Результаты экспериментальных исследований грядообразователя фрезерного типа

При полевых испытаниях рабочих органов экспериментальных машин, критериями оценки, отражающих качество обработки, выбраны снижение энергозатрат и степень крошения почвы. При этом необходимо отметить, что обеспечение заданного режима вращения (вращения без проскальзывания и торможения) почвообрабатывающих рабочих органов ротационного типа, является технологическим показателем, в значительной мере, определяющим агротехническое качество обработки почвы [4, 92, 112, 148].

Тягово-приводной агрегат для предпосадочной подготовки почвы под картофель (рис.4.8) одновременно выполняет две технологические операции: рыхление и измельчение почвы рабочими органами активного действия; формирование гряды (гребня).

Рисунок 4.8. – Рабочие органы грядообразователя фрезерного типа (Патент)

Для определения рациональных конструктивно-технологических параметров и режимов работы ротационных рабочих органов активного действия проведены экспериментальные исследования с использованием методов планирования экспериментов [2, 27, 28, 36, 87, 94, 192, 193]. Основной задачей планирования экспериментов являлось нахождение математической зависимости параметров оптимизации технологического процесса от влияния каждого из исследуемых факторов или их совокупного влияния на процесс.

Таблица 4.3 - Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование факторов	обозначения	уровни варьирования	интервал
именн.	кодир	- 1		+ 1
Количество ножей	n, шт 5 10 15	Х1
Отношение окружной скорости к посту-пательной	l	Х2 21 30,5 10
Глубина обработки	Н, мм	Х3
Диаметр барабана	D, мм	Х4

 

Для получения математической модели процесса использован композиционный план Хартли второго порядка, который состоит из полуреплики полного факторного эксперимента типа 2^4-1 и опытов в звездных точках и центре плана. Определяющий контраст плана:

(4.10)

Интервал варьирования фактором X₁ (скорость поступательного движения агрегата), интервал варьирования фактором X₂ (число ножей рабочего органа), интервал варьирования фактором Х₃ (длина пальцев) выбран на основании предварительных расчетов глава 3. Интервал варьирования фактором Х₄ (угол наклона диска ротора) выбран по рекомендациям работ [4, 39].

Кодовое обозначение, интервалы и уровни варьирования факторами приведены в табл. 4.3. Матрица плана эксперимента в раскодированном виде приведена в табл. 4.4. Многофакторный эксперимент, обработка результатов эксперимента и их проверка были проведены в соответствии с общепринятыми методами.

Таблица 4.4 - Матрица плана эксперимента в раскодированном виде

№ опыта	Порядок реализации	Значения факторов
Х1, м/с	Х2, шт.	Х3, мм	Х4,

Дисперсия параметра оптимизации в каждой строке матрицы определялась по формуле:

; (4.11)

где: - среднеопытное значение параметра оптимизации; - значение параметра оптимизации i-ой повторности; m - число повторностей опыта.

Проверка воспроизводимости эксперимента производилась с помощью критерия Кохрена:

(4.12)

где: - наибольшая построчная дисперсия; - расчетное значение критерия Кохрена; - сумма построчных дисперсий; - число опытов эксперимента.

Полученное в результате расчетов значение критерия Кохрена () сравнивалось с табличным значением критерия Кохрена (), принятым при уровне значимости g= 5 % и числе степеней свободы V₁=m-1 и V₂=N.

Эксперимент воспроизводим при значениях критерия Кохрена

G_расч < G_табл.

Дисперсии параметра оптимизации усреднялись и для расчетов пользовалась средняя дисперсия опыта:

; (4.13)

 

Коэффициенты уравнения регрессии вычислялись по формулам[ ]:

(4.14)

(4.15)

(4.16)

Коэффициенты факторов, входящих в определяющий контраст рассчитывают по формуле (4.16).

Для проверки статистической значимости коэффициентов находим дисперсии ошибок определения коэффициентов регрессии, ковариации и среднеквадратическое отклонение дисперсии ошибок /60/:

(4.17)

Значимость коэффициентов регрессии определяли no t - критерию Стьюдента. Табличное значение t-критерия (t_кр) принималось при числе степеней свободы и уровне значимости g=5%. Коэффициенты уравнения регрессии считались значимыми, если выполнялось условие:

(4.18)

Проверка адекватности математической модели экспериментальным данным осуществлялась по критерию Фишера (F_расч):

(4.19)

где: - дисперсия адекватности.

(4.20)

где: - экспериментальные и расчетные значения параметра; k - число факторов эксперимента.

Модель объекта исследования второго порядка имеет вид:

(4.21)

 

Для подтверждения гипотезы об адекватности модели определялось табличное значение критерия Фишера (F_табл) при уровне значимости g=5% и число степеней свободы V₁=m-1 и V₂=N. При условии F_расч<F_табл гипотеза об адекватности модели подтверждается: уравнение не противоречит экспериментальным данным и достоверно описывает исследуемый процесс.

Уравнение (4.21) используется для построения поверхности отклика (рис.4.9, рис.4.10) изменения структурного состояния почвы в зависимости от изменения кинематических параметров режимов работы. С целью определения экстремума функции рассмотрим поверхность отклика в трехмерном пространстве при фиксированных граничных значениях влажности удобрений в области эксперимента.

Рисунок 4.9 – Однородность фракционного состава от кинематического параметра и глубины обработки, при D = 0,5м, n = 24

а = 0,14, n = 24

Рисунок 4.10 – Однородность фракционного состава от изменения диаметра фрезбарабана и кинематического параметра, при n = 24, а =10см

 

Установлено, что значения однородности фракционного состава почвы соответствующие агротехническим до 90% находятся в области значений по глубине обработки - а=0,12-0,16м, по количеству ножей находящихся в одной плоскости - n=3-4шт. Диапазоны значений по глубине обработки и по обоснованию количества ножей совпадают с теоретическими значениями.

Режимные характеристики тягово-приводного агрегата характеризуются кинематическим параметром фрезерного барабана, определяемый отношением окружной скорости к поступательной скорости агрегата.

Установлено, что значения однородности фракционного состава почвы соответствующие агротехническим до 90% находятся в области значений по диаметру фрезерного барабана D=0,5м, по значениям кинематического параметра λ = 3-5. Диапазоны значений по глубине обработки и по обоснованию количества ножей совпадают с теоретическими значениями. Условия экстремума соответствует максимуму при влажности почвы 22%.