Исследование процесса отделения головок льна эластичными гребенками

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОТДЕЛЕНИЯ ГОЛОВОК ЛЬНА ЭЛАСТИЧНЫМИ ГРЕБЕНКАМИ

В.Е. КРУГЛЕНЯ, М.В. ЛЕВКИН

Аннотация

семясодержащий лен стебель уборка

В статье приведены результаты исследований, направленных на оптимизацию технологических параметров процесса отделения семясодержащей части от стеблей в процессе уборки льна и конструктивных параметров обмолачивающего устройства, которые позволят выбрать методику расчета основных параметров при проектировании рабочего органа предлагаемой конструкции. На основании полученных данных была составлена адекватная модель и построены двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие показатель степени отделения головок в зависимости от выделенных факторов (скорости подачи ленты льна, частоты вращения барабана, угла установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера) и их интервалов варьирования.

The article presents results of research into the optimization of technological parameters of the process of separation of seed-containing part from the stalk in the process of harvesting flax and constructive parameters of threshing device, which will help to choose methods of calculation of the main parameters for the projecting of the working organ of the suggested construction. On the basis of obtained data we have made an adequate model and built two-dimension sections of the respond surface, which characterize the indicator of degree of separation of heads depending on the chosen factors (the speed of feeding of flax band, cylinder rotation frequency, the angle of comb setting in relation to the surface of fixing transporter) and intervals of their varying.

Введение

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 (б,є), зазор между гребенкой и подбарабаньем (Д, мм), смещение ленты льна относительно обмолачивающего устройства (д, мм) и влажность льна (о, %) [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; b_i - 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 б=33,6-36,8є при средней влажности 17 %.

Заключение

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.

Литература

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 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. 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 Allbest.ru