Воскресенье, 11.12.2016, 16:45
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ СЕМЯН ТЫКВЫ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ СЕМЯН ТЫКВЫ

В.Г.Абезин, В.А.Моторин
Волгоградский государственный аграрный университет

В статье изложено исследование процесса работы транспортерного высевающего аппарата планированием эксперимента, позволяющего получить необходимые значения оптимальных параметров рабочих органов, которые влияют на качественные показатели работы устройства.

Ключевые слова: точность высева, фактор, параметр оптимизации, область определения, многофакторный эксперимент.

 

Главной целью проводимых поисковых опытов являлось изыскание конструкции высевающего аппарата и его рабочих органов, которая была бы способна захватывать по одному проросшему семени из всей массы семенного материала, находящегося непосредственно в воде, с перспективой подачи его в сошник [1, 6].

 
Рисунок 1 - Схема лабораторной установки:
1 - бункер для семян; 2 - сменный высевающий транспортер; 3 - приводной блок; 4 - опорный блок; 5 - пластина с радиальными проточками и винтами; 6 - двигатель постоянного тока с резистором; 7 - датчик оборотов; 8 - неподвижные штанги;
9 - шарнир; 10 - семяпровод

После получения результатов проведенных лабораторных исследований нами установлено, что на процесс западения семян в ячейки, а именно на точность высева, наибольшее влияние оказывают такие параметры, как длина ячейки, ширина ячейки, глубина ячейки и угол наклона высевающего транспортера к горизонту.
 
Следующий этап исследований был направлен на определение оптимальных значений рассматриваемых нами конструктивных параметров высевающего аппарата транспортерного типа. Работа оценивалась по количеству заполненных ячеек транспортера одним семенем, с учетом изменения параметров в широком диапазоне.

Необходимая регулировка параметров высевающего аппарата на работу выполнялась в соответствии с имеющейся методикой проведения эксперимента.
Получение оптимальных значений параметров высевающего аппарата возможно при использовании регрессионной математической модели второго порядка, являющейся уравнением, объединяющим параметр оптимизации с исследуемыми факторами
[3]    . Для оптимизации вычислений нами использовался активный эксперимент.
 


Рисунок 2 - Общий вид лабораторной установки

Для выяснения влияния каждого фактора на процесс создается определенная шкала значимости, что значительно облегчает задачу построения эксперимента. Состояние объекта зависит от сочетания исследуемых факторов, а их всевозможное количество сочетаний определяет число опытов. Удалось выделить четыре основных управляемых фактора: длина ячейки - X1, ширина ячейки -X2, глубина ячейки X3, угол наклона высевающего транспортера -X4 (рис. 3), влияющих на точность высева:

Модель процесса работы высевающего аппарата    
Рисунок 3 - Модель процесса работы высевающего аппарата

В качестве критериев оптимизации в процессе проведения исследования, по которым производилась оценка процесса, служила: точность высева - Y1. Факторы и их характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Факторы и их характеристики

Для проведения исследований по нахождению оптимума применялся предельно насыщенный план второго порядка (план Рехтшафнера). Это некомпозиционный D-оптимальный план, который обладает большей D-оптимальностью в сравнении с другими и включает минимальное количество опытов. С целью решения задач регрессионного анализа, была применена матрица плана Рехтшафнера для четырехфакторного эксперимента, которая приведена в таблице 2 [4, 5].

Тип поверхности определим с помощью канонического уравнения, а анализ области оптимума сделаем по двухмерным сечениям.
При анализе всех возможных сечений создавалась картина изменения критерия оптимизации с варьированием всех пар факторов между собой. Если оптимум отсутствовал, выбирали более предпочтительную зависимость факторов.

Для получения значений коэффициентов регрессии в канонической форме решали характеристические уравнения. Их решение производилось по стандартной программе. Для расшифровки кодированных значений, во время решения компромиссной задачи оптимальных значений факторов, пользовались формулой:
    (1)
где xk - кодированное значение i - го фактора; xih - натуральное значение i-го фактора; x0ih - натуральное значение i-го фактора на нулевом уровне; hi - интервал варьирования i-го фактора.

В результате использования принятой методики исследования значения оптимума, реализовали план Рехтшафнера для 4-х факторного эксперимента.

На основании экспериментальных данных, полученных после использования предложенной программы [2, 4], рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии В0, Bi, Bij и Bii:
    (2)
Значимость данных коэффициентов уравнения (2) оценивалась по критерию Стьюдента. После результатов оценки выяснилось, что все коэффициенты значимые. При проведении расчетов составили уравнения регрессии в кодированном виде:
    (3)
Адекватность полученных математических моделей оценивалась по критерию Фишера.

При исследовании точность высева составила F = 0,92. Во всех случаях F0 05>F (в данном случае F005=2,1646 - табличная величина критерия Фишера при уровне значимости 5 % [4, 5]). Делаем вывод, что математические модели соответствуют результатам эксперимента, то есть адекватна.

В результате использования предлагаемой программы [5] выяснены оптимальные параметры факторов, табл. 2.

Таблица 2 - Оптимальные параметры факторов

Примечание: в числителе в кодированном виде, в знаменателе в раскодированном.

Для проведения анализа и систематизации данных полученную математическую модель второго порядка преобразовали в типовую канонической формы вида:
   (4)
где Y - параметр    критерия оптимизации; Ys - параметр критерия оптимизации    в    оптимальной
точке; Хь Х2, ...,    Хк - новые оси координат, повернутые относительно старых хь х2,    ..., хк;    Вп,
В22, ., Вкк - коэффициенты регрессии в канонической форме.

В результате вычислений, проведенных на ЭВМ, найдены коэффициенты регрессии в канонической форме В11, В22, В33, В44 и значения критерия оптимизации в оптимальной точке Ys.

Уравнения регрессии (3), представленные в канонической форме, имеют вид:
   (5)
Так как все коэффициенты у квадратных значений имеют отрицательные знаки, значит поверхности откликов, представленные в уравнении (3), представляют собой четырехмерные параболоиды, с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), относительно (хх) и (х2), факторы (х3) и (х4) фиксировались на оптимальных значениях х3 = 0,7 х4 = 0,5.
Результаты расчетов графически представлены на рисунке 4.
Дальнейшие графические расчеты выполнялись на примере рисунка 4.
Можно рекомендовать следующие оптимальные параметры факторов: хх = 0,8...0,9 и х2 = 0,7...0,8.

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), относительно (хх) и (х3), факторы (х2) и (х4) фиксировались на оптимальных значениях х2 = 0,7 и х4 = 0,5.
Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 0,8...0,9 и х3 = 0,65...0,75.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), (Xj) и (х4), факторы (х2) и х3) фиксировались на оптимальных значениях х2 = 0,7 и х3 = 0,7.

Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов: х1 = 0,8...0,9 и х4 = 0,4...0,5.

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), относительно (х2) и (х3), факторы (х1) и (х4) фиксировались на оптимальных значениях х1 = 0,85 и х4 = 0,5.

Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов:
х2 = 0,7...0,8 и х3 = 0,65.0,75.

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), относительно (х2) и (х4), факторы (х1) и (х3) фиксировались на оптимальных значениях х1 = 0,85 и х3 = 0,7.

Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов:
х2 = 0,7...0,8 и х4 = 0,4...0,5.

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3), относительно (х3) и (х4), факторы (х1) и (х2) фиксировались на оптимальных значениях х1 = 0,85 и х2 = 0,7.

Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов:
х2 = 0,7...0,8 и х4 = 0,4...0,5.

Анализ приведенного двумерного сечения показал: чтобы точность высева Н была максимальной, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: хх = 0,8.0,92; х2 = 0,7...0,8; х3 =0,65.0,75 и х4 =0,4...0,5. При этом точность высева составит 99 %.

Проведенные полевые испытания (рис. 5) подтвердили расчетные данные исследуемых параметров высевающего аппарата, при которых точность высева совпала с расчетной.

Установка разработанного высевающего аппарата на сеялке СУПН – 8

Рисунок 5 – Установка разработанного высевающего аппарата на сеялке СУПН – 8 при полевых испытаниях

 

Библиографический список

1. Абезин, В.Г. Высевающие аппараты для точного высева проращенных семян овощных и бахчевых культур [Текст] / В.Г. Абезин, А.Н. Цепляев// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - №4 (20). - С. 149-157.
2. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных [Текст] / Г.В. Веденяпин. - М.: Колос, 1973. - 199 с.
3. Инновационные технологии и средства механизации посева семян бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, М.Н. Шапров, И.С. Мартынов, Д.А. Абезин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. -№2 (18). - С. 88-94.
4. Кузнецов, Н.Г. Вводные лекции по математическому моделированию и математической теории эксперимента [Текст] / Н.Г. Кузнецов, С.И. Богданов. - Волгоград, 2007. - 182 с.
5. Маркова, Е.В. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента [Текст] / Е.В. Маркова, А.А. Лисенков. - М.: «Наука», 1979. - 348 с., ил.
6. Цепляев, А.Н. Определение оптимальных параметров высевающего аппарата для проросших семян бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, Д.А. Абезин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - №4 (16). - С. 178-183.
 

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование № 2 (34), 2014

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (02.02.2016)
Просмотров: 124 | Теги: ВЫСЕВАЮЩИЙ АППАРАТ | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016