Выбор способа движения зерноуборочных комбайнов методом активно-пассивного эксперимента

Размещено на http://allbest.ru

Дальневосточный государственный аграрный университет

Выбор способа движения зерноуборочных комбайнов методом активно-пассивного эксперимента

Лонцева И.А.

Аннотация

В статье представлены результаты выбора способа движения зерноуборочных комбайнов при уборке групповым способом с учётом коэффициента рабочих ходов. Графические зависимости коэффициента рабочих ходов показали, что на загонах с длиной участка от 500 до 1500 м целесообразнее использовать челночный (при раздельном способе уборки) и круговой способы движения.

Ключевые слова: коэффициент рабочих ходов, способ движения, зерноуборочный комбайн, длина гона, ширина захвата, количество комбайнов

Одной из задач повышения производительности во время уборки урожая является повышение коэффициента рабочих ходов ц [1].

Коэффициент рабочих ходов зависит от множества факторов, одним из которых является выбор способа движения, и определяется выражением:

(1)

где: - суммарное значение рабочего хода, м; - длина холостого хода, м.

Количество проходов определяется выражением

,(2)

зерноуборочный комбайн уборка урожай многофакторный

где: С - ширина загона, м; - рабочая ширина захвата агрегата, м.

Для экспериментального определения оптимального выбора способа движения в зависимости от значения коэффициента рабочих ходов использовали метод планирования многофакторного эксперимента. Наиболее значимыми факторами являются длина гона, ширина захвата агрегата и количество комбайнов. Факторы, интервалы и уровни их варьирования приведены в таблице 1, а результаты эксперимента - в таблице 2.

Таблица 1. Независимые переменные и уровни их варьирования

Середины этих диапазонов - основные уровни

(3)

и шаг варьирования фактора

(4)

После изучения объекта исследования и его физической сущности возникает ряд представлений о действии различных факторов и необходимость получить экспериментальные данные об их совокупном влиянии на какой-либо показатель (отклик), характеризующий объект исследования [2].

С целью упрощения составления плана эксперимента и последующей математической обработки закодировали натуральные значения факторов по формулам

;

;

где: - нижний уровень варьирования,

- верхний уровень варьирования,

- основной уровень варьирования,

- интервал варьирования.

При составлении плана х₄, х₅, х₆ принимают генерирующие соотношения

; ; ; (5)

Таблица 2. Матрица ортогонального ЦКП с результатами эксперимента

Для адекватного математического описания поверхности отклика использовали ряд Тейлора:

(6)

Коэффициенты уравнения регрессии определяли по формуле:

(7)

Значения коэффициентов указывают силу влияния факторов на функцию цели. После получения коэффициентов регрессионного уравнения проведён статистический анализ (табл. 3). Значимость коэффициентов уравнения проверялась по критерию Стьюдента.

Таблица 3. Проверка значимости коэффициентов регрессии

В нашем случае для 4-х степеней свободы и 95%-ном уровне значимости t_ст = 2,78. Из таблицы 3 видно, что для челночного способа движения значимыми коэффициентами являются b0, b1, b2, b3, для кругового способа движения - b0, b1, b2, b13, b23, b22 и b33.

Уравнения регрессии в кодированном виде будут выглядеть следующим образом:

- для коэффициента рабочих ходов при челночном способе движения (раздельное комбайнирование):

(8)

- для коэффициента рабочих ходов при круговом способе движения:

(9)

Адекватность полученного уравнения регрессии проверяли по критерию Фишера.

;(10)

;(11)

где l - число значимых коэффициентов в уравнении регрессии.

Значения выходного параметра, вычисленные по уравнению регрессии, представлены в таблице 4.

Таблица 4. Расчет дисперсии адекватности

Расчетные значения критерия Фишера составили: для коэффициента рабочих ходов при челночном способе движения F = 6,77; для коэффициента рабочих ходов при круговом способе движения F=14,85.

Таким образом, полученные уравнения регрессии адекватно описывают процесс в пределах исследуемой области. Табличное значение для уровня значимости р=0,05: F_т = 19,4. Условие F_р ? F_т выполнено, следовательно, уравнения регрессии (8), (9) адекватны представленным результатам эксперимента. Переходя от математической модели (8), (9) к уравнениям коэффициента рабочих ходов при различных способах движения с учётом кодовых обозначений х₁, х₂, х₃, получаем:

(12)

(13)

Анализ математических моделей проводился графическим способом с помощью трёхмерных сечений.

На рис. 1, 2 представлены графические результаты расчетов влияния факторов на параметр оптимизации. Поскольку факторы варьировались на трёх уровнях значимости, при построении сечений выбирались наименьшие значения поверхности отклика.

Рис. 1. Трёхмерные сечения поверхности отклика, характеризующие коэффициент рабочих ходов при челночном способе движения в зависимости от ширины захвата жатки (В) и количества комбайнов(N), одновременно работающих в одном загоне, при условии, что длина гона (L) постоянна

Рис. 2. Трёхмерные сечения поверхности отклика, характеризующие коэффициент рабочих ходов при круговом способе движения в зависимости от ширины захвата жатки и количества комбайнов, одновременно работающих в одном загоне (N), при условии, что длина гона (L) постоянна

Анализ трёхмерных сечений позволяет сделать вывод о том, что наибольшее влияние на коэффициент рабочих ходов ц оказывает совокупность факторов изменения В (ширины захвата агрегата) и N (количество комбайнов, одновременно работающих на загоне при групповом способе). Увеличение числа комбайнов, одновременно работающих на загоне, при челночном способе движения приводит к снижению коэффициента рабочего хода (рис. 1), а при круговом - к увеличению (рис. 2). После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика проведён анализ с помощью двухмерных сечений. Из всех возможных сечений исследовались те, которые показали наибольшее влияние на коэффициент рабочих ходов.

Для этого в выражении (9) х₁ примем равным 0. В результате получим:

(14)

Определяем координаты центра поверхности дифференцированием уравнения (13) и решением системы уравнений

,

Подставляя значения в уравнение (14), получим значение коэффициента рабочих ходов в центре поверхности:

Проводим каноническое преобразование уравнения (14), для чего решаем характеристическое уравнение

=0

Корнями характеристического уравнения будут: В₂=0,0097, В₃=-0,0052, а само уравнение в канонической форме примет вид:

(15)

Угол поворота осей координат в точке S

б=1⁰26'

Правильность вычислений подтверждается проверкой, т.е. сравнением сумм коэффициентов при квадратичных членах. Подставляя различные значения коэффициента рабочих ходов в уравнение (14), получаем уравнение соответствующих контурных кривых - эллипсов. Результаты расчета приведены в таблице 5 и представлены на рис. 3.

Таблица 5. Вспомогательная таблица для расчета координат основных точек при построении двумерного сечения

Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее коэффициент рабочих ходов

Анализ приведенных двухмерных поверхностей позволил выявить оптимальную ширину захвата жатки для уборки зерновых культур и сои: 7-8 м. На уборке круговым способом увеличение количества комбайнов ведет к увеличению коэффициента рабочих ходов. Использование челночного способа движения целесообразно в том случае, когда количество комбайнов в группе не более 5.

Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее коэффициент рабочих ходов (рис. 3), показывает, что на загонах с длиной участка от 500 до 1500 м целесообразнее использовать челночный и круговой способы движения.

Список использованных источников

1. Лонцева И. А. Пути повышения эксплуатационной производительности зерноуборочных комбайнов // Дальневосточный аграрный вестник. - 2017, № 4(44). - С. 177-184.

2. Кувшинов А.А., Бумбар И.В., Лонцева И.А. Совершенствование обмолота кукурузы зерноуборочным комбайном в условиях Амурской области // АгроЭкоИнфо. - 2018, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_119.doc.

Размещено на Allbest.ru