Результаты исследования динамики горизонтального решета для сепарации кедрового ореха

УДК 631.155.2 С.Н. Дырдин

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО РЕШЕТА ДЛЯ СЕПАРАЦИИ КЕДРОВОГО ОРЕХА

В статье изучено влияние амплитуды колебаний и частоты на процесс разделения кедрового вороха на горизонтальном решете с приводом от кулачкового механизма.

Ключевые слова: кедровый ворох, разделение, горизонтальное решето, динамика.

S.N. Dyrdin THE RESEARCH RESULTS OF HORIZONTAL SIEVE DYNAMICS FOR CEDAR NUT SEPARATION

The influence of fluctuation amplitude and frequency on the process of cedar lots separation on the horizontal sieve with the drive from the cam-shaped mechanism is studied in the article.

Key words: cedar lots, separation, horizontal sieve, dynamics.

Разработанная на кафедре автомобилей, тракторов и лесных машин СибГТУ экспериментальная установка для переработки кедровых шишек решает проблему выделения семенного ореха в местах заготовки [1].

Все лабораторные опыты выполнялись с кедровыми шишками, заготовленными в сентябре 2011 г. в Ермаковском и Манском лесничествах. Влажность кедровых шишек составила 15 %.

Целью данной работы является изучение движения кедрового вороха на горизонтальном решете при изменении амплитуды и частоты колебаний решетного стана для отделения ореха и самоудаления шелухи.

Технологический процесс переработки шишек подразделяется на дробление шишек, получение кедрового вороха и отделение ореха от шелухи. Наиболее сложной задачей является разделение кедрового вороха, так как ворох состоит из кедрового ореха, чешуек и остовов шишек.

Анализ процесса выделения кедрового ореха позволяет сделать вывод о том, что наиболее перспективным в этом плане являются приемные устройства с возможностью колебаний [2]. Для обоснования параметров динамики горизонтального решета по разделению вороха были проведены опыты с применением теории планирования эксперимента [3].

На эффективность просеивания кедрового вороха влияют такие факторы, как амплитуда колебаний (А, м), частота вращения приводного вала (I Гц) и подача вороха на горизонтальное решето (m, кг).

В качестве метода обработки экспериментальных данных был принят план 33, в котором исследуемые параметры изменяются на трех уровнях: верхнем, основном и нижнем, и который имеет 27 точек при трехкратной его повторности.

Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 1, план эксперимента в таблице 2.

Таблица 1

Кодовое обозначение факторов

Наименование фактора Обозначение Интервал варьирования фактора Уровни варьирования фактора

нату- ральное нормали- зованное нижний

Амплитуда колебания, м А х1 0,01 0,02 0,03 0,04

Частота колебания, Гц / х2 0,25 2,67 2,92 3,17

Масса вороха, кг m х3 0,5 0,5 1,0 1,5

Таблица 2

План эксперимента 33

№ Х1 Х2 хз

1 -1 -1 0

2 0 0 -1

3 1 1 1

79 0 -1 -1

80 0 0 0

81 1 0 1

С целью оптимизации процесса и установления степени влияния варьируемых технологических факторов на выход шелухи и чистого ореха, на основании таблиц 1,2, средствами пакета Statgraphics были получены математические модели параметров процесса просеивания, которые после оценки значимости коэффициентов регрессии имеют вид:

1) для математического описания прогнозирования схода шелухи при просеивании на горизонтальном решете

= 0,38916 - 0,00503704 х, + 0,00455556 х2 + 0,0949074 х3 - 0,0114074 xf - 0,101685 х32;

2) для математического описания прогнозирования выхода ореха при просеивании на горизонтальном решете

у2 = 0,524049 + 0,0162407 • х: + 0,0472963 • х2 + 0,265815 • х3 - 0,0339074 • х2 - 0,0154074 х32.

Проанализировав регрессионные уравнения, можно сделать вывод о том, что наибольшее влияние на выход кедрового ореха при просеивании на горизонтальном решете имеет такой фактор, как х3 - масса вороха, в меньшей степени - частота (х2) и амплитуда колебаний (х1).

Оптимизация параметров процесса просеивания на горизонтальном решете проводилась по результатам статической обработки данных эксперимента. Для этого в качестве откликов были приняты: отделение шелухи (у1) и выход ореха (у2) при просеивании. Из перечисленных выше факторов для достижения поставленной цели основным является максимальный выход ореха (у2).

Определено, что оптимальные условия просеивания кедрового вороха и отделение ореха от шелухи будут осуществляться на горизонтальном решете при амплитуде колебаний х1 = 0,032 м, частоте х2 = 3,17 Гц и подаче вороха хз=1,5 кг.

Подставив в уравнение регрессии значения х1, х2 и х3 для максимального выхода ореха, выполним проверочный расчёт по у2

j2 = 0,524049 + 0,0162407 • Xj + 0,0472963 • х2 + 0,265815 • х3 - 0,0339074 • х2 -

-0,0154074 -х2 = 0,524049 + 0,0162407 - 0,217344 + 0,0472963 -1,0 + 0,265815 -1,0-

-0,0339074 -0,217344 2 -0,0154074 -1,02 =0,8236809868 9 «0,823681.

Доверительные интервалы для параметра у2 - выходу ореха.

Для этого воспользовались обработкой статистических данных. При выборочном среднем арифметическом значении р = 0,305, минимальном и максимальном значении массы ореха - min 1Т1ор = 0,024 кг, max 1ГЦ, = 0,038 кг, преобразовав и подставив новые истинные значения в уравнение регрессии, получим:

у2(шт) = 0,524049 + 0,0162407 • ^ + 0,0472963 • х2 + 0,0,265815 • х3 - 0,0339074 • х2 -

- 0,0154074 • х32 = 0,524049 + 0,0162407 • 0,217344 + 0,0472963 • 1,0 + 0,265815 • 0.7867 -

- 0,0339074 • 0,2173442 - 0,0154074 • 0.78672 « 0.773653.

у2

-0,0339074 -0,2173442 -0,0154074 -1.24592 * 0.88056.

В натурных испытаниях действительный выход ореха составил 0,806 кг при погрешности 2,18 %.

Таким образом, теоретические значения выхода ореха и экспериментальные подтверждают адекватность полученной математической модели процесса просеивания, также об этом говорят значения коэффициента Lack-of-Fit (Statgraphics).

Также был определен доверительный интервал по параметру у2: при р=0,95 он находится в следующих пределах: 0,774 < 0,824 < 0,881.

В результате проведенных исследований установлено, что выходные величины существенно зависят от всех управляемых факторов. Для наглядности результаты представлены на рисунках 1, 2.

б

У1

1.0

Рис. 1. Поверхности откликов по выходу массы шелухи: а - при хз= - 1,0; б - при хз = 0,0; в - при хз = 1, 0; г - график на «Кубе»

а

в

б

У2

1.0

Рис. 2. Поверхности откликов по выходу массы ореха: а - при хз = - 1,0; б - при хз = 0,0; в - при хз = 1,0; г - график на «Кубе»

Таким образом, опытным путем обоснованы конструктивные и кинематические параметры работы горизонтального решета, найдена математическая модель разделения кедрового вороха в процессе просеивания.

Выводы

1. В результате исследований получены зависимости, описывающие процесс динамики горизонтального решета по разделению вороха и самоудаления отходов дробления при следующих параметрах: амплитуда колебаний А = 0,032 м и частота колебаний / = 3,17 Гц.

2. Получены аналитические выражения, описывающие процесс движения вороха на горизонтальном решете, его разделение на кедровый орех и шелуху с самоудалением отходов дробления. Установлено, что процесс разделения вороха зависит от амплитуды и частоты колебаний, что обеспечивается кулачковым механизмом.

3. В процессе натуральных испытаний экспериментальной установки подтверждена обоснованность принятых конструктивных решений. Составлены алгоритмы оптимизации полученных уравнений регрессий, процесса просеивания кедрового ореха на горизонтальном решете, позволяющие определять рациональные режимы его движения. С применением математического планирования эксперимента определены оптимальные кинематические параметры горизонтального решета.

Литература

1. Патент РФ № 2310352. МПК А23N 5/00. №2006105362. Переносное устройство для выделения семян из

шишек / С.Н. Дьірдин, И.В. Голубев, В.Н. Невзоров. - Заявл. 20.02.2006; опубл. 20.11.2007, Бюл. № 32. - 5 с.

в

2. Дырдин С.Н. Теория сортировки кедрового вороха на горизонтальных разделяющих поверхностях // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 9. - С. 3-6.

3. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2003. - 246 с.

УДК 630.43:004.942 Н.А. Терентьева, Т.Н. Иванилова

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ВЕРОЯТНОСТНО-МНОЖЕСТВЕННОЙ ПОДСИСТЕМЫ

ПРОГНОЗА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛЕСНОГО ПОЖАРА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ

В статье рассматривается проектирование и модель информационной подсистемы, использующей данные ИСДМ для прогнозирования распространения лесных пожаров.

Ключевые слова: лесные пожары, вероятностно-множественная модель, вероятность распространения, онтология.

N.A. Terentyeva, T.N. Ivanilova

PROJECTION OF FORECAST INFORMATION PROBABILISTIC-MULTIPLE SUBSYSTEM OF FOREST FIRE SPREADING ON THE BASIS OF ISDM-ROSLESKHOZ DATA

The projection and the model of information subsystem, which uses ISDM data for the forest fires spreading-forecast are considered in the article.

Key words: forest fires, probabilistic-multiplemodel, spreading probability, ontology.

Введение. В последние годы природные пожары составили значительную часть чрезвычайных ситуаций, вызванных опасными природными процессами. В борьбе с пожарами важную роль играет их раннее обнаружение и прогнозирование распространения.

В России мониторинг лесных пожаров осуществляется с помощью информационной системы дистанционного мониторинга (ИСДМ) «Рослесхоз». Одним из направлений, позволяющих решить задачу прогноза динамики лесных пожаров, является математическое моделирование и внедрение информационных технологий.

В данной работе представлены результаты проектирования и описание моделей для прогнозирования распространения лесных пожаров на основе вероятностно-множественного математического аппарата.

Онтология лесного пожара в контексте его моделирования. Онтология - это точная спецификация некоторой предметной области. Построение онтологии сводится к выделению концептов - базовых понятий предметной области - и построению связей между концептами. В рамках задачи проектирования информационной системы построение онтологии позволяет определить соотношения и взаимодействия базовых понятий лесного пожара.

В качестве программного средства для создания онтологии был выбран Rational Rose (рис.1).

Исходные данные. Для работы подсистемы прогнозирования лесного пожара необходимы входные данные, которые могут быть получены в ИСДМ-«Рослесхоз». К ним относятся:

• данные о лесных пожарах, полученные подразделениями авиационной и наземной охраны лесов, и данные, поступающие со спутников серии NOM, Terra и Aqua;

• метеоинформация, поступающая из организаций Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

• картографическая информация (населённые пункты, растительный покров и т.д.), большей частью получена из оцифрованных карт Российской Федерации масштаба 2.5 миллиона или 1 миллиона.

Вся входная информация обрабатывается на сервере ИСДМ-Рослесхоз и дублируется на несколько информационных web-серверов, расположенных в каждом узловом центре ИСДМ-Рослесхоз (Красноярск, Хабаровск, Иркутск, Ханты-Мансийск, Новосибирск). Информация структурируется, каталогизируется и архивируется в банк данных и доступна из геоинформационной системы, интегрированной в web-интерфейс.