Моделирование процесса сепарации семян подсолнечника в семяочистительном агрегате

Здесь G§fck), Д (x)] - функционал, определяющий показатели технологического процесса в агрегате (полнота выделения j -ых компонентов, потери семян, чистота очищенных семян, содержание в очищенных семенах других J -ых компонентов...) для различных К8 (х)-ых его схем.

При этом для оценки показателей функции цели (2) и показателей технологического процесса бЯМ*)’⁷^*)] Для различных вариантов функциональных схем необходимо построить соответствующие математические модели, часть из которых уже известны, описывающие рассмотренные в схемах подсистемы при заданных аргументах векторов Ғ_о (4) и А (5), например, математическая модель решетных модулей различной структуры с различными решетными сепараторами приведена в [6], обобщенная модель т^И4^(М4Ш - функционал, определяющий стоимость потерь, связанных с выходом Ot^g^X^ семян в отходы, доли выхода очищенных семян Ct^g^X^, содержание в очищенных семенах сорных b_cg(x^ и масличных Ь _g^X^ примесей в зависимости от реализации Kg (х) схемы СОА.

функционал, определяющий изменение потребляемой СОА энергии N^x) и балансовой цены оборудования Б₅(х^ в зависимости от использования К ₈ (л:) схемы СОА;

G₅(x,u^ - графовая модель функциональных схем агрегата, определяющая вариант X -ой схемы, минимизирующей З_пр.

Выходные показатели системы определяются вектором В , аргументы которого случайные в вероятностно-статистическом смысле величины.

Для конкретных условий оптимизации величина критерия 3 определяется как функция суммарных показателей всей системы операций, учитываемых в Kg (^)-й функциональной схеме

где З_п - затраты прямые на обработку 1 т исходного вороха семян под солнечника (ОСТ 70.10.2-83).

Чс-В Г , нА । Цэ§3 w4kA юо J W4K„,

Бяа'+Сса'^БА

T*W4KDKC

cL. ■ r er’ + cr r;

с л I . w /             с у I Ц

T»W₄K_3KC т_ф^_чк_зкс t^k^.

здесь H_зп - налог на фонд зарплаты; HP - накладные расходы;

С_пз - стоимость потерь, связанных с изменением количества и качества семян подсолнечника продовольственного, получаемого при очистке семян.

спз = |(Z73                      + (^3 -7(0)—+

V 100 v 8 400            100

+ [(с, - Б^К\ + ^З_ф - Б У₂ 1 + о \ ф        2J_1OQ100

где

HDC - налог на добавленную стоимость;

Ц ₃ - оптовая цена очищенных семян.

Прибыль ^П^ при функционировании СОА ц — + П —           У1  HDC

1^100 ^ІОО 4^'100 ^Ци Н 100+ HDC)

где Ц _С,Ч_С - оптовая цена семян и их доля выделения из исходного

Ц фі ’ ^6/

и

вороха в агрегате;

• -    оптовая цена Z -х фуражных отходов и их доля выделения из вороха при сепарации;

• -    оптовая цена исходного вороха семян подсолнечника.

Обозначения показателей, входящих в эти выражения, определены ОСТ 70.10.2-74.

в

Для параметрического анализа функциональной схемы построим математические модели в развернутом виде, описывающие процессы функционирования подсистем, входящих в функциональные схемы № 1-4 (см. рис. 1-4). Учитывая, что при оптимизации параметров аргументы вектора А (5) управляющих факторов системы имеют дискретный характер (например, размеры отверстий решет в решетном модуле), задачи параметрической оптимизации сведены к задачам дискретного программирования с использованием при оптимизации метода регулярного поиска - метода сканирования с ограничениями. При этом для оценки показателей функции цели (2) показатели технологического         процесса

QsVkAAAx^ для принятого варианта функциональной схемы необходимо разработать математическую модель, описывающую рассмотренные в схемах подсистемы при заданных векторов F (4) и А (5). Функционал ^птА^кА^х\«иА^х\«Ах)А определял стоимость отходов и доли очищенных семян исходя из показателей функционирования СОА, принятой стоимости очищенных семян, семян продовольственного назначения и отходов (в зависимости от содержания в отходах основных семян масличных примесей), затрат на очистку вороха (7) с учетом прямых затрат (8) и стоимости потерь, связанных с изменением количества и качества семян (9).

Параметры, определяющие функционал определены выбором современных зерноочистительных машин и оборудования, необходимых для реализации заданных функциональных схем СОА (см. рис. 1.1-1.4).

Обоснуем математическую модель, описывающую показатели технологического процесса агрегата G _а5 [^,„ (х^Дх)]. В соответствии с функциональными схемами семяочистительно-го агрегата агрегат включает воз-

душно-решетные зерноочистительные машины (МВУ-1500) и пневмосортировальный стол (МОС-9), отделение накопления и временного хранения фракций вороха семян подсолнечника. Для этих схем СОА полнота выхода ^bja J '^г0 компонента исходного вороха в очищенную агрегатом фракцию (семена) к

£bja = "П^ОМ’     ^^

ОМ=1

где £уом ~ полнота выхода J -го компонента вороха, поступившего в соответствующую зерноочистительную машину ^ОМ=Х2,..р, в семенную фракцию, очищенную соответствующей ^ом) машиной.

Полнота выхода Spy в различные фракции (фуражные, сорные, отходы, ...)/-го компонента в агрегате еьф]

к

— ^LQoMbj " ^ОМф) омл

, (12)

здесь QoMbj ~ количество j -го компонента вороха, выделенного в ОМ-ой машине агрегата в заданную конечную фракцию, поступающую в отделение накопления и временного хранения фракций вороха.

Обоснуем математические модели, описывающие различные функции, входящие в выражения (И) и (12), что позволит оценить различные технологические показатели функционирования зерноочистительного агрегата.

При построении математической модели всего СОА исполь зуем методологию построения известной математические моде ли его составных элементов -воздушно-решетной зерноочистительной машины с четырьмя 3-решетными ярусами [7-8] и обобщенную математическую модель пневмосортировального стола [9]. Для реализации других показателей (11) и (12) технологического процесса всего СОА необходимо построить конкретные математические модели процессов функционирования всех частных технологических операций в ВРЗОМ при известной ее структурной схеме (рис. 6) и на пневмосортировальном столе в составе исследуемого агрегата.

По результатам проведенных экспериментальных исследований процесса функционирования семяочистительных агрегатов по схемам № 1-4 (см. рис. 1-4) проанализированы показатели функционирования воздушно-решетных семяочистительных машин МВУ-1500 в зависимости от их места в функциональной схеме агрегатов. Установлено различие этих показателей в зависимости от технологических свойств вороха семян, подсолнечника, поступающего в машину. Это предопределило необходимость проведения моделирования процессов сепарации отдельно для каждой машины МВУ-1500 в зависимости от ее места в функциональной схеме рассматриваемых агрегатов (см. рис. 2-4). Исходя из этих предпосылок, по результатам предварительных испытаний сформированы таблицы 5-9 показателей функционирования воздушно-решетной машины МВУ-1500 в системе отделения очистки агрегатов.

Используя программу Excel ЭВМ и известные закономерности, по полученным экспериментальным данным построены уравнения регрессии, описывающие полноту прохода j -ых компонентов (у = 1,2,..., 5) ^в Z-ые фракции («очищенные семена») для машины МВУ-1500, занимающих семяочистительных агрегатов.

Экспериментальные и расчетные по построенным уравне ниям регрессии показатели выхода j -ых компонентов в Z -ые фракции приведены на рисунки 7-11.

Полнота выхода семян в основном выходе зерноочистительного материала по испытываемым схемам представлена на рис. 7 и 8.

Анализ полученных данных по схемам 1, 2, 4 показывает, что наибольший выход семян 87,98%, осуществлялся при производительности 0,28 кг/с, в то время как по схеме № 3 (рис. 8) наибольший выход семян составляет 76,06 %, но при производительности 0,377 кг/с.

Полнота выхода семян в основном выходе зерноочистительной машины МВУ-1500, установленной после первой аналогичной (схема № 1), представлена на рис. 9. Выход семян уменьшается с 90,6 до 86,0 % при изменении производительности от 0,30 до 0,65 кг/с.

Изменение выхода семян машины МВУ-1500, работающей после первой (схема № 4, рис. 10) происходит более интенсивно, по сравнению со схемой № 1 и составляет с 84,41 до 62,95 % соответственно при увеличении производительности с 0,26 до 0,59 кг/с.

Наибольший выход семян зерноочистительной машины МВУ-1500 обеспечивается при работе по схеме № 2 (рис. 11). Он изменяется от 94,81 до 90,37 % при увеличении производительности с 0,25 до 0,60 кг/с.

Учитывая адекватность описания математическими моделями частных технологических операций и их подмножеств (МВУ-1500), с доверительной вероятностью 0,95, гипотезу об адекватном описании результатов эксперимента математической моделью можно принять.

Достаточная точность расчетных показателей функционирования семяочистительной машины

ҒВРМ = ^,apW,M(b^VbpfvbjkV\f^bMQ^

Распределительное үстоойство I

Рисунок б

0,2335              0,261583333           0,331111111            0,405666667            0,484861111

Подача, кг/с у = -0.7456Х2 + 3,4197х + 84,063

R2= 0,6943

Рисунок 7 - Полнота прохода вороха семян подсолнечника во фракцию «очищенные семена» первой (схемы I, 2, 4) зерноочистительной машины МВУ-1500

0,3105    0,376777778 0,406805556 0,485916667 0,528527778 0,627638889

у = -0,3244х2 + 1,3018х + 74,754

R2 = 0,8907

Подача, кг/с

Рисунок 8 - Полнота прохода вороха семян подсолнечника во фракцию «очищенные семена» первой (схема № 3) зерноочистительной машины МВУ-1500

92------

о

С

83 .          ---------------- _    .

0,303444444    0,389166667    0,475055556       0,55           0,65

у = 0,0671х² - 1,5947х + 92,226 R² = 0,9867          Подача, кг/с

Рисунок 9 - Полнота прохода семян подсолнечника во фракцию «очищенные семена» второй (схема № 1) зерноочистительной машины МВУ-1500, работающей после первой машины МВУ-1500

0,258361111                0,3375                 0,435277778             0,500361111              0,584944444

у = Д0203Х2 - 5,4824х + 89,793 R2 = 0,9983

Подача, кг/с

Рисунок 10- Полнота прохода семян подсолнечника во фракцию «очищенные семена» второй (схема № 4) зерноочистительной машины МВУ-1500, работающей после МВУ-1500

НО

96 --

0,246138889        0,317222222         0,403027778         0,498138889         0,602777778

у = -0,0966хг - 0,6793х + 95,803 R2 = 0,9666

Подача, кг/с

Рисунок 11 - Полнота прохода семян подсолнечника во фракцию «очищенные семена» зерноочистительной машины МВУ-1500 (схема № 2), работающей после пневмосортировального стола МОС-9

МВУ-1500 позволяет использовать построенные и известные [6, 7, 9] математические модели для многомерного анализа и параметрической оптимизации семагрега-та при известных входных (4) и управляющих (5) воздействий и заданных ограничений (3).