Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В последние годы во всем мире льнопродукция, обладающая уникальными свойствами, особенно экологической чистотой, пользуется повышенным спросом, преимущественно на потребительских рынках США и Евросоюза, и ее производство постоянно возрастает. По прогнозам высокий потребительский спрос на текстильные изделия из натуральных волокон в развитых странах мира сохранится и на перспективу. В связи с этим развитие льняного подкомплекса в АПК России является приоритетной задачей и обусловлена, прежде всего, народнохозяйственной целесообразностью и необходимостью удовлетворения текстильных предприятий конкурентоспособным отечественным сырьем, а льносеющих хозяйств - высококачественным посевным материалом. Наиболее трудоемким и затратным процессом в льноводстве является уборка, на долю которой в зависимости от принятой технологии приходится 65…80 % затрат труда, 55…75 % денежных средств и до 40 % затрат энергии. Поэтому работы, связанные с совершенствованием технологий уборки льна-долгунца, а также с разработкой технических средств для их осуществления, являются наиболее актуальными.
Работа выполнена в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации Россельхозакадемии на 2001-2005 годы (проблема 10) и на 2006-2010 годы (проблема 9), а также согласно плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Тверская ГСХА».
Цель исследований. Совершенствование уборки льна-долгунца путем разработки технологических процессов и технических средств для их осуществления, обеспечивающих снижение потерь семян и волокна, а также повышение их качества.
Задачи исследований.
1. Разработать технологические процессы, снижающие потери семян и улучшающие их качество, а также уменьшающие растянутость стеблей в ленте при уборке льна-долгунца и приготовлении тресты.
2. Провести исследования и разработать математические модели процессов подбора, оборачивания и расстила лент льна, а также отделения семенных коробочек от стеблей и выравнивания стеблей льна в ленте.
3. Усовершенствовать подбирающе-оборачивающее устройство.
4. Разработать:
- устройство для отделения семенных коробочек от стеблей, снижающее повреждение семенных коробочек и потери стеблей в виде отхода в путанину;
- устройство для принудительного расстила лент льна, не допускающее увеличения растянутости лент;
- устройство для выравнивания стеблей льна в ленте, уменьшающее ее растянутость.
5. Разработать алгоритмы расчета параметров и режимов работы новых и усовершенствованных рабочих органов;
6. Исследовать технологические и физико-механические свойства стеблей льна необходимые для расчета параметров и режимов работы разработанных рабочих органов.
7. Провести экспериментальные исследования разработанных технологических процессов и рабочих органов с целью проверки адекватности их математических моделей.
8. Провести производственную проверку и оценить эффективность разработанных технологических процессов и рабочих органов на машинах для уборки льна-долгунца.
Объект исследования. Технологии уборки льна-долгунца, растения льна и стебли льнотресты, рабочие органы машин для уборки льна-долгунца и приготовления тресты (подбирающе-оборачивающие устройства, очесывающие аппараты, устройства для расстила лент льна и выравнивания стеблей в ленте), принципиальные и компоновочные схемы машин для уборки льна-долгунца.
Предмет исследования. Биотехнологические системы (растения льна, внешняя среда, средства механизации, технологические режимы) уборки льна-долгунца; организационные формы производства льноволокна и семян в условиях рыночных экономических отношений.
Методы исследований. Теоретические исследования взаимодействия рабочих органов машин для уборки льна-долгунца с рабочей средой базируются на методах классической механики и математического анализа с применением компьютерных программ (MathCAD 12-13, MS Excel и др.) для решения уравнений и построения графиков.
При экспериментальных исследованиях биотехнологических систем применялись методы математической статистики, тензометрирования, а также методика оптимизации многофакторных технологических процессов с нахождением эмпирических функций отклика (уравнений регрессии), их исследования методом визуализации трехмерных сечений векторного пространства отклика в компьютерной программе STADIA 6.0-7.0.
Полевые исследования проводились по отраслевым методикам испытаний сельскохозяйственной техники, а также по частным методикам при исследовании новых технологических процессов: вибрационное воздействие на комлевую часть стеблей устройством для их выравнивания в движущейся ленте; захват и транспортирование стеблей льна пальцами криволинейной формы устройства для принудительного расстила лент льна.
Научная новизна результатов исследований:
- функции отклика биотехнологических систем, отражающие влияние параметров и режимов работы динамического монощелевого очесывающего аппарата и устройств для выравнивания стеблей льна-долгунца в ленте и принудительного расстила лент льна на показатели качества их работы;
- уравнения динамики движения ленты льна в подбирающе-оборачивающих устройствах и устройстве для принудительного расстила лент льна;
- математические модели, описывающие взаимодействие лопатки динамического монощелевого очесывающего аппарата со стеблями льна при очесе и процесс выравнивания стеблей льна в ленте с учетом упругих свойств стеблей;
- новые аналитические зависимости для определения рациональных параметров и режимов работы подбирающе-оборачивающих устройств, динамического монощелевого очесывающего аппарата, устройства для принудительного расстила лент льна, центробежного дебалансного устройства для выравнивания стеблей льна в ленте.
Практическая значимость:
- технологические и конструкционные схемы рабочих органов машин для уборки льна-долгунца;
- рекомендации по использованию рабочих органов и выполняемых ими процессов при уборке льна-долгунца;
- алгоритмы расчета рациональных параметров и режимов работы подбирающе-оборачивающих устройств, динамического монощелевого очесывающего аппарата, устройства для принудительного расстила лент льна, центробежного дебалансного устройства для выравнивания стеблей льна в ленте.
Новизна технических решений при создании указанных выше технологических процессов и технических средств подтверждена 22 патентами на изобретения и полезные модели.
По результатам научных исследований при участии автора разработаны и внедрены на машинах для уборки льна-долгунца следующие рабочие органы: усовершенствованное подбирающе-оборачивающее устройство - на самоходных оборачивателе лент льна ОЛС-01 и подборщике-очесывателе ПОЛС-01; устройство для принудительного расстила лент льна - на льнокомбайнах ЛК-4А, «Русич», ГЛК-1,5; центробежное дебалансное устройство для выравнивания стеблей льна в ленте - на самоходном оборачивателе лент льна ОЛС-01М и линии первичной переработки льна МТА-1Л.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. В диссертации сформулированы, научно-обоснованы и выносятся на защиту следующие положения.
-
Математические модели процессов подбора, оборачивания, расстила лент льна, отделения семенных коробочек от стеблей и выравнивания стеблей льна-долгунца в ленте.
-
Технологические процессы и конструкционные схемы разработанных рабочих органов: усовершенствованного подбирающе-оборачивающего устройства, динамического монощелевого очесывающего аппарата, устройства для принудительного расстила лент льна и центробежного дебалансного устройства для выравнивания стеблей льна-долгунца в ленте.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающие возможность применения разработанных технологических процессов и рабочих органов в конструкциях машин для уборки льна-долгунца.
-
Алгоритмы расчета рациональных параметров и режимов работы новых и усовершенствованных рабочих органов машин для уборки льна-долгунца.
-
Оценка эффективности применения разработанных технологических процессов и рабочих органов в конструкциях машин для уборки льна-долгунца.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Тверская ГСХА»: «Актуальные проблемы аграрной науки Верхневолжья» (2001 г.), «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса Тверского региона» (2002 г.), «Проблемы социально-экономического развития села Тверской области» (2003 г.), «Актуальные проблемы аграрной науки и практики» (2005 г.); на Международных научно-практических конференциях: «Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК» (г.Тверь, 6-8 июня 2006 г.), «Стабилизация производства и развитие агропромышленного комплекса региона на основе внедрения инновационных технологий» (г.Тверь, 13-15 июня 2007 г.), «Проблемы аграрной науки и образования» (г. Тверь, 3-5 июня 2008 г.), «Современные технологии агропромышленного производства» (г. Тверь, 2-4 июня 2009 г.), «Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции» (г.Тверь, 15-16 июля, 2004 г.), «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве» (г.Москва, ГНУ ВИМ, 2005 г.), «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (г. Минск, 17-19 октября 2007 г.); на 2-й Международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» (г.Москва, ГНУ ВИМ, 2003 г.), на IX Международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» (г. Углич, 19-20 сентября 2006 г.), на Х юбилейной Международной научно-практической конференции «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (г. Вологда, март 2007 г.), на ХV Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России - направления развития земледельческой механики» (г.Москва, ВВЦ, ВИМ, 15-16 октября 2007 г.), на ХIV Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции» (г. Тамбов, 19-20 сентября 2007 г.), на конференцi молодих учених «Технiчнi культури: новi дослiдження та парспективи розвитку галузей» (г. Луцьк, 4-6 грудня 2007 р.), на 6-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ, 13-14 сентября 2008 г.), на ХI Международной научно-практической конференции «Наука и производство – пути развития и ожидаемые результаты» (г.Вологда, 11-13 марта 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Повышение конкурентоспособности льняного комплекса России в современных рыночных условиях» (г.Вологда, март 2009 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 77 печатных работах, в том числе в двух монографиях, 22 патентах на изобретения и полезные модели. 17 работ опубликовано в изданиях рекомендованных экспертным советом ВАК России для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.
Объем публикаций составил более 58 п.л., из них лично автора 37 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 444 страницах компьютерного текста, содержит 146 рисунков, 26 таблиц, 15 приложений и состоит из введения, девяти глав, выводов и списка использованных источников из 256 наименований.
