании проведённых исследований разра
ботана конструкция продольной горки (патент РФ на изобретение № 2262223), по
зволяющая повысить производительность и улучшить показатели качества работы
при разделении лукового вороха Обоснованы оптимальные конструкторские и ки
нематические параметры продольной горки для серийно выпускаемых овощеубо-
рочньгх машин
Реализация результатов исследования. Экспериментальный образец продольной горки изготовлен и исследован в лабораторных условиях, а также прошел производственные испытания и показал высокие результаты
Апробация работы. Основные результаты теоретических исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Первой Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК», Ставропольская ГСХА (2001 г), региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, Волгоградская ГСХА (2001-2005 г), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК», посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне, Волгоградская ГСХА (2005 г), научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2001 2006 г)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из которых одна опубликована в издании рекомендованном ВАК для публикации материала диссертации, общий объем публикации 1,5 л, на долю автора приходится 0,4 л, а также получены патенты РФ на изобретение №2262223, № 2267248, №2283571 за 2006 год
5 Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения,
пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений Материал диссертации изложен на 180 страницах машинописного текста и включает 14 таблиц, 52 рисунка, приложений, список использованной литературы, состоящий из 117 наименований, из которых 4 на иностранных языках
Обзор критериев выбора и способов сепарации плодов овощных культур
Проведение уборочных работ в луководстве идёт по пути всё большего сокращения доли ручного труда, при этом используют различные способы и средства уборки, которые могут быть представлены структурной схемой (рисунок 1.1).
Рассмотрим каждый из способов уборки и используемые при этом технические средства в следующей последовательности: 1 - машины и устройства дляизвлечения и укладки лука в валок; 2 - машины и приспособления для подбора лука из валка; 3 - машины для однофазной уборки; 4 - универсальные машины выкапывающего типа.
Извлечение и укладка лука в валок является первой операцией при двухфазной уборке. Она заключается в том, что луковицы извлекают из почвы, отделяют от почвенных примесей и укладывают в валок для дозаривания на 3 - 5 дней. При отделении почвенных примесей происходит разрушение почвенных комков, что способствует повышению качества выполнения последующей операции — подбора и ускоряет естественную сушку луковиц в валке. Выполнение данной операции может быть полным или частичным и в зависимости от этого при её выполнении используются различные машины и устройства.
До настоящего времени при уборке лука - репки, выращиваемого из семян и лука - севка наиболее распространённой является технология с применением орудий и приспособлений, позволяющих частично облегчить процесс извлечения луковиц из почвы. К таким орудиям относятся лукоподъём-ник ЛПШ -1,2, свеклоподъёмник СНШ-ЗБ, подкапывающая скоба СНУ-ЗС и другие аналогичные подъёмники и скобы. Они представляют собой простейшие орудия в виде лап или ножей. Во время работы нож - скоба срезает пласт почвы, несколько поднимает и крошит его. В результате этого связь луковиц с почвой нарушается и они выносятся на поверхность [34]. Подкапывание луковиц целесообразно в том случае, когда ручное теребление невозможно без предварительного рыхления почвы из-за большой глубины залегания луковиц, высокой твёрдости почвы и т.п. Производительность труда при этом повышается на 18-23%, а количество повреждённых луковиц после сбора не превышает 1%. Однако, как уже отмечалось выше, это приводит к значительным до 13,5% потерям луковиц и высоким трудозатратам [56].
Ввиду простоты конструкции машины с пассивным выкапывающим органом получили широкое распространение при двухфазной уборке лука на лёгких почвах. Так в бывшей ГДР использовали подъёмник - валкообразова-тель «Glezer», переоборудованные картофелекопатели Е-684, E-682Z, Е-649 и Е-675 [55, 57], в Италии - копатели-валкоукладчики фирмы Badalini ( модели 802 R, 803R, 814-824), в Польше - элеваторные копатели Z412. и КЕП-2, в бывшей ЧСФР и Болгарии применяют выше указанные копатели производства Польши и бывшей ГДР [86].
Следует отметить, что расчётная-длина лемеха тем меньше, чем. меньше сечение срезаемого слоя (это вытекает из условия сгруживания подкапываемого пласта). Поэтому, для слоя почвы глубиной 5-8см, вследствие малой длины лемеха невозможно конструктивно" решать вопросы его компоновки с сепарирующими рабочими органами машины. В связи с этим, несмотря- на простоту пассивных лемехов их, не рекомендуется применять в машинах, когда требуется подкапывание почвенного пласта малой толщины (лукоубо-рочной машины). Однако, как отмечено выше, при работе на лёгких почвах, когда можно увеличивать глубину выкопки гораздо большей необходимой (по глубине залегания луковиц), без значительного увеличения- почвенных примесей в получаемом ворохе, данные рабочие органы используют в машинах для проведения, как операции подбора, а так и при однофазной уборке.
Подъёмник - валкообразователь «Glezer» выполняет операции выкапывания и формирования валков без сепарации почвы. Выкапывающее устройство включает в себя делитель и два ножа, выполненных в виде культиватор-ных лап, к задней кромке которых приварены прутки для отвода выкопанных луковиц в сторону. Луковицы с двух соседних рядков укладываются-в один валок. Применение такой машины снижает затраты труда почти на 30%. [55]. Для уборки лука в ГДР, ЧСФР и Болгарии используют модификации различных картофелекопателей производства ГДР. Модификация копателя Е-684, приспособленного для уборки лука-репки, имеет пассивные рабочие органы, обеспечивающие одновременное выкапывание 4..8 рядков лука при схеме посева 50x20x5см. Сепарирующие рабочие органы копателя - два прутковых элеватора. На первом элеваторе каждый второй пруток обрезинен, а на втором обрезинены все прутки. Полотна элеваторов для интенсификации процесса сепарации почвы встряхиваются эллиптическими роликами. Производительность Е-684 на выкопке с укладкой в валок -0,4...0,5 га/ч, при подборе— 0,86...0,9 га/ч, рабочая скорость 1,5... 5,6 км/ч. Повреждения луковиц составляют 3,8-5,1 %, в том числе 3,3 - 5,1 % на выкопке; потери незначительны - около 1%. Ширина захвата -1,8м [55].
Модификация картофелекопателя E-682Z, применяемого для уборки лука, представляет собой полунавесной агрегат к трактору класса 1,4. Основные рабочие органы копателя в варианте для уборки лука: плоский пассивный лемех, основной сепарирующий элеватор, пневматический двухбаллон-ный комкодавитель, дополнительный сепарирующий элеватор, пальчатая горка, выгрузной транспортёр. В варианте укладки лука в валок копатель оборудуют скатным лотком. Копатель Е -682 Z выкапывает луковицы, отделяет их от почвенных и растительных примесей и укладывает в валок. Затем лук подбирают этим копателем, грузят в транспортные средства и отправляют на пункт послеуборочной обработки. Машина убирает лук без значительных потерь, но по содержанию почвенных примесей в ворохе не отвечает агротехническим требованиям. Её производительность составляет 0,5 га/ч.
Для выкопки лука с укладкой в валок в Италии используют универсальные навесные двух-трёхрядные элеваторные копатели фирмы Badalini (модели 802 R , 803 R, 874, 814-824). Копатели 802 R и 803 R имеют пассивный секционный лемех, дисковые делители, обрезиненный элеваторный транспортёр, листовые валкообразователи с прутковым днищем. Копатели 874 и 814- 824 имеют аналогичную конструкцию. Судя по технологической схеме, эти копатели не смогут обеспечить требуемого качество убираемого вороха [86].
В Польше и Болгарии на выкопке с укладкой в валок применяют копатель Z412, изготовленный на базе-картофелекопателя КЕП-2, производства Польши. Копатель Z412 состоит из рамы, копирующих катков, ходовой части, пруткового элеватора, лемеха, фартука и валкообразователя. Ширина захвата - 1,25 м, производительность - до 0,4 га/ч при рабочих скоростях 4-8 км/ч, глубина выкопки - добО мм. При этом количество повреждённых луковиц не превышает одного процента. Копатель работает эффективно на выравненных незасорённых участках [86].
Японский самоходный комбайн KMON -12 фирмы Kubota выпускается в двух модификациях и обеспечивает как однофазную, так и двухфазную уборку лука. Для однофазной уборки машина содержит подкапывающий вильчатый лемех, битер, сепарирующий прутковый и подъёмный транспортёры, вальцовый очиститель с ротационными обрезающими ножами, поперечный транспортёр, ходовая часть гусеничного типа и пульт управления. Комбайн KMON -12 имеет ширину захвата 135 см, мощность дизельного двигателя 8,1 кВт. Машина выкапывает луковицы, сепарирует ворох, обрезает листья лука и грузит продукт в контейнеры, устанавливаемые в поле. После естественной просушки в контейнерах готовый лук направляется в хранилище [58].
Определение скорости схода комьев с ленточного транспортёра
Наиболее целесообразным режимом работы встряхивателя считается такой, при котором время полета частицы равно времени полуоборота эксцентрикового вала, т. е. t = n , а дальность полета частицы равна длине! двуплечего рычага встряхивателя. При соблюдении этих условий подброшенная первым встряхивателем частица упадет на полотно в зоне второго встряхивателя в момент подъема полотна вверх.
Исходя из этих условий, нормальная составляющая скорости полотна vH, обеспечивающая время полета частицы, равное времени одного колебания полотна, определяется следующим соотношением: v„ =щ 2со. (1.7) В машинах для уборки корнеклубнеплодов и линиях послеуборочной обработки широко распространены грохоты с продольными колебаниями решет: двухрешетные и гирационные.
Колеблющиеся грохоты характеризуются кинематически определенной амплитудой колебаний-и строго определенными по величине и направлению перемещением, скоростью и ускорением всех звеньев независимо от участвующих в колебаниях масс. По характеру траектории различают колеблющиеся грохоты с прямолинейной, круговой и сложной траекторией движения решет; по наклону решета - горизонтальные, с положительным или отрицательным углом наклона; по расположению подвесок - с верхним, нижним и смешанным расположением, по числу решет - одинарные и спаренные с последовательным или ярусным расположением решёт.
Как указывалось, частицы почвы могут двигаться как без отрыва от колеблющейся поверхности, так и с отрывом (скачками). Временная граница этих режимов определяется уравнением.
Рассмотренные ранее критические режимы работы, при которых время полета подброшенной частицы равно периоду одного колебания, являются частным случаем движения почвы в режимах с подбрасыванием. Такие режимы желательны для эффективного разрушения всего почвенного пласта и отдельных комков, однако они нежелательны для работы грохота как сепарирующего органа. В режимах с непрерывным подбрасыванием время контакта частицы почвы с решетом грохота ограничено и вероятность проскакивания частиц в просветы решет крайне мала. Время нахождения частиц на поверхности решета может быть увеличено изменением режимов работы грохота.
У колеблющихся грохотов повышение подачи более 60 приводит к с -м резкому снижению полноты сепарации. Одним из решающих факторов уменьшения полноты сепарации является снижение скорости перемещения материала грохотом при увеличении высоты транспортируемого слоя. При сепарации сухой почвы на грохоте с длиной решета 1 м подачу 60 70 следует считать оптимальной. В этом интервале подач коэффициент с-м сепарации некомковатых почв достигает 0,9, комковатых - 0,85. Для двухре шетных грохотов с общей длиной решет более 2 м и амплитудой колебаний 25 мм подача может быть увеличена до 100 . При дальнейшем увеличе с-м нии подачи свыше 130 -— грохот становится практически неработоспособен-л-f ным. Коэффициент сепарации почвы г/ по длине решета грохота может быть выражен эмпирической зависимостью: где: Ьреш- длина решета грохота, м; 6,- эмпирический коэффициент, учитывающий подачу и расположение рабочего органа в схеме технологического процесса, безразмерный; я,- эмпирический коэффициент, учитывающий физическое состояние почвы.
Гирационные грохоты (рисунок 1.9, а) в отличие от колеблющихся не могут транспортировать материал вверх, так как их решета не имеют направленных колебаний. В связи с этим гирационные грохоты в основном применяют на стационарных линиях, а в мобильных машинах используют редко и располагают их в конце схемы технологического процесса.
Эти грохоты устанавливают с наклоном в сторону транспортирования материала. Амплитуду колебаний для них принимают 3-8 мм, а частоту вращения эксцентрикового вала определяют из условия подбрасывания частиц почвы Л Рисунок 1.9. Схемы грохотов: а - гирационного; б -спаренного колеблющегося, с совмещёнными решётами Важной особенностью гирационных грохотов является возможность их полного уравновешивания за счет установки противовесов на валу эксцентриков. Массу противовесов, Мпр определяют из соотношения где: М,р - масса грохота; А - радиус эксцентрика, м; /, - расстояние от оси вала до центра тяжести противовеса [34].
Колеблющиеся грохоты с совмещенным расположением решет благодаря направленным колебаниям способны транспортировать материал вверх и поэтому могут быть установлены в любом месте схемы технологического процесса машины.
Существенный недостаток широко распространенных двухрешетных грохотов с последовательным расположением решет состоит в том, что в них практически довольно трудно уравновесить возникающие инерционные силы. В колеблющемся грохоте лукоуборочной машины ЛКГ-1,4 решета расположены одно за другим, в результате чего возникает знакопеременный момент сил инерции, для уравновешивания которого на удлинителях подвесок устанавливают противовесы. Такой способ уравновешивания не дает желаемых результатов, поскольку в верхних точках подвесок от массы противовесов дополнительно возникают инерционная сила и пара сил, приложенные к различным элементам рамы. В результате появляется необходимость конструктивного упрочнения этих элементов рамы, что приводит к значительному увеличению массы машины.
Как у гирационных, так и у колеблющихся с последовательным расположением решет грохотов решета подвержены залипанню растительностью и почвой, особенно при ее повышенной влажности и малых просветах между тростями.
Колеблющийся двухрешетный грохот с совмещенными решетами (рисунок 1.9, б), в котором трости одного решета располагаются между тростями другого, обладает хорошей транспортирующей способностью (подобно колеблющемуся грохоту) и легко уравновешивается (подобно гирационному грохоту). Кроме того, он менее подвержен залипанню.
Приборы и оборудование, применяемые при проведении экспериментальных исследований
Получение оптимальных значений возможно с помощью регрессионной математической модели второго порядка, которая является уравнением, связывающим параметр оптимизации с изучаемыми факторами. Для упрощения задачи вычислительных процедур используется, так называемый, активный эксперимент [79].
В активном плане каждый фактор имеет несколько возможных величин или уровней, что существенно упрощает построение эксперимента. Каждому сочетанию уровней исследуемых факторов соответствует одно из возможных состояний исследуемого объекта. Совокупность всех возможных сочетаний факторов-определяет число опытов.
Особое внимание следует обращать на правильность подбора факторов. Фактор — это независимая переменная, влияющая на параметр оптимизации. Каждый фактор характеризуется: областью определения, управляемостью и однозначностью. Область определения - это совокупность всех значений, которые может принимать фактор. Управляемость - это установление нужного значения фактора и поддержание его постоянным в течение всего опыта. Однозначность заключается в том, чтобы фактор, непосредственно воздействовал на объект, а не был функцией двух переменных. Анализ литературных данных, результатов поисковых опытов, теоретических исследований процесса выделения примесей из лукового вороха, позволили выделить.тр№ ос-новных управляемых фактора, влияющих на качество очистки: Х1 - скорость ленточного транспортёра; Х2 - угол наклона горки; Хг - соотношение скоро стей ленточного и пруткового транспортёров.
Планирование эксперимента заключается в выборе такой стратегии проведения опыта, которая позволяет принимать обоснованные решения после каждой серии опытов. Оно позволяет определить заранее схему пошагового процесса проведения эксперимента, включить в него минимальное число опытов при одновременном варьировании всеми факторами без снижения количества и качества полученной информации.
Наибольший интерес представляют оптимальные значения факторов, позволяющие найти наиболее важные для данного технологического процесса условия. Решение экстремальной задачи предусматривает получение функции отклика и нахождение оптимальных условий протекания технологического процесса. В общем, виде функция отклика, являющаяся параметром оптимизации г, может быть представлена выражением: Геометрический образ функции отклика называется поверхностностью отклика в факторном пространстве. Как правило, механизм изучаемых явлений неизвестен, или мало известен, поэтому функцию отклика можно аппроксимировать полиномом вида [79]:
Таким образом, целью эксперимента является определение численных значений коэффициентов уравнения регрессии [77, 79], а для. определения оптимальных условий протекания процесса находят значения факторов хх,х2...хк- соответствующих экстремуму функции.
Для проведения активного эксперимента с целью оптимизации важное значение имеет выбор области выполнения эксперимента. Точка оптимума должна находиться в области эксперимента. Поисковые эксперименты позволили выделить области изменения факторных признаков, в диапазоне которых находятся оптимумы. Для определения необходимых областей выполнялся дисперсионный анализ, подтвердивший по критерию Фишера существенность влияния выбранных факторована результативные признаки. Сущность дисперсионного анализа, предложенного Р.Э. Фишером, состоит враз-ложении общей дисперсии статистического комплекса на составляющие элементы. Последующая их оценка на основе критерия Фишера позволяет определить долю изменения результативного признака от действия исследуемых факторов.
Оценка адекватности представления результатов эксперимента математической модели второго порядка проводилась по общей методике [79].
Остаточная сумма квадратов (SSR) при проведении повторяющихся опытов может быть разложена на сумму квадратов, определяющую неадекватность (SSLF) результатов эксперимента и сумму квадратов, связанную с дисперсией, характеризующей ошибку опытов (SSY), т. е. SSR = SSLF + SSY.
Многофакторные схемы анализа обладают тем преимуществом, что позволяют выяснить не только степень влияния каждого из факторов, но и их взаимодействия.
С целью сокращения числа опытов нами проводились отсеивающие эксперименты методом случайного баланса [79], позволяющим исключить из дальнейших исследований незначимые факторы.
Значения коэффициентов трения скольжения комьев почвы по различным конструкционным материалам
Для привода ленточного и планчатого транспортёров применялся трёхфазный асинхронный электродвигатель с мощностью 2,2 кВт, частотой вращения 1000 об/мин. Крутящий момент на ведущий вал транспортёров передавался через коробку перемены передач позволяющей получить 5 передаточных отношений.
При установившемся движении планок транспортёра, при помощи лотка сверху на ленточный транспортёр подавался луковый ворох (рисунок 3.8,3.16).
После попадания на ленточный транспортёр , элементы вороха вели себя по разному: луковицы за счёт заданного угла наклона а и округлой формы скатывались вниз до ближайшей планки пруткового транспортёра, а комья почвы имея оребрённую форму, успокаивались.
Затем за счёт воздействия планок планчатого транспортёра и дополнительно приобретаемого ускорения Кориолиса луковицы бросаются по более высокой траектории движения, а почвенные комья, не испытывающие воздействия планок планчатого транспортёра, по более низкой.
Для управления процессом сепарации лукового вороха и его корректировки необходимо знание оптимальных значений параметров, влияющих на качество работы горки. Это качество оценивается максимальным количеством выделенных почвенных комьев и минимальным количеством повреждений, при наиболее оптимальных параметрах работы.
Экспериментальная установка для сепарации лукового вороха при проведении многофакторного эксперимента: 1 - ленточный транспортёр; 2 - планчатый транспортёр; 3 - регулируемая стойка; 4 - луковица; 5 - почвенный комок
Получение оптимальных значений возможно с помощью регрессионной математической модели второго порядка, которая является уравнением, связывающим параметр оптимизации с изучаемыми факторами. Для упрощения задачи вычислительных процедур используется, так называемый, активный эксперимент [79].
В активном плане каждый фактор имеет несколько возможных величин или уровней, что существенно упрощает построение эксперимента. Каждому сочетанию уровней исследуемых факторов соответствует одно из возможных состояний исследуемого объекта. Совокупность всех возможных сочетаний факторов-определяет число опытов.
Особое внимание следует обращать на правильность подбора факторов. Фактор — это независимая переменная, влияющая на параметр оптимизации. Каждый фактор характеризуется: областью определения, управляемостью и однозначностью. Область определения - это совокупность всех значений, которые может принимать фактор. Управляемость - это установление нужного значения фактора и поддержание его постоянным в течение всего опыта. Однозначность заключается в том, чтобы фактор, непосредственно воздействовал на объект, а не был функцией двух переменных. Анализ литературных данных, результатов поисковых опытов, теоретических исследований процесса выделения примесей из лукового вороха, позволили выделить.тр№ ос-новных управляемых фактора, влияющих на качество очистки: Х1 - скорость ленточного транспортёра; Х2 - угол наклона горки; Хг - соотношение скоро стей ленточного и пруткового транспортёров.
Планирование эксперимента заключается в выборе такой стратегии проведения опыта, которая позволяет принимать обоснованные решения после каждой серии опытов. Оно позволяет определить заранее схему пошагового процесса проведения эксперимента, включить в него минимальное число опытов при одновременном варьировании всеми факторами без снижения количества и качества полученной информации.
Наибольший интерес представляют оптимальные значения факторов, позволяющие найти наиболее важные для данного технологического процесса условия. Решение экстремальной задачи предусматривает получение функции отклика и нахождение оптимальных условий протекания технологического процесса. В общем, виде функция отклика, являющаяся параметром оптимизации г, может быть представлена выражением: r = f(XbX2,...XK), (3.23) где: Xi,X2,.. .Хк - независимые факторы.
Геометрический образ функции отклика называется поверхностностью отклика в факторном пространстве. Как правило, механизм изучаемых явлений неизвестен, или мало известен, поэтому функцию отклика можно аппроксимировать полиномом вида [79]: Л = Q0 + ВД +ЕЯЛ , +Еад2, (3.24) где: QojQpQ fi,, - теоретические коэффициенты регрессии. По результатам опытов получают коэффициенты регрессии ь0,Ь„Ь, ,Ь , которые являются оценками теоретических коэффициентов. Уравнение (3.24) принимает вид: к к к у=ь0+] , ,+Y,b,jx xj+ЇХ -2 (з -25) Л/ где: у - выборочная оценка для критерия оптимизации г. _ Таким образом, целью эксперимента является определение численных значений коэффициентов уравнения регрессии [77, 79], а для. определения оптимальных условий протекания процесса находят значения факторов хх,х2...хк- соответствующих экстремуму функции.
Для проведения активного эксперимента с целью оптимизации важное значение имеет выбор области выполнения эксперимента. Точка оптимума должна находиться в области эксперимента. Поисковые эксперименты позволили выделить области изменения факторных признаков, в диапазоне которых находятся оптимумы. Для определения необходимых областей выполнялся дисперсионный анализ, подтвердивший по критерию Фишера существенность влияния выбранных факторована результативные признаки. Сущность дисперсионного анализа, предложенного Р.Э. Фишером, состоит враз-ложении общей дисперсии статистического комплекса на составляющие элементы. Последующая их оценка на основе критерия Фишера позволяет определить долю изменения результативного признака от действия исследуемых факторов.
Оценка адекватности представления результатов эксперимента математической модели второго порядка проводилась по общей методике [79].
Остаточная сумма квадратов (SSR) при проведении повторяющихся опытов может быть разложена на сумму квадратов, определяющую неадекватность (SSLF) результатов эксперимента и сумму квадратов, связанную с дисперсией, характеризующей ошибку опытов (SSY), т. е. SSR = SSLF + SSY
