Обоснование перспективных технологических схем рабочих камер лесных семяочистительных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ся редкими и уязвимыми, 29 видов подлежат специальной охране на территории Москвы и области, 11 видов - охране в Московской области.

Для улучшения состояния растительности города и ЛПЗП необходимо снизить

уровень загрязнения воздушной и водной среды, почвенного покрова, уменьшить антропогенные нагрузки, вводить в насаждения устойчивые к техногенным нагрузкам растения, сохранять и формировать крупные лесопарковые массивы.

ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАБОЧИХ КАМЕР ЛЕСНЫХ СЕМЯОЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Н.Д. ГОМЗЯКОВ, ст. науч. сотр. ЦНИИМЭ, канд. техн. наук

В качестве рабочих камер для отделения крылаток от семян в лесных семяочис-тительных машинах могут использоваться обескрыливающие устройства различных конструкций [4, 5]. Проведенный анализ существующих способов обескрыливания лесных семян показал, что наиболее эффективным и, пожалуй, универсальным является механический способ, который осуществляется ударным воздействием рабочих органов о семена в сочетании с истиранием крылатки и проталкиванием семян через отверстия плетеных сетчатых поверхностей [3]. Реализация механического способа обескрыливания наиболее эффективна в рабочих камерах барабанного типа непрерывного действия с вертикальной, горизонтальной и наклонной осями вращения рабочих органов. Для научно обоснованного выбора рабочих камер, обеспечивающих создание наиболее перспективных новых и совершенствование существующих лесных семяочистительных, проведены исследования, которые отражены в данной работе.

Для решения поставленной задачи применен метод многокритериального ранжирования рабочих камер семяочистительных машин (поиск наилучших конструкций) по совокупности таких показателей, как техническое совершенство, технические, технологические и эксплуатационные показатели конструкций, т.е.

^={/7},/=1, 2,...и, (1)

которые всесторонне учитывают качественные и количественные характеристики рас-

сматриваемых конструкций и технологических процессов, выполняемых ими. К таким характеристикам можно отнести:

^ - полнота обескрыливания семян; Р7 - степень травмирования семян;

- производительность рабочей камеры, исходя из технологических соображений;

- масса машины; ^-универсальность (возможность использования конструкции рабочей камеры для обработки других видов семян);

Рь- компактность и простота конструкции (габариты, простота, технологичность изготовления и т.д.); ,Р7 - технологическая вписываемость в схему семяочистительной машины и возможность совмещения с другими машинами в технологической цепи поточной линии для обработки семян хвойных пород;

технологические возможности (реализация рабочего процесса и возможность регулировки режимов и параметров процесса);

эксплуатационные возможности (простота эксплуатации, обслуживания и замены сменных или изношенных рабочих органов);

энергоемкость рабочего процесса. Все перечисленные характеристики расположены по степени важности в убывающей последовательности. Количественно из них могут быть оценены полнота обескрыливания и степень травмирования семян, про-

изводительность и масса рассматриваемой конструкции. Совокупность таких показателей обозначим через К- {К.}, /=1,2,.. .п. Все остальные показатели количественной оценке не поддаются. Обозначим эту совокупность критериев через Р = {Р }, /=1,2... .т.

С целью упрощения анализа сведем АГ-показатели к одному агрегированному критерию Ка. Для этого применим метод линейной сверстки критериев [1,2].

Учитывая, что рассматриваемые показатели имеют различную размерность, переходим к безразмерным (нормированным) критериям & по формуле

К, Ж, mm

*,=>, _к , (2) J\.i max Л./ min

где К и К. . - соответственно максималь-

^ /max /min

ное и минимальное значения критерия К,

Отметим, что если увеличение критерия К. приводит к ухудшению технического совершенства, технологических и эксплуатационных показателей обескрыливателей, то нормированное значение соответствующего частного (конкретного) критерия определяется по формуле

Агрегированный критерий найдем в виде взвешенной суммы частных критериев

Результаты опроса экспертов

(4)

1=1

где 51. - степень важности каждого критерия.

При сравнении объектов по К-крите-риям лучшим будет считаться тот, который имеет наибольшее значение агрегированного критерия.

Учитывая, что все критерии неравнозначны по важности, степень важности каждого критерия определена методом экспертных оценок. В опросе участвовали 11 специалистов из ведущих учебных заведений и научно-исследовательских учреждений страны по лесному хозяйству, занимающихся проектированием и созданием семяочистительных машин. Эксперты давали свои оценки (51.) по 10-балльной шкале, после чего оценка степени важности каждого критерия усреднялась. Окончательно степень важности (5.) каждого критерия назначалась пропорционально данным экспертов из условия, чтобы сумма значений степеней важности всех критериев была равна единице, т.е.

Согласованность мнений экспертов проверена по общепринятой методике [1] с помощью коэффициента конкордации, который для данных, представленных в табл. 1, составляет 0,76.

Таблица 1 степени важности критериев

Критерии экспертизы Рг F* Fy

№1 0,19 0,18 0,09 0,12 0,08 0,06 0,11 0,06 0,07 0,06

№2 0,20 0,20 0,06 0,13 0,07 0,04 0,09 0,08 0,09 0,04

№3 0,21 0,21 0,07 0,12 0,07 0,06 0,08 0,07 0,09 0,02

№4 0,18 0,19 0,08 0,10 0,08 0,05 0,09 0,09 0,09 0,05

№5 0,19 0,18 0,08 0,12 0,05 0,04 0,08 0,10 0,10 0,03

№6 0,22 0,22 0,05 0,14 0,05 0,05 0,06 0,10 0,10 0,01

№7 0,20 0,20 0,05 0,09 0,07 0,05 0,07 0,10 0,10 0,02

№8 0,15 0,21 0,06 0,13 0,08 0,06 0,08 0,09 0,09 0,05

№9 0,16 0,24 0,06 0,10 0,09 0,07 0,07 0,10 0,08 0,03

№10 0,18 0,28 0,09 0,11 0,07 0,06 0,07 0,10 0,10 -

№11 0,16 0,23 0,08 0,13 0,06 0,05 0,06 0,10 0,11 0,02

Среднее S. 0,185 0,205 0,07 0,117 0,0727 0,0536 0,0791 0,09 0,103 0,03

Степень важности S 1 2,04 2,28 0,77 1,26 0,80 0,59 0,87 0,99 1,13 0,33

V J ^ У

V s=0,577 к ' S = 0,423 р

Использование понятия степени важности критериев позволяет для пары произвольно взятых объектов (рабочих камер) /т и /. ввести количественную меру Р-критериев. Для этого совокупность Р-критериев разбивают на три класса А(1 т , /); B(h , /.); С(/т , / ), причем для класса А выполняется условие Pli > Р.., для класса В -Ртг < PJt, для класса С - Pli = Р/Г Здесь знак «>» означает «лучше», знак «<» - «хуже», знак «=» - «равнозначны». После чего предпочтительность одного объекта над другим определяют по значению так называемого индекса согласия [1].

' S

S.eA

■ S, eC

(5)

m

где S = .

1=1

В случае, если 5 > 0,5, лучшим считается рабочая камера /т, если 5 < 0,5, то /. будет лучшей рабочей камерой для лесной семяочистительной машины. Если же 0,5, то рабочие камеры 1Х и 1] равнозначны с позиции Р-критериев. Заметим, что в выражении (5) величина 1/2 означает, что при сравнении двух объектов предпочтение одного над другим выявить сложно, а поэтому им дается равная оценка, т.е. 0,5.

й = (6)

S,ek

а индекс согласия

(7)

В рассматриваемом нами случае оказалось: 0,577; Б = 0,423.

Таким образом, более важным является агрегированный критерий (индекс согласия), поэтому на основании его значения следует принимать окончательное решение о предпочтительности рабочих камер семяо-чистительных машин.

Алгоритм ранжирования рабочих камер (объектов) имеет итеративный характер и состоит в следующем.

Шаг 1. Для произвольной пары рабочих камер /т и /у определяем агрегированные критерии и индекс согласия. Лучшей рабочей

камере присваиваем первый номер по порядку, худшему - второй.

Шаг 2. Из оставшихся рабочих камер произвольно выбирают объект и сравнивают его по описанным выше критериям с лучшим по порядку.

Шаг 3. Если рабочая камера / окажется хуже сравниваемой, то выполняют шаг 5, если лучше, то ей присваивают номер сравниваемой рабочей камеры, а номера всех следующих по порядку рабочих камер увеличивают на единицу.

Шаг 4. Сравнивают номер последней рабочей камеры с общим количеством рабочих камер. Если окажется, что они равны, то процедуру ранжирования прекращают, если не равны, то выполняют шаг 2.

Шаг 5. За сравниваемой рабочей камерой сохраняют ее номер, а объект / сравнивают со следующим по порядку до тех пор, пока не отыщется худший по сравнению с . Выполняют шаг 3.

Представленную процедуру ранжирования можно выполнять в диалоговом режиме, используя ЭВМ. Формализовать задачу полностью, к сожалению, не удается, поскольку в некоторых случаях предпочтение может оказаться неявным и окончательное решение принимает исследователь.

Если не требуется ранжировать рабочие камеры, а нужно отыскать среди них лучшую, то процедура поиска упрощается и ограничивается первыми четырьмя шагами.

Используя вышеописанную методику, произведено ранжирование рабочих камер барабанного типа семяочистительных машин различных конструкций и поиск наилучших из них. Схемы сравниваемых рабочих камер представлены на рис. 1, а их основные технические характеристики приведены в табл. 2.

Произведем расчет агрегированного критерия (Ка) и индекса согласия (5с) на примере сравнения двух объектов № 1 и № 2 (цилиндрического обескрыливателя с вертикальной и горизонтальной осью вращения рабочих органов).

Рис. 1. Схемы рабочих камер лесных семяочистительных машин: непрерывного действия цилиндрические с вертикальной (1); горизонтальной (2; 5) и наклонной (6); конические с горизонтальной (3) и наклонной (4) осями вращения рабочих органов

При этом принимаем во внимание следующие фактические данные для обескры-ливателей: полнота обескрыливания (&,) при однократном пропуске может колебаться от 50 до 100 %, т.е. кШп = 50 % и ¿2гаах = 100 %; травмирование семян (к2) - от 0.5 до 7.0 %; производительность (к3) - от 3 до 20 кг/ч и масса машины - от 12 до 100 кг. Тогда, оценивая объект № 1 при Кп = 70 %, К21 = 2 %, К31 = 10кг/ч и К41 — 100 кг с учетом выражений (2) и (3), рассчитаем значения критериев к.

_ 70%-50% _ 20 _ К] ~ 100%-50% ~ 50 ~°'4'

2%-0,5 7-0,5

= 1

15 0,5

= 0,57;

= 0,41; 3 20-3 17

100-12

Таблица 2

Основные технические характеристики рабочих камер обескрыливателей

барабанного типа

№ п/п Наименование рабочих камер обескрыливателей Производительность, кг/ч Масса, кг Качественные показатели

Полнота обес-крыливания, % Степень травмирования, %

1 Цилиндрическая с вертикальной осью вращения рабочих органов 8-10 50 55-60 2,0-3,0

2 Цилиндрическая с горизонтальной осью вращения рабочих органов 4-10 40 60-70 3,0-3,5

3 Коническая с горизонтальной осью вращения рабочих органов 10-15 30 85-90 1,5-2,0

4 Коническая с наклонной осью вращения рабочих органов 5-8 30 85-90 2,0-3,0

5 Цилиндрическая с горизонтальной осью вращения рабочих органов 5-10 40 85-90 1,5-2,0

6 Цилиндрический с наклонной осью вращения рабочих органов 10-12 25 85-90 1,5-2.0

Тогда значение агрегированного критерия для рабочей камеры № 1 будет равно

кл = = 0,185-0,4 + 0,205 0,57

+

1=1

+ 0,07-0,41 +0,117-0 = 0,261.

Определим значение агрегированного критерия для объекта № 2. На основе априорных данных принимаем к21 = 60-65 %, к22= 3 %, кг 3 = 4 кг/ч и к24 = 40 кг. Тогда значения критериев для объекта № 2 равны

, 65-50 15 ...

к =-= — = 0,33;

1 100-50 50

3-1 1 к2 = 1 - -— = 1 — = 0,67;

2 7-1 3

к2 = = — = 0,67;

3 20-3 17

к,= 1- 40-12 =1-0,32 = 0,68, 4 100-12 а значение агрегированного

Ка2= 0,185-0,3 + 0,67-0,205 +

+ 0^06-0,07 + 0,117-0,68 = 0,272.

Значение агрегированного критерия для объекта № 2 несколько больше, чем для объекта № 1. Однако по столь незначительной разнице в величине кя отдать предпочтение какому-либо объекту очень сложно. Поэтому сравниваем объекты № 1 и № 2 по

индексу согласно 5.. При этом универсальность машин (Р5), технологические возможности (7^), эксплуатационные возможности (.Рд) и энергоемкость рабочего процесса нами оценены как равные для этих типов рабочих камер; предпочтение в компактности и простоте (Р6) отдано объекту № 2, а технологическая вписываемость (Р7) лучше у объекта № 1. Тогда с учетом этого индекс согласия (5) для объекта №1 в соответствии с выражением (5) будет равен:

1

0,423

-•0,0727 + 0,0927 + 0 + 2

+—•0,0913+—-0,103 + —-0,04 2 2 2

= 0,486,

а для объекта № 2:

5с2., =1-5с1.2 = 1-0,486 = 0,514.

В данном случае оценка ведется с учетом значения агрегированного критерия и индекса согласия путем умножения их численных значений. Объект, имеющий большую величину, является наилучшим. В рассмотренном примере объект № 2, т.е. обескрыли-ватель с горизонтальной осью вращения рабочих органов лучше, чем обескрыливатель с вертикальной осью.

Таблица 3

Значения агрегированных критериев Ка и индексов согласия 5 для каждой

пары рабочих камер

Рабочие камеры(объекты) Рабочие камеры

№ 1 №2 №3 №4 №5 №6

№ 1 К =0,261 а 5 S = 0,486 с ' 0,128 0,194 0,459 0,338

№2 К = 0,514 с 7 К = 0,272 а 9 0,406 0,410 0,488 0,410

№3 0,572 0,594 К =0,419 а ' 0,466 0,353 0,511

№4 0,506 0,590 0,534 К = 0,309 а 9 0,517 0,482

№5 S = 0,541 с 9 0,512 0,647 0,463 К = 0,288 а ' 0,371

№6 0,612 0,590 0,489 0,518 0,629 К =0,380 а 3

В табл. 3 представлены полученные в результате расчета численные значения агрегированных критериев (Ка) и индексов согласия (5) для каждой сравниваемой пары рабочих камер и рассматривемых в целом обескрыливате-лей барабанного типа различных конструкций.

Исходя из полученных данных, рабочие камеры барабанного типа ранжированы следующим образом: № 3 (0,409); № 6 (0,380); № 4 (0,309);№ 5 (0,288);№ 2 (0,272)и№ 1 (0,261) - в скобках указаны численные значения агрегированного критерия. Наилучшими оказались рабочие камеры № 3, № 4, № 6, значения агрегированных критериев и индексов, согласия для которых имеют максимальные величины.

Таким образом, на основе многокритериального ранжирования рабочих камер установлено, что для лесных семяочистительных машин наиболее перспективными технологическими схемами являются две рабочие камеры барабанного типа непрерывного действия конической и цилиндрической формы с горизонтальной и наклонной осями вращения рабочих органов. Их

необходимо разработать и применять для проведения дальнейших экспериментальных исследований с целью обоснования основных конструктивно-технологических параметров при обработке различных лесных семян.

Библиографический список

1. Пижурин, A.A. Современные методы исследований в деревообработке / A.A. Пижурин. - М.: Лесная пром-сть, 1972. - 248 с.

2. Пижурин, A.A. Исследование процессов деревообработки / A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - 232 с.

3. Свиридов, Л.Т. О классификации способов и устройств для обескрыливания лесных семян / Л.Т. Свиридов - Изв. вузов: Лесной журнал, 1997. -№ З.-С. 14-19.

4. Свиридов, Л.Т. Эффективные технологические приемы и устройства для обескрыливания семян / Л.Т. Свиридов // Совершенствование ведения хозяйства в лесах Украины и Молдавии: Тезисы докл. Республ. научн.-техн. конф. - Киев: УСХА, 1990.-С. 140-142.

5. Свиридов, Л.Т. Обоснование технологической схемы и параметров обескрыливающего устройства малогабаритной семяочистительной машины: дис... канд. техн. наук / Л.Т. Свиридов- Воронеж, 1982. - 248 с.

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

С.И. БУЛДАКОВ, зав. тф. транспорта и дорожного строительства УГЛТУ, канд. техн. наук, Л.А. ЗОЛКИНА, тф. транспорта и дорожного строительства УГЛТУ

Проектирование новых и эксплуатация старых автозаправочных станций (АЗС) должны удовлетворять условиям наибольшей их экономичности и строгого соответствия природоохранному законодательству, действу-

ющим государственным стандартам, нормативам качества природной среды, правилам технической документации АЗС, нормативно-техническим документам. Должны предусматриваться меры по снижению выбросов и сбросов