ONIONS TOPS REMOVING PROCESS MODELING BY HAULM REMOVING MACHINE OPERATING ELEMENT

Abstract


The purpose of research - to prove the optimum parameters of vegetable onions tops removal process by operating element of the haulm removing machine in vitro. To resolve this problem, remove the weed to the cleaning of design and manufactured model of the haulm removing machine leaf-and-stalk mass removal devices before cleaning, laboratory studies which were conducted for the soil. For mathematical model of the process of removing the tops of onions, which takes into account the combined effect of the factors on the effective work of the cutter error is, and determine the optimal combinations of parameters, was used to plan the multifactorial experiment. In the study of the process of removing the tops of onions identified factors that influence the work process. Originally there were 12 more than that characterized design and operating parameters of a working body cutter error is, technological conditions of the process, as well as the physical and mechanical properties of onions. Experimental data processing started with their graphic representation on the original diagram. The degree of influence of factors was estimated by the difference in the median values of the pilot data of the upper and lower levels of the factors and the number of available points. On these soils was been allocated 4. When processing the results of the screening experiment got linear equation describing the surface response in terms of completeness, remove tops of onions and weeds. Built a mathematical model of the process of removing the tops of Luke working organ of the haulm removing machine in the laboratory has the following significant factors influencing the removal of foliage full of onions and weeds: the frequency of rotation of a working body, the installation height of the working body on the surface, the angle of the blades.

Full Text

Качественная работа теребильных машин обеспечивается лишь при надлежащей подготовке поля перед уборкой. Как показали исследования на период уборки засоренность полей достигает 60-70%, высота сорных растений при этом доходит до 50 см. Это объясняется тем, что время между последней обработкой посевов гербицидами и уборкой проходит две-три недели, что способствует росту сорных растений [1]. При уборке машинами теребильного типа, если поле предварительно не было подготовлено, происходит забивание вращающихся элементов теребильного аппарата, что приводит к снижению производительности машины, поломке и увеличению количества остановок для очистки [2, 3]. В связи с этим возникает необходимость удаления сорной растительности перед уборкой. Цель исследования - обосновать оптимальные параметры процесса удаления ботвы лука рабочим органом ботвоудаляющей машины в лабораторных условиях. Задача исследования - выделить значимые факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука и получить уравнение, описывающее поверхность отклика по этому критерию. Материалы и методы исследований. Для решения проблемы удаления сорной растительности перед уборкой была разработана конструкция и изготовлен макетный образец ботвоудаляющего устройства для удаления листостебельной массы перед уборкой лука, лабораторные исследования которого проводились на почвенном канале (рис. 1, 2). Методика проведения опыта следующая. На почвенном канале вкапывается лук и сорные растения, привезенные с поля (размещение лука и сорных растений в полосе - приближенное к полевым). При вращении вала, с установленными на нем попарно напротив друг друга ножами, внутри кожуха создается воздушный поток, который поднимает полегшую ботву лука и подводит в зону резания, где растения срезаются и измельчаются. Для дальнейших исследований устанавливали необходимый угол наклона ножей, скорость вращения рабочего органа, высоту установки рабочего органа относительно поверхности, линейную скорость перемещения рабочего органа. После того как были установлены все оптимальные параметры устройства, включали электродвигатель, приводя в движение рабочий орган, и запускали мотор-редуктор для привода тележки по направляющим полозьям почвенного канала, в результате чего производилось удаление ботвы лука. После скашивания подсчитывали полноту удаления ботвы в процентах. Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - система полиспастов; 2 - цепь; 3 - почвенный канал; 4 - ролик; 5 - трос; 6 - мотор-редуктор; 7 - тележка; 8 - ножи; 9 - вал; 10 - конический редуктор; 11 - гибкий вал; 12 - электродвигатель; 13 - направляющие полозья почвенного канала; 14 - звездочки; 15 - пульт управления; 16 - кожух Рис. 2. Общий вид рабочего органа Для получения математической модели процесса удаления ботвы лука, учитывающей совокупное влияние изучаемых факторов на эффективную работу обрезчика, и определения оптимального сочетания параметров было использовано планирование многофакторного эксперимента. При планировании эксперимента первоначально выбирался критерий оптимизации, то есть параметр, по которому оценивается исследуемый объект и который связывает факторы в математическую модель. Для любого обрезчика оценочными критериями процесса являются полнота удаления, травмирование, производительность и энергоемкость. В данном случае в качестве критерия оптимизации была принята полнота удаления, а остальные критерии использовались как ограничения [4]. Результаты исследований. При исследовании процесса удаления ботвы лука были выявлены факторы, влияющие на процесс работы. Первоначально их было выбрано более 12, которые характеризовали конструктивные и режимные параметры рабочего органа обрезчика, технологические условия протекания процесса, а также физико-механические свойства посевов лука. При исследованиях невозможно охватить влияние всех факторов и их взаимодействия. Поэтому, на основании априорной информации, а также исходя из конкретных задач исследования, были выделены наиболее существенные факторы. Причем некоторые из них в процессе исследований не изменялись и были закреплены на постоянных уровнях [5]. Оставшиеся наиболее существенные факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука, и уровни их варьирования представлены в таблице 1. Таблица 1 Факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука Обозначение Наименование факторов Уровни варьирования -1 +1 Скорость движения агрегата, м/с 0,156 0,956 Частота вращения рабочего органа, мин-1 1200 2200 Высота установки рабочего органа относительно поверхности поля, м 0,04 0,10 Угол установки ножей, град 45 65 Ширина ножей, м 0,10 0,18 Ширина ботвоотводящего окна, м 0,14 0,22 Угол установки рабочих органов относительно продольной оси рамы, град 15 25 Расстояние между крайними точками ножей соседних рабочих органов, м 0,01 0,03 С целью сокращения общего объема опытов проводили отсеивающий эксперимент. Для проведения отсеивающего эксперимента составляли матрицу с учетом первоначально выделенных факторов (табл. 2) путем случайного смешивания двух полуреплик типа . Одну полуреплику отнесли к факторам , другую - к факторам . Число опытов в матрице должно быть кратным 2k и превышать число k+1 (k - число факторов). Поэтому в матрицу были включены опыты 9 и 10, образованные случайной выборной из обеих полуреплик. План эксперимента был рандомизирован с помощью таблиц случайных чисел. Матрица планирования отсеивающего эксперимента с результатами опытов представлены в таблице 2, в левой части которой приведен план эксперимента в кодированной форме, в столбце даны средние арифметические значения полноты удаления ботвы лука, а в столбцах и - результаты экспериментов после корректировок. Таблица 2 Матрица и результаты отсеивающего эксперимента № опыта Факторы Параметр оптимизации 1 - - - - - + - - 97,1 97,1 97,1 2 - - + + - + + + 97,6 97,6 97,6 3 + + + - - - - - 98,2 97,4 97,0 4 - - + - + - + - 97,2 97,2 97,2 5 + + - + - - + + 98,0 97,2 96,8 6 + - - - + + + + 97,1 97,2 97,0 7 + + - + + + - - 98,2 97,4 97,0 8 - + + + + - - - 98,5 97,5 97,3 9 - + - + + + - - 98,4 97,4 97,2 10 + - + - - - + + 97,6 97,6 97,4 В первую очередь производилась проверка воспроизводимости планов путем проверки гипотезы однородности дисперсий. Обработку экспериментальных данных начинали с их графического представления на исходной диаграмме рассеивания. Степень влияния факторов оценивали по разности медиан значений опытных данных верхних и нижних уровней факторов и по числу выделяющихся точек. По этим признакам на первом этапе выделены факторы («Скорость движения агрегата») и («Частота вращения рабочего органа»). После определения эффектов факторов ( =- 0,133; =0,967) проверяли их значимость по t-критерию ( = - 0,874; = 6,340). Таким образом, фактор («Скорость движения агрегата») оказался значимым с вероятностью меньше 0,9, а фактор («Частота вращения рабочего органа») - с вероятностью 0,95. После выделения факторов и проводили корректировку результатов отсеивающего эксперимента с целью более четкого выделения остальных факторов и их парных взаимодействий. По скорректированным результатам параметра оптимизации строили вторую диаграмму рассеивания, анализ которой позволил выделить два фактора («Высота установки рабочего органа относительно поверхности поля») и («Угол установки ножей»). Оценку значимости этих факторов проводили аналогично оценкам и . В результате расчетов получили: Таким образом, фактор значим с вероятностью 0,95, а вероятность значимости фактора - 0,9. Совместно с проведением оценки значимости эффектов факторов на каждом этапе осуществляли статистический анализ корректированных результатов наблюдений, в результате чего выявлялась необходимость дальнейшего выделения значимых факторов [6, 7]. После второй корректировки получили, что расчетное значение F-критерия равно 1,87, а табличное значение при 5%-м уровне значимости и числа степеней свободы f1 = 10 и f2 = 9 равно - = 3,02, следовательно, можно считать, что все значимые факторы выделены. На этом выделение факторов было закончено, а результаты отсеивания сведены в таблице 3. Таблица 3 Результаты оценки эффекта выделенных факторов Этапы Выделенные факторы Значение факторов Расчетное значение t-критерия По исходным данным После первой корректировки Х1 Х2 Х3 Х4 -0,133 0,967 0,233 0,167 -0,874ХХХ 6,340Х 3,077Х 2,198ХХ Примечание: Х - значим с 95%-й вероятностью; ХХ - значим с 90%-й вероятностью; ХХХ - значим с вероятностью менее 90% (незначимый фактор). По результатам корректировки экспериментальных данных строили точечную диаграмму распределения значений параметра оптимизации. Крутое восхождение по поверхности отклика решено было не проводить, так как при реализации матрицы планирования значения параметра оптимизации в большинстве случаев оказалось в почти стационарной области. При отсеивающих экспериментах предполагается, что поверхность отклика описывается линейной моделью вида: (1) где , , - коэффициенты регрессии при выделенных линейных членах; n - общее число линейных факторов; n-1 - число эффектов отсеивания; d - составляющая отклика, отнесенная к шумовому полю вместе с ошибкой опыта. При обработке результатов отсеивающего эксперимента получили: (2) Таким образом, получили линейное уравнение, описывающее поверхность отклика по показателю полноты удаления ботвы лука и сорных растений: . (3) Заключение. Построенная математическая модель процесса удаления ботвы лука рабочим органом ботвоудаляющей машины в лабораторных условиях позволила выделить следующие значимые факторы, влияющие на полноту удаления ботвы лука и сорных растений: частоту вращения рабочего органа, высоту установки рабочего органа относительно поверхности поля, угол установки ножей.

About the authors

D I Frolov

FSBE HVE Penza STA

Email: surr@bk.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
cand. techn. sciences, associate prof. of the department «Food productions»

A A Kurochkin

FSBE HVE Penza STA

Email: anatolii_kuro@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
dr. techn. sciences, prof. of the department «Food productions»

G V Shaburova

FSBE HVE Penza STA

Email: Shaburovs@mail.ru
440014, Penza region, Penza, Botanicheskaya, 30 str
cand. techn. sciences, associate prof. of the department «Food productions»

References

  1. Ларюшин, Н. П. Оптимальные параметры ботвоудаляющего рабочего органа обрезчика листостебельной массы / Н. П. Ларюшин, А. М. Ларюшин, Д. И. Фролов // Тракторы и сельхозмашины. - 2010. - №2. - С. 15-17.
  2. Ларюшин, Н. П. Уборка без задержек / Н. П. Ларюшин, А. М. Ларюшин, Д. И. Фролов // Сельский механизатор. - 2007. - №7. - С. 48-49.
  3. Фролов, Д. И. Разработка обрезчика ботвы лука и сорных растений с обоснованием конструктивных и режимных параметров : дис. …канд. техн. наук : 05.20.01 / Фролов Дмитрий Иванович. - Пенза, 2008. - 153 с.
  4. Фролов, Д. И. Обоснование оптимальной частоты вращения рабочего органа ботвоудаляющей машины / Д. И. Фролов, А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова // Известия Самарской ГСХА. - 2013. - №3. - С. 18-23.
  5. Фролов, Д. И. Разработка обрезчика ботвы лука и сорных растений с обоснованием конструктивных и режимных параметров : автореф. дис. …канд. техн. наук : 05.20.01 / Фролов Дмитирий Иванович. - Пенза, 2008. - 18 с.
  6. Ларюшин, Н. П. Обоснование конструктивно-режимных параметров ботвоудаляющего устройства при лабораторных исследованиях / Н. П. Ларюшин, А. М. Ларюшин, Д. И. Фролов // Нива Поволжья. - 2008. - №2 (7). - С. 46-51.
  7. Курочкин, А. А. Регулирование структуры экструдатов крахмалсодержащего сырья / А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, Д. И. Фролов, П. К. Воронина // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 4. - С. 94-99.

Statistics

Views

Abstract - 34

PDF (Russian) - 10

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2014 Frolov D.I., Kurochkin A.A., Shaburova G.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies