Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ЕЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ 15
1.1 Состояние вопроса 15
1.2 Анализ погодных условий и состояние тресты в период уборки в льносеющих областях Северо-Запада России 19
1.3 Технологии возделывания льна-долгунца в льносеющих областях Северо-Запада России 33
1.3.1 Влияние технологических процессов технологии на урожайность культуры 33
1.3.2 Влияние приемов обработки почвы на урожайность льна и энергосбережение технологии 38
1.3.3 Технология уборки льна-долгунца 41
1.3.4 Влияние агроприёмов на урожай 44
1.3.5 Агротехнические приёмы при уборке 47
1.3.5.1 Плющение стеблей 48
1.3.5.2 Оборачивание лент льна 49
1.4 Структура и объекты вариантной технологии производства льна- долгунца. Классификация производственных и погодных усло вий 50
1.4.1 Структура и объекты вариантной технологии производства льна-долгунца 50
1.4.2 Классификация производственных условий технологии возделывания льна-долгунца 54
1.4.3 Классификация производственных условий и способов уборки льна-долгунца 58
2. ПРИНЦИПЫ И КРИТЕРИИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАН- ТА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛЬНА-ДОЛГУНЦА И ОПТИ МАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИИ 61
2.1 Обоснование принятого критерия выбора рационального варианта технологии производства льна-долгунца 61
2.2 Принципы и критерии выбора рационального варианта технологии уборки льна 73
2.3 Принципы и критерии оптимизации комплекса технических средств уборки льна-долгунца 79
2.4 Методы формирования адаптивных технологий уборки льна-долгунца 85
2.4.1 Состояние вопроса 85
2.4.2 Основные этапы формирования адаптивных технологий производства льна-долгунца как сложных систем 91
2.4.3 Формализованное описание технологии производства льна-долгунца 94
3. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, МОДЕЛИ И АЛГО- РИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХ НОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛЬНА-ДОЛГУНЦА 102
3.1 Оценка модели урожайности льна-долгунца 102
3.2 Критерии оценки вариантов технологии возделывания льна-долгунца 107
3.3 Алгоритм выбора рационального варианта технологии возделывания льна-долгунца 109
3.4 Модель снижения качества тресты в период уборки 113
3.4.1 Уточненная декомпозиционная модель потерь льносырья... 119
3.4.2 Определение закона распределения потерь льносырья 123
3.4.3 Определение математического ожидания потерь 124
3.5 Алгоритм определения снижения качества льносырья 125
3.6 Модель процесса естественной сушки тресты в конусе и ленте 138
3.6.1 Определение коэффициентов влагопроводности по экспе риментальным данным 144
3.7 Модель процесса естественной сушки льнотресты в шатрах 150
3.8 Алгоритм определения продолжительности сушки тресты в различных видах формирования 157
3.8.1 Алгоритм определения продолжительности сушки тресты в конусе 157
3.8.2 Алгоритм определения продолжительности сушки тресты в ленте 159
3.8.3 Алгоритм определения продолжительности сушки тресты в прерывных шатрах 162
3.9 Алгоритм формирования рациональных вариантов технологии уборки льна-долгунца на базе рациональных технологических процессов 168
3.10 Оценка критерия формирования рационального комплекса технических средств вариантов технологии уборки льна-долгунца 179
3.11 Алгоритм выбора рационального варианта технологии и оптимального комплекса технических средств производства льна-долгунца 183
4. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И ПА РАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗ ВОДСТВА ЛЬНА 191
4.1 Принципы и критерии проектирования рациональных параметров подборщиков льнотресты при адаптации их к условиям производ ства 191
4.2 Модель обобщенного оценочного показателя выбора рациональных параметров подборщика для формирования и установки ма- шинных конусов
4.3 Модель оптимизации массы конуса по продолжительности сушки 209
4.4 Модель обобщенного оценочного показателя выбора рациональных параметров подборщика для формирования и установки прерывных шатров 215
4.5 Условие устойчивости шатра 220
4.5.1. Определение толщины стенки шатра в зависимости от ус ловий устойчивости и естественной сушки шатра 228
4.6 Обоснование обобщенного оценочного показателя эффективности технических средств, формирующих крупные паковки 229
4.7 Сравнительный анализ эффективности приводных механизмов технических средств, формирующих прямоугольные паковки 234
4.8 Обоснование обобщенного оценочного показателя эффективности комбинированного почвообрабатывающего посевного агрегата льна-долгунца 237
4.9 Динамическая модель комбинированного почвообрабатывающего посевного агрегата льна 245
4.10 Определение и анализ степени идентичности модели комбини рованного агрегата его реальному объекту с учетом одного и двух входных воздействий 251
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ СУШКИ И ПОДБОРА ЛЬНОТРЕСТЫ 260
5.1 Обоснование необходимости и технологической схемы подбор щика для формирования и установки машинных конусов 260
5.1.1 Обоснование необходимости разработки подборщика для установки конусов машинного формирования 260
5.1.2 Обоснование технологической схемы подборщика и принятых рабочих органов 262
5.1.3 Обоснование выбора рационального механизма подачи тресты в накопительную камеру 270
5.1.4 Проектирование четырехзвенного кривошипно-шатунного еханизма, обеспечивающего движение пуансона по задан ной траектории при подаче тресты в камеру подборщика- конусообразователя 280
5.2 Обоснование принятой технологической схемы и параметров подборщика для установки прерывных шат ров 285
5.2.1 Обоснование необходимости разработки подборщика для формирования и установки прерывных шатров 285
5.2.2 Выбор параметров привода камеры формирования шатра... 290
5.3 Обоснование технологической схемы и принятых рабочих орга нов подборщика для сбора конусов, формирования прямоуголь ных паковок и их погрузки в транспортные средства 298
5.3.1 Анализ процесса прессования льнотресты в крупные паковки 298
5.3.2 Обоснование технологической схемы и параметров прессовальной камеры и рабочих органов пресс-подборщика льна.. 311
5.3.3 Обоснование технологической схемы и рабочих органов сборщика машинных конусов с формированием и погрузкой паковок массой до 100 кг в транспортные средства 320
5.3.4 Модель привода пресс-подборщика для формирования прямоугольных паковок 324
5.3.5 Обоснование технологической схемы и принятых рабочих органов пресс-подборщика гофрирующего типа 335
5.3.6 Обоснование технологической схемы и принятых рабочих органов сдваивателя лент 339
5.3.7 Модель привода вязального аппарата льноуборочных машин 342
5.3.8 Обоснование технологической схемы и принятых рабочих органов вязального аппарата 350
6. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА СРАВИТЕЛЬНОГО ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
6.1 Программа выбора рационального варианта технологии и опти мального комплекса технических средств уборки влажного льно- сырья 359
6.1.1 Назначение программы 359
6.1.2 Описание программы 359
6.2 Порядок работы с АРМ технолога-льновода 362
6.2.1 Инструкция по работе с программой «Лен-2001» 362
6.2.2 Разработка программного обеспечения выбора оптимального комплекса технических средств 367
6.2.3 Исходная информация к программному обеспечению выбора оптимального комплекса технических средств 373
6.2.4 Алгоритм работы программы «Лен-2002» 375
6.2.5 Инструкция по работе с программой «Лен-2002» 376
6.3 Результаты выбора рациональной технологии возделывания льна-долгунца 382
6.4 Результаты выбора рационального варианта технологии уборки льна-долгунца 383
6.5 Результаты выбора оптимального комплекса технических средств. 398
6.6 Результаты производственной проверки разработанной АРМа технолога-льновода 409
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 412
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 414
ПРИЛОЖЕНИЯ 427
Введение к работе
Лен-долгунец - ценнейшая техническая культура, используемая в медицине, пищевой и оборонной промышленностях. Основная ценность этой культуры заключается, прежде всего, в уникальных свойствах волокна - «северного шелка» - исходного сырья для изготовления тканей и крученых изделий.
На протяжении нескольких столетий Россия традиционно являлась крупнейшим мировым производителем и экспортером льноволокна и льняных тканей. В начале прошлого века из 1,5 млн. га мировых посевных площадей льна и 700 тыс. тонн производства льноволокна большая половина принадлежала России. От продажи льна за рубежом российская казна получала ежегодно до 90 млн. руб. золотом. Лен был доходной статьей экспорта и в советский период. Однако с начала 90-х годов прошлого столетия определилась устойчивая тенденция сокращения посевных площадей и производства льноволокна. К 2000 году посевные площади уменьшились в шесть раз - с 481 тыс. га в 1990 г. до 82 тыс. га в 2000 г. Одновременно резко снизились урожайность и качество льносырья. Урожайность не превышает 1,5...2,0 т/га, средний номер льнотресты - 0,75. Производство льна-долгунца в 1998 году стало нерентабельным, а РФ из экспортера льноволокна превратилась в импортера.
В то же время в мире наметилась устойчивая тенденция увеличения спроса на льняные ткани. Льносеющие страны увеличивают посевы и производство льна. Так, Китай увеличил производство льна в 1,5 раза. Страны Западной Европы на протяжении ряда лет собирают устойчивые урожаи льноволокна. Увеличению производства льна в этих странах способствует выделение постоянных субсидий. Сумма субсидий в льносеющих странах ЕЭС составляет до 1000 долларов на один га посевов. В Российской Федерации с 90-х годов государственные субсидии льносеющим хозяйствам резко снизились, что и явилось основной причиной крушения льняного комплекса. Одновременно переход экономики от жесткого планирования к рыночным условиям привел к диспаритету цен, когда разница в индексах цен на материально-технические ресурсы, необходимые для производства льна и льносырье превысила все допустимые границы. В этих условиях выращивание льна без государственного регулирования стало убыточным. Отсутствие необходимого финансирования производства льна привело к сокращению применения минеральных удобрений и других слагаемых урожайности. В результате в льняных севооборотах складывается отрицательный баланс питательных веществ, который неизбежно приводит к дальнейшему снижению урожайности сельскохозяйственных культур и, прежде всего, льна, наиболее требовательного к плодородию почвы. Возделывание льна без применения минеральных удобрений и химических средств защиты не дает результатов. Одновременно из-за отсутствия финансовых ресурсов в большинстве льносеющих хозяйств на протяжении 10 лет не обновлялся парк льноуборочной техники. В результате обеспеченность необходимой для уборки техники составила 30.. .40%.
Существенное влияние на эффективность производства льна-долгунца оказывают и погодные условия зоны. Уборка льна в зоне проводится во второй половине августа и в сентябре, когда погодные условия неблагоприятны для проведения уборочных работ. Средняя влажность льносырья по зоне достигает 36%. В результате уборка растягивается на 40 дней при урожайности 2...4 ц/га. Отсутствие необходимых технических средств для проведения уборки в сложных погодных условиях приводит к ежегодным потерям 40...50% выращенного урожая [150]. При этом из-за разницы в климатических условиях невозможно использовать зарубежную технологию уборки льна, где уборка проводится за 10 дней. Посев льна в основных зарубежных странах-производителях (Франция, Бельгия) заканчивается в первой половине апреля, а в Северо-Западной зоне - во второй половине мая. В результате уборка в наших условиях проводится на 40 дней позже, что вызывает необходимость применения дополнительных технических средств, позволяющих адаптировать технологию к условиям производства. Однако к настоящему моменту указанных технических средств нет, что приводит к повышению себестоимости производимой продукции, снижению качества и делает ее неконкурентоспособной.
Особенность конечной продукции сельхозпроизводства - льнотресты -заключается в том, что она не может свободно реализовываться на рынке, так как требует обязательной дополнительной переработки на льнозаводах. При этом у хозяйств практически нет выбора покупателя из-за невозможности транспортировки льносырья на дальние расстояния и отсутствия условий для его хранения. Производители вынуждены сдавать льносырье на льнозаводы сразу же по мере его готовности к переработке. Хранение в поле приводит к снижению качества или полной гибели урожая. Низкая урожайность, низкий выход длинного волокна привели к тому, что отечественные закупочные цены на льносырье выше мировых почти в 2 раза. На мировом рынке цена тонны льноволокна составляет 1,2 тыс. долларов, цена отечественного длинного волокна составляет 2 тыс. долларов за тонну. Однако при этом только 1/6 часть дохода от реализации получает производитель. На Западе производитель получает 2/3 дохода, а 1/3 - переработчики.
Анализируя сложившуюся в отрасли ситуацию, необходимо отметить, что существенное влияние на нее оказала складывающаяся обстановка с численностью сельского населения. Производство льна-долгунца в зоне связано с необходимостью применения большого количества ручного труда. Отсутствие дешевой рабочей силы при одновременном отсутствии необходимых технических средств резко снизили рентабельность производства льна из-за низкого качества льносырья.
Проведенный анализ существующего положения в отрасли позволяет выделить две основные проблемы льноводства:
1. Низкая урожайность, низкий номер льноволокна;
2. Гибель урожая в период уборки до 40% и, как следствие, снижение выхода длинного волокна.
Первая проблема - низкая урожайность - обуславливается только несоблюдением технологической дисциплины при возделывании льна-долгунца из-за отсутствия необходимого финансирования отрасли. Для ее решения необходимо возобновление государственной дотации отрасли и устранение паритета цен на материально-технические ресурсы, необходимые для производства льна-долгунца и льносырья. Таким образом, решение первой проблемы не нуждается в специальных разработках.
Решение второй проблемы значительно сложнее, так как она обусловлена отсутствием необходимых технических средств для проведения уборки в сложных погодных условиях зоны и новой технологии для проведения уборочных работ в более ранние сроки.
Решение второй проблемы можно проводить в двух направлениях.
Первое направление работы - создание условий для проведения уборочных работ в благоприятных погодных условиях, то есть разработка новой технологии. Для этого необходимо:
- создание раннеспелого сорта льна-долгунца, позволяющего сдвинуть начало уборки на 10 дней;
- внедрение раздельной уборки, позволяющей начать уборку на 7...10 дней раньше;
- проведение агроприемов (плющение, оборачивание), позволяющих сократить время вылежки на 7 дней.
В результате перечисленных мероприятий процесс вылежки может сократиться с 24 до 15 дней. Это позволит в целом осуществить подъем тресты на 30 дней раньше обычного, то есть провести основной технологический процесс (777) технологии в более благоприятных погодных условиях.
Оценивая перспективу первого направления решения проблемы гибели урожая в период уборки, необходимо отметить, что внедрение раздельной уборки на всей льносеющей площади в отдельные годы может привести не только к потере качества тресты, но и к гибели семян. Поэтому внедрение раз дельной уборки необходимо проводить на ограниченной площади (не более 20...30%). То есть имеется необходимость применять комбинированный способ уборки, сочетающий прямую уборку и раздельную. Что касается агроприема -плющения стеблей, то здесь также не стоит проводить эту операцию на всей льносеющей площади, так как в случае плохих погодных условий перележка приведет к резкому снижению качества тресты.
Таким образом, наиболее эффективно решение указанной проблемы путем разработки технических средств, позволяющих адаптировать технологию уборки к сложным погодным условиям и осуществлять подъем льносырья без существенного снижения качества.
В 80-х годах прошлого столетия с участием автора началось проведение НИР, связанных с разработкой технических средств, адаптирующих технологию к условиям производства. Одновременно проводились работы по созданию технологии консервирования влажного льносырья. Однако разработанная технология не была востребована из-за больших затрат на сушку после консервации и существенного снижения качества из-за неравномерной обработки аммиаком.
Была проведена значительная работа по разработке технических средств для осуществления естественной сушки влажного льносырья, позволяющих адаптировать технологию уборки к условиям производства. В первую очередь это относится к созданию подборщика-конусообразователя для формирования и установки машинных конусов массой 6...8 кг и подборщика-сборщика конусов с формированием и погрузкой в транспортные средства цилиндрических паковок массой до 100 кг.
Опытный образец подборщика-конусообразователя прошел приемочные испытания на Калининской МИС в 1992 году. По результатам испытаний рекомендовано подготовить улучшенный образец, который был подготовлен в 1994-1995 гг. Однако из-за отсутствия финансирования испытания не были проведены.
Большая работа была проведена по созданию подборщика-шатрообразователя с установкой прерывных шатров длиной 2 м. Кроме этого, был разработан и испытан экспериментальный образец подборщика для сбора машинных конусов и подборщика-сдваивателя лент.
Для научного обоснования необходимости разработки указанных технических средств, позволяющих адаптировать технологию к условиям производства и решения проблемы сохранения качества льносырья за счет выполнения прогрессивных агроприемов, позволяющих сдвинуть сроки уборки на более ранние, была проведена НИР по разработке алгоритма и создания на его базе АРМа технолога-льновода по выбору рационального варианта технологии уборки влажного льносырья в условиях Северо-Западного региона РФ.
В АРМ технолога-льновода заложена исходная информация (база данных) по применению прогрессивных агроприемов по возделыванию и уборке льна-долгунца, выполнение которых позволяет увеличить урожайность в 2 раза, качество (номер тресты) - в 1,5 раза. Основное достоинство разработанного алгоритма и АРМа в том, что они дают достаточно убедительное научное обоснование необходимости разработки новых технических средств (ТС), с помощью которых будет создана машинная технология уборки льна-долгунца, адаптированная к условиям производства Северо-Западного региона. В исходную информацию АРМа были заложены данные о работе опытных и экспериментальных образцов подборщика-конусообразователя, подборщика-сборщика конусов, подборщика-шатрообразователя, подборщика-нарезчика гребней с расстилом на них лент льна, сдваивателя лент, подборщика для формирования прямоугольных паковок.
Анализируя сложившееся положение в отрасли, необходимо сказать, что для условий Северо-Западного региона РФ будут либо созданы ТС и комплексы машин машинной технологии уборки влажного льносырья, либо будут разработаны новейшие агроприемы, позволяющие эффективно использовать базовую машинную технологию за счет уборки льна в июле-августе. Применение суще ствующей полумеханизированной технологии уборки влажного льносырья связано с использованием ручного труда, причем затраты труда на подъем и раскладку лент достигают 25 чел.-ч/га и при минимальных посевах льна в зоне 30 тыс. га необходимо привлекать в период уборки до 6...8 тыс. рабочих. В настоящий момент, как и в будущем, это невозможно сделать из-за резкого сокращения численности сельского населения.
