Экспериментальное определение конструктивных и режимных параметров протравителя зерна

В последнее время для предпосевной обработки зерна широко используются протравители с восходящим потоком кону- са распыла защитно-стимулирующих суспензий (рис. 1). Принцип их работы следующий.

Рис. 1. Схема протравителя зерна:

1 – бункер – дозатор; 2 – ёмкость для протравливания;

3 – распределительный конус; 4 – форсунка-распылитель

Из бункера-дозатора 1 зерно подаётся на распределительный конус 3. Далее зерно сходит с него и в свободном падении обрабатывается потоком суспензии, образуемым распылителями 4 (форсунками). Весь процесс обработки осуществляется в замкнутой ёмкости 2.

Эти протравливатели просты по конструкции, надёжны в работе, удобны в эксплуатации, обеспечивают достаточно высокое качество обработки зерна.

Однако до сих пор для таких протравителей не определён оптимальный угол α постановки к горизонту образующей распределительного конуса 3 и, как следствие этого, их оптимальная производительность, обеспечивающая 100% качественную обработку зерна.

Для решения этой задачи был использован многофакторный эксперимент с привлечением плана Бокса-Бенкина [1].

В качестве критерия оптимизации (отклика) принята полнота протравливания зерна, которая зависит от нормы расхода суспензии и обрабатываемого зерна [2].

Уровни факторов выбирали таким образом, чтобы оптимальные их значения, рассчитанные теоретически или учитывающие существующие ограничения, попадали в центр интервала варьирования (табл. 1).

Таблица 1

Значимые факторы	Кодированное обозначение	Интервал варьирования	Уровни факторов
			-1	0	+1
Угол наклона к горизонту образующей распределительного конуса a , град	x1	15	30	45	60
Производительность протравителя по зерну пшеницы W , т/ч	x2	2	1	3	5

Значимые факторы, интервалы и уровни их варьирования

Максимальным значением для первого фактора x являлся угол наклона боковой поверхности конуса к горизонту, равный a = 60 0 , значение которого снижалось до a = 30 0 , что и соответствовало интервалу его варьирования.

Для второго фактора x значения производительности установки принимались из соображений работоспособности, где звездным точкам соответствовала производительность 1 и 5 т/ч, а положения, соответствующие интервалу варьирования, определялись

Использовать в качестве управляемых факторов другие конструктивные параметры протравливателя нецелесообразно, так как они не являются определяющими для качественной обработки семян.

Значения первого фактора устанавливали изготовлением конусов с соответствующей градацией, второй фактор фиксировался величиной открытия дозатора на заданную производительность установки.

Матрица планирования представлена в таблице 2.

по установленным зависимостям.

Матрица планирования при оптимизации качественных показателей работы протравливателя семян

Таблица 2

№ опыта	x0	x	x2	x	x2	Х1 ' Х2	x12	x22	Значение ДВ, %	Отличит. точки
1	+1	60	5	+1	+1	+1	+1	+1	80	ПФЭ
2	+1	30	5	-1	+1	-1	+1	+1	84
3	+1	60	1	+1	-1	-1	+1	+1	86
4	+1	30	1	-1	-1	+1	+1	+1	90
5	+1	60	3	+1	0	0	+1	0	88	Звёздные точки
6	+1	30	3	-1	0	0	+1	0	92
7	+1	45	5	0	+1	0	0	+1	90
8	+1	45	1	0	-1	0	0	+1	96
9	+1	45	3	0	0	0	0	0	98	Опыты в центре плана
10	+1	45	3	0	0	0	0	0	97
11	+1	45	3	0	0	0	0	0	98
12	+1	45	3	0	0	0	0	0	99

Порядок проведения опытов выполняется согласно теории случайных чисел. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались по известным методи- кам [3]. После математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии y, = 97,27 - 2x, - 3x2 - 7,24x2 - 4,24x22,                      (1)

где y – процентное значение действующей суспензии (полнота обволакивания зерновок от заданной нормы), %.

Поверхность функции отклика (рис.

• 1)    изучалась с помощью двумерных сечений.

Выполнив каноническое преобразование, получили уравнения:

dy ¹ = - 2 - 14,48 • x;,         (2)

dx dyL = -3 - 8,48 • x2.           (3)

,2

x

Решая систему линейных уравнений, находим координаты центра поверхности отклика: x =- 0,138 и x₂ =- 0,354.

Подставляя найденные значения x и x в уравнение (1), определяем значение параметра оптимизации в центре поверхности отклика:

Y = 97,943 . (4)

Угол поворота осей равен нулю градусов, т.е. уравнение (1) не имеет парных взаимодействий и коэффициенты регрессии в канонической форме равны: B_n =- 7,237 и B ₂₂ = - 4,237.

Рис. 1. Поверхность отклика зависимости качества обработки семян от угла образующей распределительного конуса и производительности установки

Характеристика двумерных сечений поверхности отклика представлена в таблице 3.

Поверхность отклика представляет собой эллипсоид (рис. 2), а ее центр – экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют одинаковые знаки.

Уравнение регрессии в канонической форме имеет вид:

• Y - 97,943 = - 7,237 • X_x - 4,237 • X₂ (5)

После подстановки различных значений отклика Y в каноническое уравнение (5) получаем семейство сопряженных изолиний (рис. 2).

Таблица 3

Коэффициенты центра сечения		Отклик функции в центре сечения Y S ,%	Угол поворота оси координат а , град
X1S	X2S
-0,138	-0,354	97,943	0

Характеристика двумерных сечений поверхности отклика по производительности протравителя

Расположение элементов производительности в области эксперимента представляет поверхность «эллипса». Центр эксперимента лежит за пределами области эксперимента. Максимальная степень обработки в данном случае будет при угле распределительного конуса 45° и производительности установки 3 т/ч.

Анализ рисунка 2 показывает, что изменение угла распределительного конуса а влияет на процесс больше, чем производительность установки, так как ось ординат меньше оси абсцисс. Это и характеризует более резкое изменение параметров качества обработки семян от угла распределительного конуса, поэтому x и x образуют сечения в виде эллипса.

Рис. 2. Двумерное сечение поверхности отклика качества протравливания в зависимости от производительности установки и угла а плоскостью XSX_t

Анализ поверхности отклика с помощью двумерных сечений показывает, какое значение действующего вещества (полнота протравливания в %) наносится на семена при различных режимах работы и настройки протравливателя. Например, при производительности установки, равной W = 1 т/ч и угле распределительного конуса а = 300, качество обработки семян будет равно 93% или при W = 3 т/ч и а = 600 качество обработки семян равно 96%.

Из анализа двумерных сечений функции отклика следует, что оптимальным значением угла а образующей распределительного конуса является угол, равный 45^о, а производительность протравителя – 3 т/ч. 26