Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы уборки льна-долгунца, цель и задачи исследования 19
2. Физико-механические и технологические свойства льна-долгунца 53
3. Модернизация технологий уборки льна-долгунца 81
4. Теоретические исследования механизированных процессов уборки льна-долгунца 105
5. Экспериментальные исследования технологических процессов и рабочих органов для уборкильна-долгунца 351
6. Результаты производственных испытаний и экономическая эффективность разработанных технологических процессов уборки льна-долгунца 429
общие выводы и рекомендации 490
список использованной литературы
- Состояние проблемы уборки льна-долгунца, цель и задачи исследования
- Физико-механические и технологические свойства льна-долгунца
- Модернизация технологий уборки льна-долгунца
- Теоретические исследования механизированных процессов уборки льна-долгунца
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время Россия находится в сырьевой зависимости от хлопкосеющих стран. Для обеспечения экономической и стратегической независимости страны крайне важно иметь отечественное целлюлозное волокнистое сырье.
Однако, если в сельском хозяйстве страны в последнее время наметилась тенденция перехода от состояния стагнации к поступательному развитию, то при всей важности льна происходит спад его производства.
Учитывая важность льнопродукции для страны в «Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы» производство льна отнесено к приоритетным подотраслям сельского хозяйства. Предусматривается в 2012 году достичь урожайности льна-долгунца по волокну - 9,2 ц/га, обеспечить валовые сборы семян в объеме 45 тыс.т и льноволокна - 120 тыс.т. Инструментом в реализации стратегии устойчивого развития льноводства призвана стать Целевая программа ведомства (МСХ РФ) «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы», являющаяся составной частью Госпрограммы.
К сожалению, несмотря на принятие этих важнейших программ, в льноводстве продолжают сокращаться посевные площади, на низком уровне находится урожайность: к уровню 1990 года посевные площади сократились в несколько раз и к 2009 году уменьшились до 80 тыс. га при урожайности льноволокна 7,8 ц/га, семян -1,5 ц/га, что значительно ниже, чем в Западной Европе. Особенно низко качество льнопродукции, так доля потребляемого текстильной промышленностью длинного волокна в объеме производимого не превышает 28 % или 40 % от потребности. Поэтому промышленность вынуждена импортировать до 60 % такого льноволокна. Как следствие, продукция отечественного льноводства не находит сбыта. Причем не только из-за низкого качества, но и повышенной себестоимости, что не позволяет ей быть конкурентной на рынке льносырья.
Основные издержки производства льна, уровни качества и потерь продукции определяет уборочный цикл продукционного процесса. Именно здесь формируется до половины затрат производства. В этом цикле сосредоточены базовые процессы управления качеством продукции, происходят основные физические и технологические ее потери.
К экономической компоненте производства тесно примыкает демографическая ситуация в отрасли. Как известно, льноводство размещается в зонах, как правило, с дефицитом по труду. Поэтому обеспечить производство необходимых объемов конкурентоспособной продукции можно только путем существенного повышения производительности труда на уборочных работах.
Однако решить эти задачи имеющимися техническими и научными ресурсами не представляется возможным. Наиболее перспективным научным направлением радикального решения проблемы повышения эффективности уборочного цикла в льноводстве является перевод его на комбинированную уборку льна, объединяющую операции собственно уборки и послеуборочной обработки для оптимизации процесса получения высококачественной конечной продукции.
Поэтому решение проблемы создания оптимальных технологий и технических средств для уборки льна является актуальной для сельскохозяйственной науки и аграрной практики и соответствует целям реформирования агропромышленного комплекса страны.
Научная гипотеза, эффективность производства льнопродукции можно существенно повысить путем модернизации уборочного цикла в льноводстве: разработки, создания и использования новых технологий и технических средств для комбинированной уборки льна-долгунца.
Цель исследований: научно обосновать направления технологической и технической модернизации льноводства путем разработки новых технологий, создания и организации производства семейства адаптивных технических средств нового поколения для уборки льна-долгунца.
Задачи исследований.
-
Определить физико-механические и технологические свойства растений перспективных сортов льна-долгунца для использования их при проектировании рабочих органов льноуборочных машин.
-
Разработать базовую технологию производства льнопродукции на основе совершенствования комбайновой уборки и новую комбинированную технологию уборки льна-долгунца.
-
Разработать математические модели рабочих процессов и методики оптимизации параметров машин для уборочного цикла льноводства и на их основе осуществить модернизацию технологических операций уборки льна-долгунца путем комбинирования процессов, включая:
подвод растений и теребление льна-долгунца;
подбор и оборачивание лент льна;
плющение и транспортирование стеблей льна;
очес семенных коробочек и транспортирование льновороха.
-
Провести экспериментальные исследования технологических процессов и рабочих органов машин для уборки льна-долгунца с целью проверки адекватности их математических моделей.
-
Провести приемочные государственные и хозяйственные испытания адаптивных и комбинированных машин для уборки льна-долгунца и организовать их производство.
-
Дать технологическую и технико-экономическую оценку эффективности использования усовершенствованных и новых технологий и машин для уборки льна-долгунца.
Объект исследований: технологии и технические средства для уборки льна-долгунца в системе производства продукции льноводства.
Предмет исследования: методы построения и оптимизации параметров технологических процессов и машин нового поколения для уборки льна-долгунца.
Методы исследований: системный анализ технологической и технической базы льноводства; методы кинематического и динамического исследования технических объектов и тензометрирования нагрузок на их элементы; методика математического планирования многофакторного эксперимента; проверка достоверности результатов исследований методами теории вероятности и математической статистики; апробация в производственных условиях и технико-экономическая оценка эффективности разработанных технологий и новых технических средств.
Научная новизна результатов исследований:
математические модели технологических процессов и методики оптимизации параметров машин для уборки льна-долгунца и их комбинирования в производственном процессе;
новый типоразмерный ряд машин для уборки льна-долгунца, адаптивных к высоким агротехнологиям льноводства и гармонизированных с мировым уровнем их аналогов;
- базовая технология производства льнопродукции и новый технологический
адаптер комбинированной уборки льна-долгунца, разработанные впервые для вклю
чения в Федеральный регистр технологий производства продукции растениеводства.
Положения, выносимые на защиту.
развитие подотрасли льноводства следует осуществлять, прежде всего, на основе модернизации технологий и техники уборочного цикла;
совершенствование технологии уборки льна-долгунца можно осуществить путем кинематического и динамического моделирования процессов, обеспечив при этом в приоритетном порядке повышение качества продукции, снижение потерь, эффективное использование ресурсов и повышение производительности труда;
технологию уборочного цикла при производстве льнопродукции можно модернизировать путем комбинированного выполнения производственных операций техническими средствами нового поколения;
- обоснование нового типоразмерного ряда и структуры парка уборочных
средств льноводства следует вести на основе их адаптации к агротехнологиям;
создание новых (комбинированных) уборочных технических средств для льноводства необходимо осуществлять на основе их гармонизации с агротехнологиями, предложенного математического аппарата для обоснования их основных параметров и режимов и мировыми тенденциями построения рабочих органов машин;
экономически и технологически эффективное обеспечение уборочного цикла агротехнологий в льноводстве возможно благодаря использованию разработанной базовой технологии производства и комбинированной технологии уборки льна-долгунца.
Практическая значимость и реализация результатов. Использование результатов исследований по оптимизации технолого-технической базы уборочного цикла агротехнологий льноводства в практической деятельности предприятий сельскохозяйственного производства позволяет решать две главные задачи:
применить эффективные методы производства продукции льноводства, управляя продукционным процессом получения, прежде всего, льноволокна с повышенными показателями качества, урожайности и эффективно используя производственные и ландшафтные ресурсы;
обеспечить техническую модернизацию льноводства на базе машин отечественного производства, которые по технологическим, эксплуатационным и ценовым индикаторам превосходят зарубежные аналоги или не уступают им, имея в виду, что по результатам исследований сформирован машиностроительный комплекс, по объемам производства уборочных машин, удовлетворяющий потребности отечественных товаропроизводителей.
Разработанная на основании результатов исследований базовая технология производства льнопродукции включена в Федеральный технологический регистр производства продукции растениеводства, утверждена Минсельхозом России и президиумом Россельхозакадемии (постановление от 05.12.1996 г. №11-9/12) и рекомендована для применения в сельском хозяйстве страны. Основные положения настоящего исследования использованы при разработке Целевой отраслевой программы «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы», утвержденной Минсельхозом России 16.06.2008 г., а также «Концепции обеспечения предприятий льняного комплекса техникой и технологическим оборудованием по выращиванию, уборке льна и его глубокой переработке на 2008-2012 годы и на период до 2020 года», утвержденной заместителем Министра сельского хозяйства РФ Алейником С.Н. 01.10. 2008 г.
Машиностроительными предприятиями ООО «Производство Сельмаш» (г. Бежецк), ОАО «Тверьсельмаш» и опытным производством ГНУ ВНИПТИМЛ Рос-
сельхозакадемии произведено и реализовано 34245 льноуборочных машин, из них 34065 льнокомбайнов ЛКВ-4А и ЛК-4А с трехгранными делителями и модернизированными теребильными секциями, включая 153 льнокомбайна ЛК-4А с плющильными аппаратами АП-1 и АП-1А; 10 льнокомбайнов «Русич»; 17 льнокомбайнов ЛК-4Б; 6 льнокомбайнов ЛК-4В «Русь»; 51 льнокомбайн ЛК-4Д; 22 льнокомбайна КЛП-1,5; 35 льнокомбайнов ГЛК-1,5; 5 льнотеребилок ТЛ-1,9; 16 подборщи-ков-очесывателей лент льна ПОЛ-1,5; 15 самоходных подборщиков-оборачивателей лент льна ОЛС-01; 2830 льнокомбайнов ЛКВ-4А, ЛК-4А, ЛК-4Д и ГЛК-1,5, а также льнотеребилка ТЛ-1,9, подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5 и три самоходных подбор-щика-оборачивателя ОЛС-01 поставлены на экспорт.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на Ученых советах ВНИИЛ (1980-1989 гг.), ЦНИПТИМЛ (1990-1998 гг.), ВНИПТИМЛ (1999-2009 гг.); заседаниях Бюро Отделения механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства Россельхозакадемии (2008, 2009 гг., г. Москва); Международных научно-практических конференциях и симпозиумах: «Лен - на пороге XXI века» (2000 г.), «Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса» (2006 г.), «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (2007 г.), «Наука, сельское хозяйство и промышленность - пути развития и ожидаемые результаты» (2008 г.), «Повышение конкурентоспособности льняного комплекса России в современных условиях» (2009 г.), г. Вологда, «Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России» (2000 г., г. Киров), «Машинные технологии и техника для производства льна, хлопчатника, овощей и продукции садоводства» (2001 г., г. Москва), «Технологическое и техническое обеспечение производства продукции растениеводства и животноводства» (2002 г.), «Механизация уборки, послеуборочной обработки и хранения льна» (2003 г.), «Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве» (2005 г.), «Инновации в области земледельческой механики» (2008 г.), г. Москва, «Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца» (2004 г., г. Торжок), «Интенсификация машинных технологий производства и переработки льно-продукции» (2004 г., г. Тверь), «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (2007 г.), «Сельскохозяйственная механика. Век XXI» (2008 г., г. Минск, Беларусь), «Инновационные технологии в АПК» (2009г., г. Луцк, Украина), «Производство для рынка» (1996 г., г. Руан, Франция), «Натуральные волокна -сегодня и завтра» (2000 г., г. Познань), «Экологические аспекты механизации растениеводства» (2005г., г. Варшава), Польша, «Материалы из возобновляемых ресурсов (2007 г., г. Эрфурт, Германия).
Результаты работы демонстрировались на Всероссийских выставках-ярмарках «Российский лен» (1999-2009 гг., г. Вологда), Российских агропромышленных выставках «Золотая осень» (1998-2009 гг., ВВЦ, г. Москва), Всероссийском научно-практическом семинаре «Оснащение сельхозпредприятий льносеющих регионов современной льноуборочной и льноперерабатывающей техникой (2005 г., г. Тверь), «Белагро-2008» (г. Минск, Беларусь).
На агропромышленных выставках «Золотая осень» разработки отмечены двумя Бронзовыми медалями и Дипломами III степени (2000 и 2003 гг.), двумя Золотыми медалями и Дипломами I степени (2003 г.); тремя Золотыми медалями (2007 и 2008 гг.); на дне «Российского поля - 2008» Дипломом Гран-при.
Монография «Организационно-экономические аспекты технологизации льняного комплекса» признана лучшей научной разработкой Тверской области и отмечена «Почетным Дипломом» (2006 г.).
Две работы по теме диссертации признаны лучшими завершенными научными разработками года и награждены Дипломами Президиума Россельхозакадемии (2001 и 2007 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 128 научных работ, в т.ч. две книги, два учебных пособия для ВУЗов, три монографии, четыре брошюры, включающие одно методическое указание, две рекомендации, одну концепцию; 117 статей в отечественных и зарубежных изданиях, из них 47 в изданиях по перечню ВАК РФ, 45 статей без соавторства. По результатам исследований получено 44 авторских свидетельств и патентов на изобретения, три патента на полезные модели.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 499 страницах компьютерного текста, содержит 45 таблиц, 198 рисунков, приложений и состоит из введения, 6 глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, содержащего 348 наименований, в том числе 19 на иностранных языках.
Состояние проблемы уборки льна-долгунца, цель и задачи исследования
Анализ существующих технологий уборки льна-долгунца показывает, что в настоящее время в мировой практике существует три технологии: сноповая, комбайновая и раздельная [26-30].
До начала 70-х годов XX века во всех льносеющих странах, в том числе и в России, основной технологией была сноповая уборка льна-долгунца. Суть её заключается в выполнении следующих технологических операций: теребление льна с вязкой в снопы, постановка снопов в бабки, обмолот снопов, расстил льносоломки для сушки и вылежки в тресту, подъем тресты с вязкой в снопы, подбор и погрузка снопов, транспортировка тресты (или соломки) на льнозавод.
Простое перечисление технологических операций при сноповой уборке льна-долгунца указывает на необходимость большого количества ручного труда при реализации продукции трестой 255,36-268,41 чел.-ч./га [26-28] и разрыв непрерывности процесса уборки, поэтому эта технология в настоящее время находит применение лишь в специфических хозяйствах, связанных с селекционно-семеноводческими работами по выведению новых высокоценных сортов льна. Необходимо отметить еще, что в технологии сноповой уборки льна имеются операции (постановка снопов в бабки, оправка и погрузка снопов и др.), механизировать которые не удалось [29, 30]. Технология комбайновой уборки льна-долгунца включает в себя теребление растений с одновременным очесом семенных коробочек и расстилом льносоломы в ленты. Благодаря совмещению в льнокомбайне операций тереб 20 ления льна, очеса семенных коробочек и расстила льносоломы в ленты затраты труда при комбайновой уборке сокращаются в 1,7-3,4 раза при реализации продукции трестой по сравнению со сноповой уборкой. При этом сроки полевых работ сокращаются на три-четыре недели, что позволяет произвести расстил льносоломы в наиболее благоприятные агросроки. Эта технология в наименьшей степени зависит от погодных условий [26, 28].
Технология раздельной уборки льна-долгунца включает теребление льна, расстил его на поле в ленты, естественную сушку лент льна, их подъем и очес семенных коробочек, расстил очесанных лент льносоломы на льнище. Основной недостаток её заключается в большой зависимости от погодных условий [14].
И при комбайновой, и при раздельной уборке, полученный льноворох перевозят на пункт сушки и переработки (переводят на стационар), вследствие чего уборка в меньшей степени зависит от погодных условий. Высушенный ворох подвергают обмолоту с предварительной очисткой семян.
Для улучшения процесса вылежки льносоломы в тресту (имитации её расстила на лугу) на начальных этапах применения комбайновой уборки под лен подсевали райграс или костер луговой. С внедрением химических средств защиты льна применение подсева трав оказалось невозможным, так как они не выдерживали «гирбицидной нагрузки». Поэтому для ускорения сушки льносоломы и улучшения процессов ее вылежки в тресту потребовалось применение от одного до трех оборачиваний лент льна. После вылежки тресты ее поднимают, прессуют в паковки (кипы, рулоны), грузят в транспортные средства и перевозят на льнозавод.
По затратам труда обе эти технологии при реализации продукции трестой примерно одинаковые. При комбайновой уборке они составляют 68,2 чел.-ч./га, а при раздельной - 69,4 чел.-ч./га [28].
Все три технологии уборки льна-долгунца имеют один общий существенный недостаток, заключающийся в неравномерной вылежке тресты по длине стеблей, обусловленной неравными условиями естественной сушки и вы 21 лежки отдельных частей стеблей льна [29-33].
В настоящее время в России, Украине, Белоруссии, Чехии, Словакии и КНР основное применение имеет технология комбайновой уборки. Начала она применяться и в Голландии, причем для получения высококачественного посевного материала [14, 33-35].
Технология раздельной уборки в нашей стране применяется в небольших объемах (менее 5% посевных площадей). За рубежом эта технология широко применяется в Бельгии, Голландии, Франции, Польше и некоторых других странах в основном для получения волокна.
Разновидностью технологии раздельной уборки является так называемая технология заводского обмолота [34], при которой разостланные на льнище ленты льна с коробочками доводят до тресты, после чего поднимают и прессуют в разные виды паковок. Обмолачивают (очесывают) ленты льна на льнозаводах в начале поточной линии выработки льноволокна.
Такая технология применяется во Франции, Венгрии, Румынии [34], начала осваиваться и в нашей стране (ОАО «Магриком»).
К недостаткам этой технологии уборки следует отнести большие потери семян (более 70%) и их низкое качество. Кроме того, в процессе хранения мелкими грызунами уничтожается часть заготовленного сырья. Поэтому эту технологию следует применять лишь в экстренных ситуациях, обусловленных неблагоприятной погодой и др.
Физико-механические и технологические свойства льна-долгунца
При исследовании размерных характеристик корней льна-долгунца описательной статистикой установлены основные параметры, характеризующие собранную информацию: среднее значение, разброс значений или стандартное отклонение, характеристика формы распределения значений [133, 134].
Для определения размерных характеристик корней растений льна сортов "Могилевский-2" и "Алексим" в период уборки вытеребливались на поле, после чего доставлялись в лабораторию ВНИПТИМЛ, где из каждой их партии произвольно отбиралось по 100 растений, а затем производились замеры длин корней [29, 30, 135].
Ограничением при вычислении основных статистических параметров, характеризующих выборку, является размер выборки, который должен быть больше 4 и меньше /х , где /х=8000, 1000, 100 при объеме матрицы данных в 20-Ю3, 40-Ю2 и 100 чисел [133].
При определении размерных характеристик корней льна-долгунца получены 399 значений длин корней после теребления растений, взятых с 4-х полей: ОПХ ВНИИльна - 100 шт.; поля № 1, 2 и 3 ОПХ Калининской МИС соответственно - 100, 100 и 99 шт.
Тест распределения длин корней на нормальность, проведенный по кри-терию хи-квадрат (% ), показал, что нулевая гипотеза может быть принята, в соответствии с ней распределение не отличается от нормального для корней с поля ОПХ ВНИИЛ, № 1 и 2 КМИС, а также суммарной гистограммы.
Для определения относительных деформаций корней и стеблей льна-долгунца от условного давления при их поперечном сжатии (плющении) без ограничений сбоку брались растения из тех же партий, что и при определении размерных характеристик корней после теребления растений льна [29, 30, 136]. Определялась влажность корней и стеблей, а затем их диаметр. Приняты следующие участки растения, зажимаемые между пластинами: корень у корневой шейки, стебель на расстоянии 0,2 м и 0,4 м от корневой шейки, т.е. участки растений, подвергающихся деформации сжатия при плющении комлевой части ленты стеблей. Длина каждого участка сжатия /=0,01 м (рис. 2.3).
В эксперименте исследуемый участок корня или стебля помещался в зазор между стальными или обрезиненными рабочими поверхностями пластин 3 и 4 рамок приспособления к экстензометру ЭТ-5 [136]. Затем к держателям экс-тензометра прикладывали силу, значение которой фиксировали по показаниям индикатора. Соответствующая этому значению силы относительная деформация определялась по показаниям счетчика экстензометра. Образцы растений льна-долгунца деформировали до полного расплющивания.
Исследуемые участки растений подвергались нагружению одинаковой силой Р, что позволило в сравнимых условиях получить разные значения на пряжения сжатия ст. Опыты проводились как на свежевытеребленных растениях льна (влажностью 45,6...56,2%), так и на растениях, находящихся в воздушно-сухом состоянии (влажностью 11,8...13,2%) после их сушки в естественных условиях. Силу сжатия Р и соответствующую ей абсолютную деформацию сжатия Aflf определяли по тари-ровочным таблицам.
Если в некоторой точке С разгрузить испытуемый образец, то кривая разгрузки будет иметь вид кривой CD. При повторном нагружении процесс сжатия корня идет по кривой DE. В случае разгрузки образца в точке F кривая разгрузки принимает вид FG. Восстановление корня при снятии нагрузки вначале идет медленно, а затем несколько быстрее. Следует отметить, что особенностью поперечного сжатия корня является то, что происходит его растрескивание с одновременным расплющиванием и уменьшением напряжения, что можно считать характерным для цельных (не полых) материалов [64, 94]. На участке ВН при незначительном увеличении относительной деформации наблюдается резкое возрастание сжатия. В зоне точки //роста деформации практически не происходит. Результатом проведенных исследований и обработки полученных опытных данных по поперечному сжатию корней льна-долгунца определены следующие показатели: условное напряжение Ор, при котором происходит расплющивание корня, и соответствующая ему относительная деформация ; граничное условное напряжение УПр, при котором давление прямо пропорционально относительной деформации єПр. Результаты опытов приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Значения показателей ОЛР, ЄПр, dp и єР, полученные в эксперименте
Из результатов эксперимента следует, что при проектировании вальцовых плющильных аппаратов усилие плющения и твердость рабочей поверхности обрезиненных вальцов необходимо рассчитывать из условия расплющивания стеблей, а не корней льна, для расплющивания которых требуется во много раз большее усилие, приводящее к неоправданному увеличению энергозатрат и массы аппаратов. В этом случае корни льна наряду с вальцами будут участвовать в плющении стеблей в комлевой части ленты.
Модернизация технологий уборки льна-долгунца
При комбайновой уборке теребление растений проводится в фазу ранней желтой и начале желтой спелости с одновременным очесом семенных коробочек со стеблей, сбором вороха в транспортное средство и расстилом стеблей по льнищу в ленту для вылежки льносоломы в тресту [144]. Комбайновую уборку можно применять при различных параметрах стеблестоя: высоте растений от 0,4 м до 1,3 м, густоте растений до 3000 шт./м2 и полегании в пределах двух-пяти баллов. Эта технология уборки предусматривает достижение высокого уровня качества выполнения технологических требований: чистоты теребления на прямостоящем и слегка наклоненном льне - не менее 99 %, на льне с полег-лостью в 2,0 балла — не менее 95 %; чистоты очеса — не менее 98 %; отхода стеблей в путанину - не более 3 %; общих невозвратимых потерь семян - не более 4 %; повреждений стеблей, влияющих на выход длинного волокна, - не более 5 %; относительной растянутости стеблей в ленте - не более 1,2; равномерности лент по толщине и прямолинейности расстила [15, 145].
Несмотря на достоинства технологии комбайновой уборки в процессе вылежки льносоломы имеет место неоднородность тресты по ее основным качественным признакам: цвету, прочности и особенно по степени вылежки. Наблюдается неравномерность вылежки тресты по длине стеблей, обусловленная различным воздействием рабочих органов льнокомбайна на отдельные их участки в процессе теребления и очеса льна [146-152]. На рис. 3.1, а показано растение льна-долгунца и помечены отдельные участки стеблей (рис. 3.1, а, б, в, г), на которые действуют рабочие органы в процессе уборки льна комбайнами. Из рис 3.1, б видно, что вершинная часть стебля расплющивается гребнями очесывающего барабана L0Q. Средняя часть стебля подвергается расплющиванию теребильными Lmp ремнями и ремнями зажимного транспортера Ьзт. Процесс расплющивания стебля рабочими органами машины при комбайновой уборке осуществляется в едином технологическом цикле, т.е. одновременно с тереблением. При этом положение участка расплющивания стебля ремнями зажимного транспортера L3m относительно участка Lmp изменяется в зависимости от длины очесываемого льна. Необходимо также отметить, что и при раздельной (двухфазной) уборке воздействие рабочих органов на стебли аналогично их воздействию при уборке льна комбайнами. Разница заключается лишь в том, что в начале при тереблении стебли расплющиваются теребильными ремнями (участок Lmp на рис. 3.1,в), а затем с временным интервалом в 5-7 дней при подъеме и очесе просохших лент подборщиком-очесывателем стебли подвергаются плющению на участках L3m и L0Q, показанных на рис. 3.1, б и г. Комлевая часть стеблей (участок LKC на рис. 3.1, б, в, г) при обеих технологиях уборки не испытывает механических воздействий со стороны рабочих органов льноуборочных машин, не оснащенных плющильными аппаратами. Расплющенные части стебля быстрее просыхают, в результате мацерация их начинается раньше и идет гораздо быстрее, чем в комлевой части, где плотность их расстила наиболее высокая. Треста получается с неравномерной степенью вылежки по длине стебля. К моменту вылежки тресты на участках LKCt Lmp, L3m, и L0Q стебля уже имеет место ее перележка. При переработке такой тресты выход и качество волокна снижаются.
Вместе с тем в льняном подкомплексе АПК одной из особенностей отрасли является высокая значимость качества продукции в конечных экономических результатах. Вполне обычными являются более чем двукратные различия в потребительской ценности льносырья в зависимости от применяемых технологий и естественных условий производства. В большинстве других отраслей растениеводства эти различия примерно на порядок меньше [14, 153].
Следовательно, совершенствование технологий уборки льна должно быть направлено на максимальное сохранение в процессе уборки достигнутого на этапе выращивания культуры уровня качества волокнистой продукции, что достигается повышением технологического уровня отрасли.
Анализ операций технологии комбайновой уборки показывает, что она должна быть дополнена ограничительными или критическими операциями, которые бы позволили существенно повысить качество конкурентоспособной продукции [154, 155].
Поэтому совершенствование комбайновой уборки было направлено на устранение неравномерности вылежки тресты по длине стеблей путем однократного [57, 156-158] и многократного [159, 160] плющения стеблей в комлевой части. Многочисленные исследования; проведенные с участием автора работы [146-152], показали, что применение однократного плющения стеблей льна при комбайновой уборке обеспечивает: ускорение полевой сушки свежевытеребленных стеблей; интенсификацию процесса вылежки льносоломы в тресту, сокращая его продолжительность на 3-10 суток; повышение однородности тресты по степени вылежки, разрывному усилию и цвету волокна; получение тресты более высокого качества (до одного сортономера); увеличение выхода длинного волокна на 1,1 ...2,5 % (абсолютных); повышение качества длинного волокна на 0,3...0,8 номера. Существенным недостатком комбайновой уборки является ее высокая, в сравнении со сноповой уборкой, энергоемкость в связи с большими затратами на искусственную сушку сырого льновороха при производстве льносемян. Особенно велики они при уборке льна в фазе ранней желтой спелости и достигают 25% всех затрат на возделывание культуры [14, 21, 161-166]. Не обеспечиваются и экологические требования [167]. Наиболее эффективным средством для искусственной сушки и обмолота вороха является комплект оборудования КСПЛ-0,9. Он позволяет получить семена влажностью не более 13% и чистотой не ниже 95% при дроблении семян не более одного процента и их общих потерях не выше 5%.
Применение комбайновой уборки обеспечивало эффективное функционирование отрасли. Рентабельность льнотресты в Российской Федерации в среднем за 1981-1985 гг. составляла 19,4 %, льносоломы - 77,9 %. После внедрения комбайновой уборки качество льнотресты в РФ повысилось до 1,01 номера в 1981-1985 гг. против 0,91 номера в 1971-1975 гг. и 0,90 номера в 1976-1980 гг.
Теоретические исследования механизированных процессов уборки льна-долгунца
В процессе уборки льна делители работают в самых разнообразных условиях. Наиболее неблагоприятные условия работы делителей возникают при тереблении изреженного и короткостебельного льна в стадии конца зеленой -начале ранней желтой спелости. В этом случае отсутствует или весьма слабо проявляется влияние подпора стеблей, а их коэффициент трения о стеблеподводы делителя максимальный. Поэтому в исследованиях работы делителей на таком льне для исключения влияния подпора целесообразно изучать воздействие стеблеподводов на отдельный стебель, а не на их массу [97,98,184]. Наибольшую трудность вызывает уборка полеглых и засоренных посевов [185-187]. Рассмотрим работу делителей в этих условиях. При проведении исследований будем исходить из того, что при тереблении прямостоящих посевов основное воздействие на стебли оказывают боковые стеблеподводы, а при уборке полеглого льна — верхний центральный стеблеподвод [97, 98]. Кроме того, при работе делителей действие инерционных сил подвижных систем, особенно с повышением рабочих скоростей уборочных машин на тереблении льна, существенно влияет на характер движения стеблей в пространстве между стеблеподводами смежных делителей. Это в значительной степени определяет сопротивление процессу их относительного движения и качество выполнения технологического процесса. Поэтому при проведении исследований рассмотрим также работу делителей с учетом возникающих при этом динамических явлений.
Стеблеподвод ВС при своем движении в пространственной системе координат xOyz со скоростью им вдоль оси (плоскость хОу — земля) воздействует на встречающиеся стебли. По схеме первым стеблеподводу встретился стебель 06С, затем 03М3,ОМ,04М4,02М2,05С,0]М1. Следы этих стеблей на горизонтальной плоскости хОу отклонены от направления оси у на углы i//6,y/i,i//,i//2,i//5,i//l. К моменту, изображенному на рис. 4.1, я, носок В делителя коснулся стебля ЪХВ. Все стебли оказывают сопротивление наклону, которое воспринимается стеблеподводом ВС. Участок blcl06 поля будет пространством действия стеблеподвода делителя.
При нахождении стеблеподвода ВС в массиве стеблей разные его участки соприкасаются с разным количеством стеблей. Передний участок ВМ\ стеблеподвода воздействует на стебли, корни которых находятся в треугольнике bftxmx, а участок М\М2 - на стебли с корнями в четырехугольнике mppim1. Площадь треугольника ЬхОхтх значительно меньше площади четырехугольника тхОх02т2, следовательно, передние участки стеблеподвода воздействуют на малое количество стеблей, средние участки — на большее их количество, а задние - на еще большее. Определим количество стеблей, приходящееся на одну единицу длины стеблеподвода.
Если считать, что при повороте стебля сила сопротивления прямопропорциональна скорости, то большее сопротивление испытывают точки стебля, более удаленные от точки О", так как они имеют большие скорости. Диаграмма этих сопротивлений представлена на рис. 4.3,е. Если взять какой-либо элемент длины стебля dp с линейной скоростью р (здесь р - расстояние от точки О" до рассматриваемого элемента), то элементарная сила сопротивления воздуха dR будет равна K2pdp, где К2 - опытный коэффициент, зависящий от миделева сечения элемента стебля, измеряется в кг/м-с.
Угловое ускорение характеризует изменение угловой скорости . Стебель поворачивается с небольшой угловой скоростью, которая в средней части прямолинейного стеблеподвода делителя меняется мало (п. 4.1.2). Но в момент соприкосновения носка делителя со стеблем и начала воздействия на него стеблеподвода (точка В на рис. 4.1,а) появляется положительное угловое ускорение (ускоренное вращение), стебель из неподвижного состояния переходит во вращательное движение. Угловая скорость изменяется также в конце воздействия стеблеподвода на стебель (точка С на рис. 4.1,а), при этом появляется отрицательное угловое ускорение (замедленное вращение), и стебель из подвижного состояния переходит в неподвижное состояние, после чего захватывается теребильными ремнями. Ввиду этого не будет большой ошибкой, если в уравнении (4.4) для упрощения расчетов считать = 0.
С увеличением времени t взаимодействия стеблеподвода со стеблем кривые его ускорения поворота в переходят через максимум, причем чем больше В и (р, тем большие значения приобретает 0 .
Увеличение угла наклона а стеблеподвода к горизонтальной плоскости при одинаковом характере изменения приводит к уменьшению угла поворота в, а кривые углового ускорения в при повороте стебля имеют лишь нисходящие ветви.
С ростом углов /3 и р сила Р и ее составляющие силы Q,PH,T, возрастают. С увеличением времени t кривые Р, Q и Т переходят через максимум, который выражен тем сильнее, чем больше скорость им, приводящая к значительному возрастанию инерционной составляющей силы Ри.
