Исследование процесса отделения головок льна эластичными гребенками - Статья

Удовлетворить эти требования возможно, если рабочие органы льноуборочных машин по своей конструкции и методу исполнения технологических операций не наносят значительных механических повреждений поверхности стеблей, а продукты очеса (льноворох) содержат в основном неразрушившиеся семенные коробочки с небольшим содержанием путанины, а также обрывков стеблей [4, 9]. В процессе разделения стеблей зубьями гребня происходит механическое взаимодействие гребня с лентой льна и отрыв семенных коробочек, что приводит к повреждению луба на поверхности стебля и его разрыву, в результате чего образуется значительное количество путанины в продукте очеса с неочесанными семенными коробочками [2, 3]. К ним относились: частота вращения барабана (n, с-1), скорость подачи ленты льна (V, м/с), угол установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (?,?), зазор между гребенкой и подбарабаньем (?, мм), смещение ленты льна относительно обмолачивающего устройства (?, мм) и влажность льна (?, %) [3]. Аналогичным образом строим двумерное сечение поверхности отклика в зависимости от скорости подачи ленты льна (x1) и угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (x3). Для получения этого сечения подставляем значение x6=0 в уравнение (1) и получим уравнение (7), при этом строим двумерное сечение поверхности отклика в зависимости от частоты вращения барабана (x6) и угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (x3).В ходе исследований рабочего процесса отделения головок льна получена математическая модель, связывающая степень обмолота с его конструктивно-технологическими параметрами (скоростью подачи ленты, частотой вращения барабана и углом установки эластичной гребенки), и построены двумерные сечения поверхности отклика.

Эффективность работы льноводческой отрасли определяют в первую очередь количеством и качеством получаемой в конечном счете волокнистой продукции и высокосортного семенного материала [1]. Вероятность получения качественной льнопродукции зависит от соблюдения агротехнических требований в процессе выращивания льна и его уборки. Особенно важно это на последнем этапе, когда необходимо снизить механические повреждения льнопродукции средствами механизированной уборки [7].

Удовлетворить эти требования возможно, если рабочие органы льноуборочных машин по своей конструкции и методу исполнения технологических операций не наносят значительных механических повреждений поверхности стеблей, а продукты очеса (льноворох) содержат в основном неразрушившиеся семенные коробочки с небольшим содержанием путанины, а также обрывков стеблей [4, 9].

Анализ источников

Основной источник механических повреждений стеблей льна и разрушения семенных коробочек - действие очесывающего аппарата в процессе механического отделения семясодержащей части от стеблей.

В настоящее время в льноуборочных машинах используют метод очеса с помощью стальных гребней, совершающих круговое поступательное движение. Зубья гребня после внедрения в ленту льна перемещаются вдоль стеблей, разрушая установившиеся механические связи в их массе, особенно в головчатой (семясодержащей) части [3].

В процессе разделения стеблей зубьями гребня происходит механическое взаимодействие гребня с лентой льна и отрыв семенных коробочек, что приводит к повреждению луба на поверхности стебля и его разрыву, в результате чего образуется значительное количество путанины в продукте очеса с неочесанными семенными коробочками [2, 3].

Методы исследования

В результате априорного анализа литературных источников и проведенных теоретических исследований были выделены существенные факторы проводимого многофакторного эксперимента. К ним относились: частота вращения барабана (n, с-1), скорость подачи ленты льна (V, м/с), угол установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (?,?), зазор между гребенкой и подбарабаньем (?, мм), смещение ленты льна относительно обмолачивающего устройства (?, мм) и влажность льна (?, %) [3].

В результате проведения поисковых и отсеивающих экспериментов были определены наиболее значимые факторы и их интервалы варьирования [3]. Основным оптимизирующим фактором для изучения процесса отделения головок льна эластичными гребенками была принята степень обмолота - Е, % [6, 8]. Задача проводимого эксперимента заключалась в определении величин выбранных факторов так, чтобы они обеспечивали максимальную степень выделения семян при соблюдении агротехнических требований.

Основная часть

В своих экспериментах при движении к оптимуму результирующих факторов использовали шаговый метод, согласно которому для критерия Е было получено уравнение регрессии, которое далее использовалось нами для построение двумерных сечений поверхности отклика [3]: . (1)

Чаще всего для описания области оптимума прибегают к каноническому преобразованию математической модели. После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика начинается ее анализ, который удобно проводить с помощью двумерных сечений [5].

Двумерное сечение поверхности отклика - характеризующий показатель степени обмолота в зависимости от скорости подачи ленты льна (x1) и частоты вращения барабана (x6). Для получения этого сечения подставляем значение угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера x3=0 в уравнение (1). В результате имеем: . (2)

Определяем координаты центра поверхности дифференцированием уравнения (2) и решением системы уравнений:

(3)

; , где , - координаты центра поверхности для факторов x1 и x6 при x3=0.

Выполним каноническое преобразование уравнения (1), для чего решим характеристическое уравнение: , (4) где В1, В2, В3 - коэффициенты регрессии в канонической форме; bi - коэффициент регрессии i-го фактора.

Для нахождения коэффициентов канонической формы составим и решим характеристическое уравнение поверхности второго порядка [5], решение которого производилось с помощью компьютерной программы Mathcad: . (5)

В результате решения корнями (собственными числами) данного характеристического уравнения (5) получим: B11=0,075; B12=-0,077, а само уравнение в канонической форме примет вид: , (6) где Y - значение критерия оптимизации.

Аналогичным образом строим двумерное сечение поверхности отклика в зависимости от скорости подачи ленты льна (x1) и угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (x3). Для получения этого сечения подставляем значение x6=0 в уравнение (1) и получим уравнение (7), при этом строим двумерное сечение поверхности отклика в зависимости от частоты вращения барабана (x6) и угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера (x3). Для получения этого сечения подставляем значение x1=0 в уравнение (1) и получим уравнение (8): ; (7)

. (8)

Определяем координаты центра поверхности дифференцированием уравнений (7) и (8) с решением системы: (9)

; , где , - координаты центра поверхности для факторов x1 и x3 при x6=0.

(10)

; , где , - координаты центра поверхности для факторов x3 и x6 при x1=0.

Проводим каноническое преобразование уравнения (1), для чего решим характеристические уравнения [5]: . (11)

. (12)

В нашем случае: . (13)

. (14)

Собственными числами (корнями) данных характеристических уравнений (13) и (14) будут: В21=0,078; В22=-0,049 и B31=-0,041; B32=-0,076 соответственно, при этом уравнения в канонической форме запишутся: . (15)

. (16)

Подставляя различные значения показателя степени обмолота ленты льна в уравнение (6), (15) и (16), получим уравнения соответствующих контурных кривых - эллипсов (линий равного значения степени обмолота) - при x1=0, в остальных же двух случаях (при x3=0 и x6=0) - тип поверхности минимакса, так как коэффициенты регрессии канонической формы имеют разные знаки. Результаты расчета представлены на рисунках 1-3.

Рис. 1 Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующей показатель степени обмолота в зависимости от факторов x3 и x6 (угла установки гребенки и частоты вращения барабана) при нулевом уровне фактора х1 (скорости подачи ленты льна)

Рис. 2 Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующей показатель степени обмолота в зависимости от факторов x1 и x6 (скорости подачи ленты льна и частоты вращения барабана) при нулевом уровне фактора х3 (угла установки гребенки)

Рис. 3 Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующей показатель степени обмолота в зависимости от факторов x1 и x3 (скорости подачи ленты льна и угла установки гребенки) при нулевом уровне фактора х6 (частоты вращения барабана)

Анализируя рисунки 1-3, видим, что максимальные значения показателя степени обмолота Е в рассматриваемых сечениях поверхности отклика при прочих факторах (х1; х3 и х6), последовательно взятых на нулевом уровне, равны 98,115 %; 98,328 % и 98,307 % соответственно. На основании построенных двумерных сечений можно сделать вывод, что оптимальные значения рассматриваемых факторов могут находиться в пределах: скорость подачи ленты льна V=1,55-1,6 м/с, частота вращения барабана n=5,28-5,43 с-1, угол установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера ?=33,6-36,8? при средней влажности 17 %.

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы: 1. В ходе исследований рабочего процесса отделения головок льна получена математическая модель, связывающая степень обмолота с его конструктивно-технологическими параметрами (скоростью подачи ленты, частотой вращения барабана и углом установки эластичной гребенки), и построены двумерные сечения поверхности отклика.

2. Экспериментальные исследования процесса отделения головок льна эластичными гребенками подтвердили адекватность полученной математической модели.

1. Казакевич, П. П. Льноводство и переработка Беларуси: проблемы развития / П. П. Казакевич // Белорусское сельское хозяйство. 2010. №7. С. 4-11.

2. Кругленя, В. Е. Обоснование параметров бильного аппарата для усовершенствования процесса обмолота ленты льна / В. Е. Кругленя, М. В. Левкин // Энергосберегающие технологии и технические средства для их обеспечения в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 25-26 авг. 2010 г. / РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» ; редкол.: П.П. Казакевич [и др.]. Минск, 2010. С. 131-134.

3. Кругленя, В. Е. Результаты экспериментальных исследований обмолачивающего устройства с эластичными гребенками / В. Е. Кругленя, С. В. Курзенков, М. В. Левкин, В. А. Левчук // Вестник БГСХА. 2011. № 4. С. 171-175.

4. Левкин, М. В. Использование барабанно-бильного аппарата при уборке льна / М. В. Левкин // Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности: материалы междунар. науч.-техн. конф. молод. ученых, Могилев, 17-18 ноября 2011 г. / М-во образования и науки Рос. Федерации, Белорус.-Рос. ун-т; редкол.: И. С. Сазонов [и др.]. Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2011. С. 219.

5. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. Л.: Колос, 1980. 168 с.

6. Очесывающее устройство: пат.7068 Респ. Беларусь, МПК А 01F 11/00 / В. Е. Кругленя, М. В. Левкин, С. П. Кокиц, В. И. Коцуба; заявитель УО БГСХА. № u 20100161; заявл. 18.02.2010; опубл.02.12.2010 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. 2011. № 1 (78). С. 162.

7. Родионов, Л. В. Энергетические затраты на очес стеблей льна / Л. В. Родионов, Ю. М. Дунаев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994. № 12. С. 17-19.

8. Устройство для отделения семенных коробочек от стеблей льна: пат. 7224 Респ. Беларусь, МПК А01F 11/00 / В. Е. Кругленя, М.В. Левкин, В. И. Коцуба, С. Н. Крепочин, В. А. Левчук ; заявитель УО БГСХА. № u 20100607 ; заявл. 06.07.10 ; опубл. 02.02.11 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. 2011. № 2 (79). С. 154.

9. Черников, В. Г. Очесывающие аппараты льноуборочных машин (теория, конструкция, расчет): Монография / В. Г. Черников, С. Г. Порфирьев, Р. А. Ростовцев; под ред. В. Г. Черникова. М.: Издательство ВИМ, 2004. 240 с.

Размещено на .ru