CC BY
14
Аннотация
В статье рассматривается вопрос оптимизации параметров бесприводного ротационного рыхлителя для обеспечения качественной работы агрегата. Авторами определены рациональные значении исследуемых параметров с точки зрения энергоемкости процесса.
I Ключевые слова: математическая модель, поступательная скорость агрегата, кинематический режим, количество рабочих органов на одной стороне диска, диаметр ведомого ротора, качества крошения почвы, тяговое сопротивление, уравнения регрессии, рациональный параметр.
Otahanov B.S., Abdumannopov N.A., Yoqubjonov N.N., & Giyosov K.A.
Optimization of Parameters of Slave Rotor of a Non-Driving Rotary Agitator
Abstract
The article deals with the issue of optimizing the parameters of a non-driving rotary agitator to ensure high-quality operation of the unit and determines the rational values of the studied parameters in terms of the power intensity of the process.
I Keywords: mathematical model, translational velocity of the unit, kinematic mode, number of working bodies on one side of the disk, slave rotor diameter, soil pulverization quality, traction resistance, regression equations, rational parameter.
Технологическая схема работы макетного образца ротационного бесприводного рыхлителя представлена на рис. 1. Рабочий процесс происходит следующим образом, зубья ведущего ротора разрушают монолитный почвенный массив, за ним пассивный рабочий орган подрезает (зачищая дно борозды) и частично разрыхляя их. Ведомый ротор, приводимый ведущим ротором, вращаясь несколько раз быстрее, чем последний, разрушает ударной нагрузкой почвенные комки и глыбы. Обработанная ведомым ротором почва снова подвергается воздействию измельчающе-уплотняющего катка, выполненного в виде барабана с винтообразно расположенными зубчатыми планками, которые измельчает почвенные комки, расположенные на поверхности поля и частично уплотняет на глубине погружения зубчатых планок.
Ниже приводится краткая техническая характеристика макетного образца ротационного бесприводного рыхлителя.
Ширина захвата, м - 3,6-4 м.
Рабочая скорость, м/сек - 1,7-2,5 м/сек.
Глубина обработки, см:
_Engineering sciences
УДК 631.316.44.001.2 DOI 10.21661/r-508662
Отаханов Б.С., Абдуманнопов Н.А., Ёкубжонов Н.Н., Гиёсов К.А.
Оптимизация параметров ведомого ротора беприводного ротационного рыхлителя
- лапой до 15;
- роторами до 10. Габаритные размеры, мм:
- ширина - 4120;
- длина - 4800;
- высота - 1235.
Производительность, га/ч - до 3,0 га/ч. Масса, кг - 1235 кг.
Существенным отличием макетного образца ротационного бесприводного рыхлителя является снабжение его ведомым ротором нового типа.
Рис. 1. Технологическая схема работы прицепного ротационного бесприводного рыхлителя
Технические науки
Интервалы варьирования и уровни факторов
Таблица 1
Факторы и их размерности Условное обозначение факторов Интервалы варьирования Уровни факторов
верхний (+1) основной (0) нижний (-1)
По ступательная скорость агрегата, м/с Х1 0,5 2,5 2 1,5
Кинематический режим Х2 1 6 5 4
Количество рабочих органов на одном диске, шт. Х3 2 10 8 6
Диаметр ведомого ротора, мм Х4 60 420 360 300
Исследования влияния каждого параметра в отдельности, а также взаимодействий отдельных параметров синусоидально-логарифмического рабочего органа на агротехнические показатели работы ведомого ротора сопряжено с большим объемом работ. Поэтому при исследовании величин как отдельных, так и взаимодействий параметров ведомого ротора на агро-энергетические показатели был поставлен многофакторный эксперимент по плану В4 [1]. Исследования проводились согласно по [2].
Основные исследуемые факторы, интервалы и уровни их варьирования представлены в таблице 1.
На основе предыдущих исследований уточнены интервалы варьирования факторов: Х1 - поступательная скорость агрегата, Х2 - кинематический режим, Х - количество рабочих органов на одной стороне диска и Х4 - диаметр ведомого ротора [3; 4].
После обработки результатов экспериментов и оценки значимости коэффициентов получены следующие уравнение регрессии, адекватно описывающие технологический процесс рыхления почвы:
- по качеству крошения почвы (%)
Ук = 80,797 + 2,35 Х1 + 0,966 Х2 + 2,836 Х, - 0,441 Х4 -0,581 Х12 + 1,128 Х2Х3 +1,536 Х22 + 0,454 ХХ - 3,517 Х/ -Х3Х4 - 3,119 Х42; (1)
- по тяговому сопротивлению (кН):
Ур = 34.996 + 0.359 Х1 + 0,554 Х + 0,998 Х + 4,935 Х4 + 0,487 Х12 + 0,529 Х^2 - 3,533 Х/. (2)
Анализ регрессионных уравнений указывает на то, что все параметры ведомого ротора влияет на качество крошения почвы, но большое влияние имеют факторы Х1 иХ^ а на тяговое сопротивления больше всех факторов влияет фактор Х4, влияние остальных факторов в несколько раз меньше, но имеют влияние.
Для определения оптимальных значений факторов, уравнения (1 и 2) регрессии исследовались на минимум тягового сопротивления методом штрафных функций. При совместном решении полученных моделей при условии 80 £ У1 £ 90%, получено следующие кодированное и натуральное значение факторов, которые приведены в таблице 2.
Для определения рациональных параметров и режима работы ведомого ротора выполним графическую интерпретацию результатов экспериментов, процесса взаимодействий ведомого ротора с почвой, методом двумерных сечений по известной методике, при этом решалась компромиссная задача [1].
Кодированное значение факторов Натуральное значение факторов
Х1 Х2 Х3 Х4 V, м/с 1, Ъ, D, мм
+0,3357 -0,9995 -1,000 -1,000 2,12 4 6 300
Рассмотрим двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее изменение качеств крошения почвы в зависимости от поступательной скорости (Х1) и количества рабочего органов (Х3). Для получения этого подставляем фиксированные значения Х = - 0,9995 и Х4=-1,00 в уравнение (1) и (2) получим
Ук = 78,773 + 2,35 Х1 + 2,254 Х3- 0,581
(3)
Х12 - 3,517 Х32;
Ур = 29,507 + 0,17 Х1 + 0,998 Х3 + 0,487
Х12 - 3,533 Х32. (4)
Координаты центров поверхностей в старых осях получим дифференцированием (3) и (4) по Х1 и Х3 и решением совместно полученных систем уравнений. Координаты центров поверхностей оказалась равными.
Х'18 = 2,24; Х'38 = 0,22;
Х", = - 0,156; X", = 0,97. Углы поворота новых осей координат относительно старых, до совмещения с главными осями фигуры, равны а1 = 10030' для модели (5.10) и а11 = 3022' для модели (4).
Проводим каноническое преобразование уравнений (3) и (4), для чего определим коэффициенты регрессии в канонической форме
В111 = -3,22; В'33 = -0,:
В1111 = -3,43; Вп33 = 0,69.
Подставив в (1) и (2) значения Х11в, Х13в, Хп1в, Хп3в получим значения качество крошение и тягового усилия в новом центре поверхности отклика; Укб = 81,44% и УрБ = 27,24 кН. Тогда (3) и (4) в канонической форме запишутся
УКБ - 81,44 = -3,22Х12 - 0,88 Х32; (5)
УрБ - 27,24 = -3,43Х12 + 0,69Х32. (6)
Подставляя различные значения откликов Укб, УрБ в (5) и (6), получим соответствующих контурных кривых поверхностей отклика. Для (5) это семейство эллипсов, а для (6) - кривые поверхности типа минимакс.
Подставляя различные значения откликов Укб, УрБ в (5) и (6), получим соответствующих контурных кривых поверхностей отклика. Для (5) это семейство эллипсов, а для (6) - кривые поверхности типа минимакс.
50 Интерактивная наука | 10 (45) • 2019
Engineering sciences
Анализ приведенных двумерных сечений (рис. 2) показывают, что в количестве рабочих органов до 10 тяговое сопротивление почвы будет минимальным, т.к. подача на рабочий орган уменьшается и рабочий орган подталкивает агрегата вперед, но в дальнейшем увеличении повышается тяговое сопротивление почвы. С увеличением поступательной скорости агрегата наблюдается сначала повышение (до скорости 2,02 м/с) тягового сопротивления, а потом снижение тяговое сопротивление почвы и улучшение качества крошения почвы. Это происходит от того, что в увеличении скорости агрегата скорость рабочего органа сначала приближается к диапазону скорости распространения пластических деформаций в почве, а потом переходит. В диапазоне скорости распространения пластических деформаций тяговое усилие в большей степени расходуется на крошение почвы. В дальнейшем увеличении скорости агрегата, рабочий орган, имеющий большой кинетической энергии, сначала разрушает почвенные комки и потом с оставшийся энергией подталкивает агрегат вперед. В этом случае, большая часть тягового усилия расходуется на подталкивание агрегата.
Таким образом, за оптимальными параметрами ведомого ротора и бесприводного ротационного рых-
Рис. 2. Двумерное сечение для изучения влияния факторов Х2 и Х3 на качество крошения и тягового сопротивления. лителя принимаем следующие значения исследуемых факторов: поступательная скорость агрегата - 2...2,5 м/с, кинематический режим - 4, количество рабочих органов - 6 и диаметр ведомого ротора - 300 мм.
Литература
1. Мельников С.В. Планирование экспериментов в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Ленинград: Колос, 1980. - 168 с.
2. Tst. 63. 04: 2001 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. Программа и методы испытаний».
3. Отаханов Б.С. Определение скоростного режима / Б.С. Отаханов // Научное обозрение: теория и практика. - 2013. -№2. - С. 61-62.
4. Отаханов Б.С. Варианты воздействия рабочего органа ротационной машины на почвенные комки и глыбы / Б.С. Отаханов Б.С., Г.К. Пайзиев, Б.Р. Хожиев // Научная жизнь. - 2014. - №2. - С. 75-78.
References
1. Mel'nikov, S. V., Aleshkin, V. R., & Roshchin, P. M. (1980). Planirovanie eksperimentov v issledovaniiakh sel'skokhoziaistvennykh protsessov., 168. Leningrad: Kolos.
2. Tst. 63. 04: 2001 "Ispytaniia sel'skokhoziaistvennoi tekhniki. Mashiny i orudiia dlia poverkhnostnoi obrabotki pochvy. Programma i metody ispytanii".
3. Otakhanov, B. S. (2013). Opredelenie skorostnogo rezhima. Nauchnoe obozrenie, 2, 61-62.
4. Otakhanov, B. S., Paiziev, G. K., & Khozhiev, B. R. (2014). Varianty vozdeistviia rabochego organa rotatsionnoi mashiny na pochvennye komki i glyby. Nauchnaia zhizn', 2, 75-78.
