Общая методика экспериментальных исследований

Глава 3. Методика экспериментальных исследований.

Программа исследований

Изучение технологического процесса и разработка машины, работа которая связана с воздействием на сельскохозяйственные материалы, основываться на экспериментальном исследовании физико-механических свойств этих материалов. Они дают исходные данные для дальнейшего развитие построения новой теории и помогают контролировать жизненность теоретических выводов.

Справочных данных, охватывающих комплекс физико-механических фруктовых культур и корнеплодов, до настоящего времени недостаточно, да и имеющих условных данных, которых недоста­точно для расчета технологического процесса удаления коры с плодов и корнеплодов к обоснованию параметров рабочего органа для выполнения этой операции. Так же необходимо учитывать, что на физико-механические свойства плодов и корнеплодов оказывают большое влияние и условия выращивания: почва, погодные условия, технология возделывания и др.

Программа экспериментальных исследований была разработана на основании проведенных теоретических исследований.

Последовательность предварительных работ заключалась в разработке конструкций, в изготовлении экспериментальной установки, необходимых параметров, оценивающих исследуемые процессы, выборе способа измерительных величин.

В намеченную нами программу экспериментальных исследований были заданы параметры:

1.Определение основных физико-механических свойств элементов плодов и корнеплодов:

а) определение толщины коры;

б) размерно-массовая характеристика;

в) плотность коры и подкоровой мякоти;

2.Определение прочностных показателей коры:

а) определение усилия прокола и расчет твердости коры;

б) определение усилия и разрушающих напряжений при деформации сдвига коры;

в) определение модулей упругости коры и подкоровой мякоти.

2.Проведение поисковых опытов с целью разработки рабочего органа.

3.Исследование влияния на технологические параметры процесса удале­ния коры с плода следующих факторов: жесткости щёточных элементов, угло­вой скорости щёточных барабанов, отношения окружных скоростей щёточного барабана и плода.

Таблица 3.1

Условия и объекты исследования

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры «Процессы и машины в АПК» Волгоградского государственного аграрного университета.

Основными сортами плодов яблок и картофеля, используемых для проведения иссле­дования, являются: яблоки сорт «Зимние», картофель «Тимо». Эти сорта полу­чили широкое распространение в основных районах нашей страны: в нечерноземной зоне РСФСР распространен повсеместно, во всех регионах России. Плоды яблок относятся к тонококорым сортам, которые богаты химическим составом: сумма сахаров – 9,22%, титруемых кислот – 1,0% на сырой вес, дубильных веществ – 41 мг/100г, аскорбиновой кислоты – 17 мг/100г (8,3-23,7), Р-активных веществ – 327 мг/100г, пектиновых веществ – 14% (6,7-16,6) на сухой вес. Данный сорт картофеля обладает овальными клубнями с жёлтой или светло-коричневой тонкой кожурой. Глазки практически незаметные, средней глубины. Цвет мякоти — жёлтый или светло-жёлтый. Содержание крахмала около 14%.

Общая методика экспериментальных исследований

Любое научное исследование включает несколько этапов, из которых ос­новными являются: определение цели и выбор объекта исследования, изучение состояния вопроса, современного уровня развития науки и техники в данной части, анализ информации и получение выводов, разработка рабочей гипотезы и её проверка.

Промежуточные результаты, полученные на этапах исследования, под­дались математической обработке и тщательному анализу, который позволил правильно оценить сложившуюся ситуацию и в ряде случаев исправлять его направление, как в методическом, так и в техническом отношениях.

При изучении физико-механических свойств плодов тыквы наряду с общей методикой использовалась частная методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений ВИСХОМа [64]. Для некоторых исследований разрабатывались новые методики, описываемые ниже, ■гак как плоды бахчевых культур обладают большим разнообразием физико- механических свойств, что требует специального оборудования и приборов для измерения требуемых величин.

Однофакторный эксперимент использовался нами для проведения поис­ковых опытов и при определении физико-механических характеристик плодов тыквы. Для определения оптимальных значений основных параметров приме­нялось многофакторное планирование.

Для обработки экспериментальных данных и оценки результатов иссле­дований применялись различные методы математической статистики: оценка достоверности результатов [49,92,103 и др.], проверка статистических гипотез [39,70], регрессионный анализ [55,77,78].

Понятие точности опытов связано с понятием ошибки, зависящей от ошибки применяемых приборов (их класса, системы и т.д.) и количества изме­рений одних и тех же величин (повторности опытов) [29]. Количество опытов определялось исходя из надежности, обычно принимаемой в пределах от 0,5 до 0,99. В целях получения более точных результатов надежность опытов | принимали равной Н = 0,95.

Предельная ошибка при измерении приближённо равна наибольшей воз­можной статистической:

Ц »±3G (3.1)

Точность применяемых приборов, выпускаемых промышленностью, ука­зывается в их паспортах, а вновь изготовленных определяется на основе много- |^кРатных измерений.

Неточность измерения приборами характеризуется систематическими и ^чайными ошибками. Предельные их величины приводятся в инструкциях и телицах. Для наглядности составим таблицу применяемых приборов и соот­ветствующие им ошибки.

Таблица 3.2

Предельные ошибки при измерении приборами, применяемыми в на- _:Тояшей работе

Исходя из принятой надёжности Н = 0,95 и предельных ошибок опытов по таб­лице J&5 [49] определяем повторность (для данной работы она колеблется в пределах от 3 до 5).

Определение количества опытов при количественной изменчивости опре­делялось по формуле [49]:

(3.2)

где Т₍ - критерий Стьюдента (г_{0 5} =2); S - среднее квадратическое отклонение; д - планируемая ошибка средней; п -количество опытов.

На основании полученных данных показатель точности определялся при I математической обработке опытных данных.

Математическая обработка опытных данных заключается в определении показателей, характеризующих особенности эмпирических совокупностей и ус­тановлено на их основе математического закона изменения связей функцио­нальных зависимостей факторов, позволяющих сравнивать их друг с другом или с теоретически полученными результатами.

На основании статистических измерений в большинстве случаев состав­ляют таблицы или вариационные ряды (в них могут входить только качествен­но однородные величины) [49]. Исходя из таблиц или рядов, определяли значе­ния: средней арифметической х, среднего квадратичного отклонения (стандарт уклонений) (7, дисперсии G², коэффициент вариации V, ошибку средней арифметической m, точности опытов Р, и интервала варьирования исследуе- Ш значений

Средняя арифметическая будет рассчитываться по формуле:

X, +Х₇ +... + X.

X =

п