Суббота, 03.12.2016, 20:39
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

С. Е. Греков, соискатель ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Технология возделывания бахчевых и пропашных культур предусматривает предпосевную обработку почвы, посев, уход за посевами. Разработанные конструкции машин для выполнения этих технологических операций производят рыхление почвы и подрезание сорняков. Следует отметить, что рыхление почвы можно производить многими конструкциями рабочих органов, но все они имеют недостатки, которые вызывают нарушение технологического процесса, перемешивание почвы, вынос влажных слоев на поверхность и другие.

В большей степени отвечают агротехническим требованиям по выполнению перечисленных технологических операций стрельчатые плоскорежущие лапы.

В разработанной лабораторией механизации овощеводства и бахчеводства конструкции рабочего органа для поверхностной обработки почвы использованы элементы стрельчатой плоскорежущей лапы. Так как лапа имеет верхнюю заточку и наплавку нижней части лезвия твердым износостойким сплавом, то значительное влияние на качество работы стрельчатой лапы оказывают раствора лапы, угол крошения β, угол заострения i, задний угол резания ε, угол γ  глубина обработки а, ширина захвата лапы в и скорость движения орудия V (рис. 1).

Угол γ раствора лапы выбирается таким, чтобы подрезание сорняков производилось скользящим резанием, а корни подрезанных сорняков скользили вдоль лезвия. Если это условие не соблюдается, корни сорняков накапливаются на крыльях лап, которые перестают подрезать сорняки и выглубляются из почвы. Предотвращение обвала-кивания сорняками и почвой лезвий лап и стоек соблюдается при условии γ<90-φ, где φ – угол трения сорняков о лезвие лапы, град.

Оптимальные параметры стрельчатой плоскорежущей лапы можно определить с помощью многофакторного эксперимента. Задачей исследования является получение функции отклика и нахождение с её помощью оптимальных условий процесса подрезания сорняков при предпосевной обработке почвы, посеве и уходе за посевами [1, 2, 3].

За параметр оптимизации принята полнота подрезания сорняков. Основными факторами, влияющими на параметр оптимизации, являются угол γ раствора лапы, угол крошения β, угол заострения i, задний угол резания ε, глубина обработки а, ширина захвата лапы в и скорость движения орудия V. Все факторы непосредственно воздействуют на параметр оптимизации, не являются функцией двух переменных, управляемы и однозначны.

Решением многофакторной задачи обеспечивается выбор мате­матической модели-уравнения, связывающего параметры оптимизации с факторами. Основные факторы, влияющие на полноту подрезания, и интервалы варьирования, представлены в таблице 1.

Проведение полного факторного эксперимента предусматривает выбор локальной области полного факторного пространства.

Локальная область проведения эксперимента по изучению влияния различных факторов на полноту подрезания сорняков изучалась при проведении лабораторных и полевых испытаний стрельчатых плоскорежущих лап. За основной (нулевой) уровень приняты значения факторов, полученные по результатам исследований. Интервалы варьирования назначались также на основании лабораторных и полевых испытаний.

За интервал варьирования принималось число, которое в сумме с основным уровнем дает верхний предел варьирования фактора, а при разности – нижний.

Запись условий эксперимента, обработки данных и масштабы их осей задавались так, чтобы нижний уровень соответствовал – 1, основной – нулю, а верхний +1.

Для реализации исследований в области оптимума выбран предельно насыщенный план второго порядка (план Рехтшафнера ), по которому число опытов серии равно числу коэффициентов уравнения регрессии, полученного на основе данных этого эксперимента.

Уравнение регрессии для семи факторов в общем виде имеет вид:

Y = В0 + B1X1 + B2 X2 + В3X3 + В4Х4 + B5X5 + B6X6 + В7Х7 + В8Х1Х2 + + B9XIX3+ B10X1X4 + В11Х1Х5 + В12Х1Х6 + В13Х1Х7 + В14Х2Х3 + В15Х2Х4 + В16Х2Х5 + В17Х2Х6 + В18Х2Х7 + В19Х3Х4 + В20Х3Х5 + В21Х3Х6 + В22Х3Х7 + В23Х4Х5 + В24Х4Х6 + В25Х4Х7 + В26Х5Х6 + В27Х5Х7 + В28Х6Х7 + В29Х12 + В30Х22 + В31Х33 + В32Х42 + В33Х52 + В34Х72 + В35Х72. (1)

Значения коэффициентов определялись по методике, разработанной при планировании эксперимента согласно уровням варьирования факторов (табл. 1).

Построение плана Рехтшафнера выполнялось на основе активного эксперимента.

Для реализации плана на ЭВМ вычислены коэффициенты регрес­сии и получено уравнение в кодированном виде для полноты подрезания сорняков

Y = 97,85296 - 1,893658X1 - 0,9999733X2 - 2,131218X3 + 0,4687481X4 ++1,975025X5 - 0,387497Х6 + 0 ,9374695Х7 +0,06249464X1 X2 - 0,5062601X1X3 + + 0,2687599X1X4 + 0,287493X1X5 – 0,2500086Х1Х6  - 0,00009536743Х1Х7 - 0,1000099X2X3 - I,275017X2X4 + 0,3437352X2X5 + 0,5312375X2X6 + 0,3062344Х2Х7 - 0,08123577X3X4 - 0,2499907X3X5 - 0,2375119X3X6 - 0,1375218Х3Х7 - 0,6499757X4X5 –0,2625I73X4X6 + 0,08748054X4X7 - 0,2I87638X5X6 - 0,6187801X5X7 - 0,4062748X6X7 - 2,160614X12- -1,252472X22- 1,521729Х22 - 2,42I967X42 - 2,027863X52 - 2,965759X62 - 1,989258X72.(2)

Исследованием уравнения регрессии определяется вид оптимума и координаты оптимума поверхности отклика. Полученное уравнение регрессии приводится к каноническому виду, и определяется тип поверхности отклика в изучаемой области.

Уравнение в канонической форме

Y = 97,81 - 2,12X12 - 0,85X22 - 1,34Х32 - 2,66Х42 - 2,5Х52 - 3,15Хб2 -1,72Х72.(3)

Поверхность, соответствующая полученному уравнению, пред­ставляет собой выпуклый вверх эллиптический параболоид, то есть поверхность имеет экстремальную точку, и эта точка - точка максимума параболоида. Для определения координат поверхности отклика составим систему линейных уравнений, приравняв частные производные функции отклика по факторам к нулю.

Оптимальные значения факторов получены решением системы линейных уравнений:

-1,893658 + 0,06249464X2 - 0,5062601X3 + 0,2687599X4 +

+ 0,287493Х5- 0,2500086Х6 - 0,00009536743X7 - 4,321228X1 = 0;

-0,9999733 + 0,06249464X1 - 0,1000099X3 - 1,275017Х4 +

0,3437352X5 + + 0,5312375Х6 - 0,3062344Х7 -2,504944Х2 = 0;

-2,131218 -0,5062601X1 - 0,1000099X2 + 0,08123577Х4 +

+ 0,2499907X5 - 0,2375119Х6 - 0,1375218X7 - 3,043458Х3 = 0;

0,4687481 + 0,2687599Х1 - 1,275017X2 + 0,08123577X3 +

+ 0,6499757X5 - 0,2625I73X6 + 0,08748054X7 - 4,843934Х4 = 0;

1,975025 + 0,287493X1 + 0,3437352X2 + 0,2499907X3 +

+ 0,6499757Х4 - 0,2187638Х6 - 0,6187801X7 - 4,055726Х5 = 0;

-0,387497- 0,2500086X1 + 0,53I2375X2 - 0,2375119X3 -

- 0,2625I73X4 - 0,2187638X5 -0,4062748X7 - 5,931518Х6 = 0;

0,9374695 - 0,00009536743Х1 + 0,3062344X2 - 0,1375218X3 +

+ 0,08748054X4 - 0,6187801Х5 - 0,4062748Х6 - 3,978516X7 = 0 (4)

Имея адекватную математическую модель второго порядка, можно определить координаты центра поверхности отклика и изучить поверхность отклика в области оптимума. Это изучение выполнялось  методом двумерных сечений, примеры которых приведены на рисунках 2, 3, 4.

Оптимальные значения факторов в кодированном виде:

Х1 = - 0,37; Х2 = - 0,89; Х3 = - 0,64; Х4 = 0,20; Х5 = 0,74; Х6 = - 0,16; Х7 = 0,11.

Натуральные численные значения факторов для экстремальной точки Y найдены решением уравнений 4 и равны:

Х1 = 75 – 25 • 0,37 = 65,75 град;

Х2 = 20 – 0,89 • 10 = 11,1 град;

Х3 = 15 – 0,64 • 5 = 11,8 град;

Х4 = 10 + 0,2 • 5 = 11 град;

Х5 = 100 + 0,74 • 50 = 137 мм;

Х6 = 400 – 0,16 • 50 = 392 мм;

Х7 = 2 + 0,11 • 1 = 2,11 м/с.


Так как все коэффициенты уравнения регрессии в канонической форме имеют одинаковые знаки, то центр поверхности отклика находится вблизи центра эксперимента, а поверхность отклика имеет экстремум.

В исходное уравнение регрессии подставляются значения координат центра за исключением двух переменных. На графике в координатах независимых переменных наносится центр, проводятся оси главных направлений, затем в уравнение канонического вида задаются значения функции отклика и строятся кривые одного уровня, по которым судят об изменении критерия оптимизации. По анализу всех возможных сечений получается представление об изменении критерия оптимизации при варьировании разных пар факторов.

Исследованиями влияния угла раствора лапы и углов крошения, заострения, заднего угла резания, глубины обработки, ширины захвата лапы, скорости движения на функцию отклика  установлено, что величина угла раствора изменяется в пределах 66…67,50, при этом оптимальные значения угла крошения составляют 160, угла заострения – 12,20, заднего угла резания 12,20, глубины обработки 118 мм, ширины захвата лапы 395 мм, скорости движения 2,1 м/с.

Если полноту подрезания принимать равной 99 %, то перечисленные параметры будут изменяться в некоторых пределах, показанных на двумерных сечениях поверхностей отклика.

На основании проведенного исследования установлены оптимальные параметры стрельчатой плоскорежущей лапы, глубина обработки, скорость движения и интервалы их варьирования, которые приведены в таблице 2.

Библиографический список

1. Абезин, В.Г. Механизация возделывания бахчевых культур на основе ресурсосберегающих технологий: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01 / Абезин Валентин Германович. – Волгоград, 2003. – 478 с.

2. Налимов, В.В. Теория эксперимента / В.В. Налимов. – М.: Физматгиз, 1974. – 217 с.

3. Цепляев, А.Н. Агрономические и технические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии: дис. д-ра с.-х. наук: 06.01.01., 05.20.01. / Цепляев Алексей Николаевич. – Волгоград, 1998. – 378 с.

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (22.02.2016)
Просмотров: 110 | Теги: Обработка почвы | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016