ОКСО: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Кубанский государственный аграрный университет
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 183
Дополнительно
Доступ онлайн
49 ₽
В корзину
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 1 УДК 627.84 UDC 627.84 ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗРАЗМЕРНЫХ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА, ЛЕНТОЧНОГО РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА ВОДЫ, МЕТОДОМ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА RESEARCH OF DIMENSIONLESS ACCOUNT CHARACTERISTICS OF REGULATOR, TAPE REGULATOR OF A CONSUMPTION OF WATER, METHOD OF PLANNING OF EXPERIMENT Коженко Наталья Владимировна соискатель Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия Kozhenko Natalia Vladimirovna competitor Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia В статье предлагается ленточный регулятор расхода и уровня воды для рисовых чеков. При помощи метода планирования эксперимента осуществлены гидравлические исследования ленточного регулятора. In the article we have offered the tape regulator of an expense and a water level for rice checks. By means of a method of planning of experiment with hydraulic researches of the tape regulator are carried out Ключевые слова: РЕГУЛЯТОР, РАСХОД ВОДЫ, ЭКСПЕРИМЕНТ, МЕТОД, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЛЕНТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР, РИСОВЫЙ ЧЕК Keywords: REGULATOR, CONSUMPTION OF WATER, EXPERIMENT, METHOD, CHARACTERISTICS, TAPE REGULATOR, RICE CHECK Регулирование уровня воды в рисовом чеке, с учетом того, что оно должно быть двухсторонним, является наиболее актуальной задачей. Ведь такое регулирование должно обеспечивать не только плановую водоподачу, но и плановое водоотведение. Рисовый чек должен быть достаточно осушен, как к периоду уборки урожая, так и к периоду посева. При этом плановая водоподача включает возможность поддержания различных уровней воды в чеке в различные периоды, такие как: первичное затопление чека; борьба с сорняками; первичной вегетации; фазы кущения; вегетации молочной и восковой спелости. На каждом из рассмотренных периодов состояния чека необходим управляемый уровень воды, что качественно может быть реализовано лишь при применении систем автоматического регулирования (САР). В работе [1, 2] рассмотрены технологические аспекты САР водораспределением на рисовых чеках, с акцентом на гидравлические регуляторы уровня воды. В работе [3] на основе анализа существующих и предложенных регуляторов уровня и расхода воды, для рисовых чеков, обоснованно
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 2 применение ленточных регуляторов, по совокупности положительных признаков. Ленточный регулирующий орган представленный на рисунке 1, содержит водовыпускную трубу 1 прямоугольного сечения с седлом 4. Внутри водовыпускной трубы 1 размещен запорный орган, выполненный в виде гибкой ленты 2, закрепленной одним концом к верхней стенке водовыпускной трубы 1, а другим – к основанию седла 4. Гибкая лента 2 образует с корпусом водовыпускной трубы 1 управляющую полость, вода из которой сбрасывается через сливное отверстие 3. 1 – водовыпускная труба; 2 – гибкая лента; 3 – сливное отверстие; 4 – седло Рисунок 1 - Принципиальная схема ленточного регулятора расхода воды Ленточный регулирующий орган работает следующим образом. Вода с верхнего бьефа через зазоры между кромками гибкой ленты 2 и боковыми стенками водовыпускной трубы 1 поступает в управляющую полость и сбрасывается из неё через сливное отверстие 3. При этом гибкая лента 2 частично перекрывает проходное сечение седла 4, обеспечивая сброс воды через него в нижний бьеф. Изменение открытия проходного
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 3 сечения седла 4 осуществляется путем регулирования сброса воды из управляющей полости. В работе была поставлена задача: определить относительный расход воды , пропускаемый ленточным регулирующим органом. Исследование именно относительного расхода воды, пропускаемого ленточным регулирующим органом, вызвано необходимостью расширения области применения полученных результатов и перевода их в разряд универсальных. Задача решалась нахождением функции отклика на основе экспериментального исследования, методом планирования эксперимента [4]. В исследовании независимыми переменными приняты следующие факторы: 1) – относительный уровень воды в верхнем бьефе; 2) – относительный диаметр сливного отверстия из управляющей полости ленточного регулирующего органа. Функцию отклика было решено аппроксимировать полиномом второй степени, учитывая априорную информацию. Эксперимент проведен по программе центрального композиционного планирования второго порядка. Принятые в исследовании уровни и интервалы варьирования факторов указаны в таблице 1. Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов Факторы Кодовое обозначение Интервалы варьирования Уровни факторов Основной 0 Верхний +1 Нижний -1 Н/Н max Х1 0,200 0,800 1,000 0,600
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 4 d/d max Х2 0,125 0,875 1,000 0,750 Матрица планирования и результаты опытов приведены в таблице 2, при этом в центре плана выполнена серия из трех опытов, указанных под номерами 9, 10 и 11. В таблице 3 приведена полученная в ходе проведения опытов матрица X плана эксперимента с фактическими результатами эксперимента . Центральный композиционный план второго порядка для двух факторов и результаты эксперимента позволяют оценить коэффициенты полинома вида: (1) Введем обозначения: . С учетом принятых обозначений уравнение (1) примет вид: (2) Коэффициенты уравнения (2) находим по выражению: (3) где B – вектор-столбец, состоящий из коэффициентов уравнения (2); – матрица условий эксперимента; – матрица, транспонированная к матрице ; – матрица, обратная матрице-произведению ; Y – вектор-столбец результатов наблюдений. Для вычисления коэффициентов составим X-матрицу условий эксперимента и Y-матрицу наблюдений, перейдя в среду Mathcad:
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 5 X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 − 1 1 − 1 1 − 0 0 0 0 0 1 1 1 − 1 − 0 0 1 1 − 0 0 0 1 1 − 1 − 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 = ; Y 88.048 53.929 21.307 14.82 100 77.59 72.945 19.447 91.547 90.493 90.601 = . (4) Транспонируем X-матрицу: XT 1 1 1 1 1 1 1 1 − 1 1 − 1 1 1 1 1 − 1 − 1 1 1 1 − 1 − 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 − 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 − 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 = . (5) Умножим слева X-матрицу и Y-матрицу на матрицу : XT X ⋅ 11 0 0 0 6 6 0 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 4 0 0 6 0 0 0 6 4 6 0 0 0 4 6 = ; XT Y ⋅ 720.727 63.017 159.348 27.632 355.693 270.495 = . (6) Находим матрицу , обратную матрице : XT X ⋅ ( ) 1 − 0.263 0 0 0 0.158 − 0.158 − 0 0.167 0 0 0 0 0 0 0.167 0 0 0 0 0 0 0.25 0 0 0.158 − 0 0 0 0.395 0.105 − 0.158 − 0 0 0 0.105 − 0.395 = . (7)
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 6 Таблица 2 - Центральный композиционный план второго порядка для двух факторов с тремя опытами в центре плана Номер опыта Факторы (кодированные значения) Факторы (натуральные значения) Отклик 1 Ядро 2 плана 3 4 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 1,000 0,600 1,000 0,600 1,000 1,000 0,750 0,750 88,048 53,929 21,307 14,820 5 Звездные 6 точки 7 8 0 0 0 0 1,000 0,600 0,800 0,800 0,875 0,875 1,000 0,750 100,000 77,590 72,945 19,447 9 Центр 10 плана 11 0 0 0 0 0 0 0,800 0,800 0,800 0,875 0,875 0,875 91,547 90,493 90,601
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 7 Таблица 3 - Матрица X для центрального композиционного плана второго порядка Номер опыта Матрица X Результат 1 Ядро 2 плана 3 4 +1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 88,048 53,929 21,307 14,820 88,429 53,607 21,497 14,307 5 Звездные 6 точки 7 8 +1 +1 +1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100,000 77,590 72,945 19,447 99,429 78,423 72,885 19,769 Центр 9 плана 10 11 +1 +1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 91,547 90,493 90,601 90,793 90,793 90,793
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 8 Определяем коэффициенты : XT X ⋅ ( ) 1 − XT Y ⋅ ( ) ⋅ 90.793 10.503 26.558 6.908 1.867 − 44.466 − = . (8) Дисперсию воспроизводимости эксперимента определяем по результатам опытов в центре плана: (9) где – число параллельных опытов в центре плана; – значение функции отклика в u-м опыте; – среднее арифметическое значение функции отклика в опытах; – номер параллельного опыта в центре плана. Для вычисления составим вспомогательную таблицу 4. Дисперсии коэффициентов регрессии находим по выражению (10) где – диагональные элементы матрицы ;
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 9 Статистическую значимость коэффициентов уравнения регрессии проверяем по t-критерию Стьюдента, для чего определяем наблюденные значения этого критерия: При 5%-ном уровне значимости и числе степеней свободы 2 табличное значение критерия =4,303. Оно меньше наблюденных значений критериев t для всех коэффициентов уравнения регрессии, следовательно, все они являются статистически значимыми. Адекватность полученной модели проверяем с помощью F-критерия Фишера: (11) где – дисперсия адекватности; – дисперсия воспроизводимости эксперимента. Для определения вычисляем сумму квадратов отклонений расчетных значений функции отклика от экспериментальных во всех точках плана, для чего перейдем в среду Mathcad.
Научный журнал КубГАУ, №95(01), 2014 года http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/43.pdf 10 Таблица 4 - Вспомогательная таблица для расчета Номер опыта 1 2 3 91,5474 90,4934 90,6013 = = =90,880 7 0,6667 -0,3873 -0,2794 0,4445 0,1500 0,0781 = =0,3363 272,6421 0,6726
Доступ онлайн
49 ₽
В корзину