WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ЗИНЦОВ Александр Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ И МАШИН ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ УБОРКИ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА

05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО КГСХА)

Научный консультант:        академик РАСХН,

доктор технических наук,

профессор

Лачуга Юрий Федорович

Официальные оппоненты:        член-корреспондент РАСХН,

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Горбачев Иван Васильевич

член-корреспондент РАСХН,

доктор технических наук,

профессор, заслуженный изобретатель РФ

Черников Виктор Григорьевич

доктор технических наук, профессор

Корабельников Ростислав Васильевич

Ведущая организация:        ГНУ «Всероссийский НИИ механизации сельского хозяйства» (ВИМ)

Защита состоится «25» февраля 2008 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д220.044.01 при ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан «___» ____________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор        А.Г. Левшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Лен — национальное достояние России, исторически являющийся важной статьей дохода в агропромышленном секторе. Отличительной особенностью льна-долгунца является возможность использования всего биологического урожая в различных отраслях народного хозяйства.

Однако в современных условиях происходит спад производства льна. Это явление обусловлено, прежде всего, высокой себестоимостью возделывания льна-долгунца и низкими закупочными ценами на льнопродукцию. Экономическая целесообразность производства льна-долгунца зависит от качества и урожайности продукции, которые формируются в процессе возделывания льна и, главным образом, при реализации уборочных процессов.

В такой ситуации повышение качества и сбора продукции является приоритетным направлением развития льняной отрасли. Для успешной реализации поставленной задачи льноводству нужны дешевые, экономически высокопроизводительные машины, объединяющие целый ряд технологических операций, специально направленных на сохранение и повышение качества льносемян и тресты.

Одним из наиболее эффективных направлений в повышении качества и снижении себестоимости продукции является применение технологии раздельной уборки льна.

Вместе с тем практическое использование раздельной уборки льна сдерживается отсутствием надежных машин для ее реализации и зависимостью этой технологии от погодных условий. Сложность механизации технологических процессов обусловлена многообразием и случайным характером условий функционирования технических средств. Решение проблемы обоснования и разработки процессов и машин для реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца актуально и имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель исследования. Повышение эффективности технологии раздельной уборки льна-долгунца путем обоснования и разработки технологических процессов и машин, направленных на повышение качества и увеличение сбора льнопродукции.

Объект исследования. Технологические процессы машин для реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца.

Предмет исследования. Параметры технологических процессов и режимов функционирования рабочих органов машин для реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца.

Методы исследования. Основаны на применении современных технических средств и измерительных приборов; использованы системный подход, математическое моделирование процессов, методы математической статистики, корреляционно-спектрального анализа и аналитический аппарат.

Научная новизна. Разработаны технологические процессы и средства механизации, повышающие качество и увеличивающие сбор продукции при реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца, получена теоретическая закономерность движения стеблей льна в процессе их принудительного расстила на поверхность поля, аналитически спрогнозированы возможные потери семенной части урожая при работе гребневого очесывающего аппарата подборщика-очесывателя, получены аналитические зависимости для расчета основных параметров устройства ориентирования ленты льна перед очесывающим аппаратом, разработана теория комлеподбивания стеблей в ленте при ее оборачивании с учетом случайного характера входных процессов, а также номограмма для определения основных параметров комлеподбивающего конвейера комлеподбивателя наклонного типа, получены математические модели технологических процессов раздельной уборки льна и результаты производственных испытаний технологии раздельной уборки льна-долгунца с применением разработанных технологических процессов и комплекса машин для их реализации.

Практическая ценность работы. Получены технологические процессы плющения стеблей растений, расстила ленты льна на поверхность поля, ориентирования ленты льна перед очесывающим аппаратом, комлеподбивания стеблей в ленте при ее оборачивании, обеспечивающие повышение эффективности технологии раздельной уборки льна-долгунца, новые рабочие органы и машины для их реализации. Практические рекомендации по применению интегральной комбинированной технологии с использованием технологии раздельной уборки.

Результаты производственных испытаний технологии раздельной уборки льна-долгунца свидетельствуют о высокой эффективности разработанных технологических процессов и машин для их реализации.

На защиту выносятся. Технологические процессы и средства механизации, повышающие качество и увеличивающие сбор льнопродукции при реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца, теоретические закономерности и математические модели технологических процессов, результаты производственных испытаний технологии раздельной уборки льна-долгунца.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции «Высокоэффективные технологии производства и переработки льна» (Вологда, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Инновационная привлекательность льняного комплекса России» (Вологда, 2003 г.), Международных и Межвузовских научно-практических конференциях Ивановской ГСХА (1991, 1993, 1995 гг.), Костромской ГСХА (1993-1995, 1997-2000, 2002, 2004, 2005 гг.), Ярославской ГСХА (1994, 2002, 2004 гг.), заседании Общероссийского научного семинара по «Научным проблемам агропромышленной переработки лубоволокнистых материалов» (Кострома, 2004 г.). Результаты работы демонстрировались на Всероссийских выставках-ярмарках «Российский лен» (Вологда, 1998-2006 гг.), Российских агропромышленных выставках «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2000-2005 гг.). Работа удостоена Первой премии администрации Костромской области (2000 г.), отмечена Серебряной медалью и Дипломом II степени 6-ой Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2004 г.), Золотой медалью и Дипломом I степени 7-ой Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2005 г.).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы в конструкциях макетных образцов машин для раздельной уборки льна и переданы в ВНИПТИМЛ, ОАО «Костромское СКБТМ», ОАО «Нагорьевская сельхозтехника», ОАО «Тверьсельмаш», ОАО «Бежецксельмаш» для разработки технической документации и изготовления теребилки-плющилки льна ТПЛ-4К, подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К, оборачивателя-комлеподбивателя ОКП-1,5К и устройства для принудительного расстила ленты к льноуборочным комбайнам ЛК-4А.

Результаты исследований по теме диссертации апробированы в колхозе «Родина» Красносельского района, ОАО им. М. Горького Нерехтского района и СПК «Расловское» Островского района Костромской области. Механизированные комплексы, изготовленные в ОАО «Костромское СКБТМ», ОАО «Нагорьевская сельхозтехника» и ОАО «Бежецксельмаш», работают в Костромской, Ярославской, Вологодской, Новосибирской, Нижегородской, Тверской областях, на Алтае и Республике Беларусь. В общей сложности указанными организациями выпущено: 61 подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5К, 31 теребилка-плющилка ТПЛ-4К и 16 оборачивателей-комлеподбивателей ОКП-1,5К.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано сорок пять печатных работ, из них семь — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одна монография, получены двенадцать патентов РФ на изобретения и одно свидетельство РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и списка литературы. Работа изложена на 288 страницах компьютерного текста, включая 27 таблиц, 94 рисунка. Список литературы включает 212 источников. В пяти приложениях приведены копии патентов на изобретения, документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, копии протоколов приемочных испытаний Белорусской и Калининской машиноиспытательных станций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, раскрываются научная новизна и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» с учетом выполненного анализа установлена необходимость в обосновании и разработке технологических процессов и машин для раздельной уборки льна-долгунца, обеспечивающих повышение качества и увеличение сбора льнопродукции.

Научной основой для изучения существующих технологий уборки льна и наиболее значимых технологических процессов и машин для их реализации послужили труды М.М. Ковалева, В.Г. Черникова, М.И. Шлыкова, М.М. Труша, М.Н. Шрейдера, В.П. Понажева, Ю.Ф. Лачуги, Н.И. Кленина, Б.А. Позднякова, И.М. Махова, Н.А. Смирнова, Н.Ф. Диденко., Л.В. Родионова, Г.А. Хайлиса, В.М. Луценко, Н.Н. Быкова, В.И. Смирнова, И.В. Баранова, А.Б. Лурье, В.Г. Озерова, Б.П. Можарова, В.И. Соснова, В.Н. Бухаркина, В.Г. Жукова, Ф.М. Карпунина, П.Ф. Прибыткова, Е.Л. Пашина, Р.А. Ростовцева, А.А. Чернышкова, И.П. Карпец, М.М. Боярченковой, И.Н. Болотова, П.К. Кондрашука, Р.И. Моториной, В.Н. Аносова, А.М. Ипатова и др.

Анализ научных исследований показал, что наиболее эффективным направлением в повышении рентабельности льноводства является интегральная комбинированная технология, которая предполагает начинать уборку в ранней желтой спелости льна по раздельной технологии (до 70% площадей) для получения высококачественного волокна с подключением в желтой спелости комбайновых агрегатов для получения семенного материала.

Наибольшее влияние на показатели работы льноуборочных машин оказывают условия их функционирования, которые во многом обусловлены качеством разостланных лент стеблей. Из-за наличия различных дефектов лент потери стеблевой массы при комбайновой уборке могут достигать 19 %, а при раздельной технологии к тому же еще добавляются потери семенной части урожая (так же до 19 %). Большинство указанных дефектов возникает по вине пассивно работающего расстилочного щита льноуборочных машин.

В условиях росяной мочки процесс вылежки стебля в тресту происходит под воздействием грибной и бактериальной микрофлоры, активное развитие которой возможно только на мертвом, то есть высушенном стебле. Пашин Е.Л. констатирует, что если подсушенные стебли становятся трестой за 15…30 дней, то без подсушки продолжительность вылежки увеличивается до 40 дней.

Одним из наиболее эффективных путей «умерщвления» растений является их плющение при выполнении уборочных процессов. Исследованиями Н.Н. Быкова, Р.И. Моториной, М.М. Боярченковой, М.М. Ковалева установлено, что плющение стеблей льна при уборке комбайнами обеспечивает повышение качества волокнистой продукции и сокращает сроки ее приготовления. Вместе с тем, результаты исследований, проведенных в Волынской области в 1994…1996 годах Г.А. Хайлисом, показали, что эти преимущества могут быть распространены также и на раздельную уборку. Однако, процесс плющения стеблей при реализации указанной технологии до сих пор не исследован.

Основной фазой раздельной уборки льна-долгунца является отделение семенной части урожая от стеблей подборщиками-очесывателями. Исследованиями этого технологического процесса в льноуборочных комбайнах занимались М.И. Шлыков, П.Ф. Прибытков, Г.А. Хайлис, Б.П. Можаров, В.Н. Бухаркин, А.Б. Лурье, В.Г. Озеров, Н.Н. Быков. Они установили, что чистота очеса и отход стеблей в путанину во многом зависят от взаимного расположения очесывающего аппарата и ленты льна. Однако, вопрос оптимальности взаимного расположения указанных объектов нуждается в дополнительном исследовании и обосновании применительно к подборщику-очесывателю.

Растянутость или продольный сдвиг стеблей льна относительно друг друга в ленте (слое) формируется под воздействием рабочих органов льноуборочных машин. По данным Черникова В.Г. повышенная растянутость стеблей в слое приводит к снижению выхода длинного волокна на 5…6 %. Основным направлением в решении указанной проблемы является введение процесса комлеподбивания слоя стеблей в мобильных средствах механизации при проведении уборочных операций в тот период времени, когда стебли менее повреждены и не перепутаны. Осуществлять комлеподбивание целесообразно в потоке стеблевой массы наклонным комлеподбивателем проходного (конвейерного) типа при выполнении оборачивания лент льна в процессе приготовления тресты.

Условия функционирования оборачивателей и физико-механические свойства стеблевой массы отличаются существенной неоднородностью. Кроме того, в процессе подбора лент льна с поверхности поля имеют место случайные ошибки копирования ленты подбирающим рабочим органом. Следовательно, при входе в комлеподбиватель оборачивателя процесс изменения положения слоя стеблей относительно комлеподбивающей поверхности (КП) будет носить так же случайный характер. Причем от того, как подана лента стеблей в комлеподбиватель, зависит количество нанесенных по комлям ударов.

В соответствии с вышеизложенным, для более эффективного устранения растянутости стеблей в ленте при ее оборачивании необходимо определить оптимальную скорость и количество ударов КП по комлевой части слоя, разработать конструкцию, обосновать параметры и режимы работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа. При этом следует учесть случайный характер входных процессов.

В результате проведенного анализа состояния вопроса сформулированы следующие основные задачи исследований:

– обосновать технологические процессы и машины, обеспечивающие повышение качества и увеличение сбора льнопродукции;

– разработать технические решения средств механизации для реализации технологических процессов раздельной уборки льна;

– разработать теоретические основы применения технологических процессов принудительного расстила лент стеблей, ориентирования ленты льна перед очесывающим аппаратом, комлеподбивания стеблей в ленте при ее оборачивании;

– исследовать технологические процессы с целью обоснования основных параметров конструкций и режимов работы плющильного аппарата, устройства для ориентирования ленты льна перед очесывающим аппаратом, устройства для комлеподбивания стеблей в ленте;

– определить экономическую и энергетическую оценку технологии раздельной уборки льна-долгунца с применением новых технологических процессов и машин для их реализации.

Решение перечисленных задач исследований, направленных на повышение эффективности технологии раздельной уборки льна, на наш взгляд, вносит значительный вклад в развитие отрасли льноводства агропромышленного сектора экономики РФ.

Во второй главе «Обоснование выбора схем и рабочих органов машин для реализации технологии раздельной уборки льна-долгунца» приведены результаты поиска технологических схем и рабочих органов, на основании которых в Костромской ГСХА создан комплекс машин для реализации раздельной уборки льна-долгунца, включающий теребилку-плющилку ТПЛ-4К, подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5К и оборачиватель-комлеподбиватель ОКП-1,5К. Все машины имеют рабочие органы, которые позволят повысить качество и сбор урожая, а также снизить зависимость раздельной уборки от погодных условий.

Например, теребилка ТПЛ-4К имеет теребильную часть от льноуборочного комбайна ЛК-4А, что делает возможность применения первой фазы раздельной уборки по погодным условиям на уровне применимости комбайнового способа. ТПЛ-4К содержит устройство для плющения комлевой части стеблей, что повысит качество волокнистой продукции и сократит сроки ее приготовления. Предложен новый способ плющения, суть которого заключается в переориентации стебля между плющильными вальцами, вращающимися с разными окружными скоростями, что наносит большее количество повреждений кутикулы и слоя воска, предохраняющих растение от испарения влаги. Теребилка ТПЛ-4К в полтора раза легче льноуборочного комбайна ЛК-4А (без учета тракторного прицепа), а значит, она более применима на увлажненных полях.

В конструкции подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К применен очесывающий аппарат гребневого типа. Такие аппараты широко проверены на льне любой спелости и влажности. Использование указанного рабочего органа приближает возможность применения раздельной уборки по погодным условиям к уровню применимости комбайновой технологии. Устройство для ориентирования ленты льна (далее, ориентирующее устройство – ОУ), кинематически связанное с передвижным очесывающим аппаратом, позволяет снизить требования к точности копирования ленты при ее подборе, увеличить сбор урожая и повысить производительность подборщика-очесывателя.

Оборачиватель ОКП-1,5К кроме оборачивания лент льна производит комлеподбивание в них стеблей, что увеличивает выход длинного волокна при переработке тресты на льнозаводе.

Следует отметить, что с целью устранения выявленных дефектов лент все машины указанного комплекса оснащены устройствами для принудительного расстила (УПР).

В третьей главе «Поисковые исследования» приведены методика и результаты исследований точности копирования ленты льна в ее плоскости при подборе с поверхности поля подбирающим рабочим органом, расположенным сзади трактора или сбоку по ходу движения агрегата, а также результаты исследований скорости и количества ударов при комлеподбивании, необходимых для устранения излишней растянутости стеблей в слое.

В табл. 1 представлены числовые характеристики точности копирования ленты при различных способах его осуществления и при работе двух различных схем подборщиков-очесывателей.

Таблица 1

Точность копирования ленты подбирающим барабаном

Способ

копирования

Схема с задним расположением подбирающего аппарата

Схема с боковым расположением подбирающего аппарата

mТ, см

Т, см

mТ, см

Т, см

По средине

-5,80…+6,52

4,31…6,53

-7,60…+8,53

3,97…5,21

По вершинам

-6,00…+11,4

5,08…6,35

-9,20…+7,57

5,78…7,50

По комлям

-8,90…+4,04

4,31…8,14

-11,00…+9,82

4,71…8,82

Точность копирования во всех случаях имеет значительные колебания (Т = 3,97...8,82 см), которые обусловлены индивидуальными способностями механизатора реагировать на все встречающиеся изгибы ленты льна. В большинстве случаев копирование осуществляется с систематической ошибкой yс, которая характеризуется математическим ожиданием mТ исследуемого процесса и колеблется в пределах от -11,0 до +11,4 см. Следует также отметить, что копирование посредине ширины ленты осуществляется несколько точнее, чем в двух других случаях. Данный факт объясняется тем, что механизатор при выборе направления подбирающего рабочего органа на средину ленты визуально ориентируется сразу по трем ординатам: верхушечной, комлевой и по средней частям ленты. Тогда как в других случаях ориентирование осуществляется только по одной ординате — или по вершинной части ленты, или по комлевой.

На основании изложенного, с целью повышения технологической надежности машины и уменьшения необходимого диапазона взаимного перемещения очесывающего аппарата и ориентирующего устройства, копирование при подборе ленты льна рекомендуется выполнять посредине ширины ленты.

Анализ результатов исследований скорости и количества ударов при комлеподбивании, необходимых для устранения излишней растянутости стеблей в слое, показывает, что уменьшение растянутости интенсивно происходит при первых двух…трех ударах. При каждом последующем ударе увеличивается количество стеблей, участвующих в комлеподбивании, и поэтому интенсивность снижения растянутости стеблей в ленте уменьшается. При этом скорость удара оказывает заметное влияние на повышение эффективности комлеподбивания. Наибольший эффект наблюдается при скорости удара V = 2,43 м/c. Если обеспечить такой режим работы комлеподбивающего механизма, то полное устранение растянутости стеблей в слое по комлям произойдет после совершения всего лишь трех ударов. Максимальное количество воздействий (n = 8 ударов) для получения указанного эффекта по результатам исследований наблюдалось при скорости нанесения ударов V = 1,4 м/с. Однако при работе комлеподбивателя на этом, не самом действенном, режиме, требуемые агротехникой значения относительной растянутости слоя (λ = 1,2) могут быть достигнуты за два удара.

Таким образом, для устранения излишней растянутости стеблей в ленте при ее оборачивании достаточно нанести по комлевой части слоя два…три удара комлеподбивающей поверхностью со скоростью 1,4…2,43 м/с.

В четвертой главе «Теоретические предпосылки новых технологических процессов раздельной уборки льна» рассмотрены аналитические зависимости влияния случайных процессов при работе теребилки и подборщика-очесывателя на полноту отделения семян от стеблей, обоснована необходимость применения ориентирующего устройства, представлены теоретические исследования по определению рациональных параметров ОУ, разработана теория процесса комлеподбивания в конвейерном комлеподбивателе наклонного типа, теоретически обоснована необходимость увеличения сил трения между стеблевой массой и транспортирующим ремнем УПР.

1. Влияние случайных процессов при работе теребилки и подборщика-очесывателя на полноту отделения семян от стеблей. Полнота отделения семенной части урожая от стеблей зависит от того, насколько случайный процесс изменения ширины зоны очеса ленты льна BЛ(t) согласован с активной зоной BК гребневого очесывающего аппарата. При этом для полного отделения семенных коробочек должно выполняться условие:

.                                        (1)

Применительно к подборщику-очесывателю с неподвижным очесывающим аппаратом ширина зоны очеса ленты льна определяется по формуле:

.                        (2)

где , , — процессы изменения ширины зоны очеса, обусловленные, соответственно, колебаниями размера ba зоны расположения коробочек в стеблестое льна, растянутости b стеблей в ленте и ординаты yв расположения вершин стеблей на входе в очесывающий аппарат, определенными неточностью копирования ленты льна подбирающим рабочим органом.

Известно, что наиболее распространенным распределением, хорошо описывающим большинство физических процессов, наблюдаемых при работе сельскохозяйственных машин, является нормальное распределение Гаусса. Анализируя формулу (2) и принятое допущение, становится очевидным то, что мы имеем дело с композицией нормальных законов (рис. 1).

Отсюда плотность вероятности распределения ширины зоны очеса будет определена по выражению:

.        (3)

Однако, для определения потерь семян Псем. необходимо знать количество семенного материала, оставшегося за пределами активной зоны очесывающего аппарата. Очевидно, что и распределение количества семенных коробочек Кс по ширине зоны очеса в каждом конкретном поперечном сечении ленты льна также будет соответствовать нормальному закону распределения (рис. 2).

Отсюда, ординаты основных параметров этого процесса будут находиться по выражениям:

, ,                (4)

где n, согласно правилу «трех сигм» изменяется в пределах от 0 до 3.

Для уменьшения потерь семян очесывающий аппарат должен быть всегда сориентирован таким образом, чтобы проекции середины его активной зоны и центра рассеивания количества семенных коробочек совпадали (см. рис. 3 а).

В этом случае вероятные потери семян – Псем., геометрически выраженные заштрихованными площадями, аналитически можно представить зависимостью, которая характеризуется вероятностью Р попадания случайной величины Кс, подчиненной нормальному закону, на участок от до :

Псем.=1 - Р(α<КС<β),        (5)

где и — ординаты проекций границ активной зоны очесывающего аппарата на кривую f(Кс).

Результаты исследований точности копирования ленты льна подбирающим аппаратом подборщика-очесывателя показали, что в большинстве случаев присутствует систематическая ошибка ±yс (см. рис. 3 б,в).

Выражаясь через стандартную функцию распределения Ф(Z), формула (5) примет следующий вид:

.                (6)

Полученные в результате расчета числовые значения дают основания считать, что при работе подборщика-очесывателя потери семян от несоблюдения условия (1) могут достигать 11 и более процентов.

Наибольшая часть потерь обусловлена случайными отклонениями подбирающего аппарата от ленты льна. При этом снизить указанные потери семян, возможно путем применения в конструкции подборщика-очесывателя устройства для ориентированной подачи ленты льна в очесывающий аппарат. Кроме того, повысить точность копирования можно формированием прямолинейных лент льна при работе теребилки, оборудованной УПР.

2. Оценка возможности исправления ошибок копирования подбираемой ленты льна при раздельной уборке.

Принцип действия ориентирующего устройства основан на смещении стеблевой массы под действием силы тяжести по наклонной поверхности стола 1 до касания комлевой частью ориентирующего конвейера 4 в процессе транспортирования ленты льна от подбирающей части к очесывающему аппарату (см. рис. 4). Основное требование, предъявляемое к ОУ — смещение стеблей, достаточное для  исправле-

ния ошибок копирования кривизны ленты льна, полученных в результате неточного ее подбора с поверхности поля.

Рассматривая схему сил, действующих на стебли, при равномерном перемещении их лопатками 3, закрепленными на поверхности конвейеров 2, и проецируя эти силы на оси X и Y, получили систему дифференциальных уравнений:

                               (7)

После преобразований проекция ускорения стебля на ось Y запишется в виде нелинейного дифференциального уравнения второго порядка:

.                (8)

где fк, fс, fл — соответственно, коэффициенты трения скольжения стеблей по резиновой поверхности конвейеров, по неподвижной поверхности стола и по поверхности лопаток.

Результаты решения уравнения (8) представлены графически на рисунках 5 и 6. При этом ширину конвейеров измеряли в долях единицы от ширины стола ориентирующего устройства. В одном случае в качестве конвейеров можно использовать колковый транспортер (h=0), в другом — вся поверхность стола является транспортирующим конвейером (h=1). В связи с тем, что значения fк, fс, fл мало отличаются друг от друга, то для расчетов использовали обобщенный коэффициент трения — f, изменяющийся в пределах от 0,5 до 1,1.

 

Установлено, что для повышения эффективности работы ориентирующего устройства необходимо уменьшать скорость конвейеров до 1,5 м/с, а угол наклона стола увеличивать до 60. Сопоставляя результаты исследований точности копирования (см. табл. 1) с величиной смещения Y стеблей (рис. 5, 6), видно, что выбранная для расчетов длина конвейеров 1 м достаточна для исправления всех возможных ошибок копирования кривизны ленты льна. Результаты исследований можно также использовать при проектировании конструкции конвейерного комлеподбивателя наклонного типа оборачивателя-комлеподбивателя.

3. Уменьшение растянутости стеблей в ленте при ее оборачивании путем применения конвейерного комлеподбивателя наклонного типа (рис. 7).

При работе оборачивателя-комлеподбивателя в многообразных условиях функционирования стеблевая масса может иметь различные физико-механические свойства, которые случайным образом влияют на характер поведения слоя в процессе комлеподбивания в нем стеблей. Это означает, что контакт слоя с КП может начаться с различной скоростью в любой момент времени — tК после входа в комлеподбиватель и после каждого удара независимо от фазы поворота активатора. Очевидно, что случайная величина  времени  tК  начала

каждого контакта слоя стеблей с КП распределена с равномерной плотностью — на всем участке времени любого i-го воздействия. Для оценки активности процесса комлеподбивания необходимо определить вероятность нанесения эффективных ударов КП по комлям стеблей:

,                        (9)

где — длительность благоприятной для удара фазы движения КП, когда направления ее движения и скорости противоположны направлению движения слоя стеблей под действием силы тяжести; — длительность любого полного i-го движения КП.

Геометрически эта вероятность представляет собой не заштрихованную площадь на рис. 8.

При работе предложенного конвейерного комлеподбивателя наклонного типа активаторы могут содержать 1, 2, 3…m роликов. В результате проведенных расчетов получены графики движения и скорости любой точки М комлеподбивающей поверхности под воздействием одно-, двух- и трехроликовых активаторов, для

всех случаев определены значения вероятностей нанесения эффективных ударов с учетом длительностей благоприятной и неблагоприятной для удара фаз движения КП, обоснована целесообразность ее наклона в совокупности с двухроликовой конструкцией активаторов.

На основе проведенных расчетов с использованием экспериментальных данных, полученных в результате исследований, разработана номограмма для определения оптимальных параметров и режимов работы комлеподбивающего конвейера (см. рис. 9). В результате получены следующие значения:

R=0,043…0,048 м,

=27,95…46,21 рад./с,

=8,9…14,7 удар./с

n=5,6…9,3 удар.,

= 1,4…2,43 м/с,

= 0,565…0,588,

4. Исследование процесса принудительного расстила ленты. Для устранения дефектов лент стеблей льна в Костромской ГСХА предложено устройство для принудительного расстила одноременного типа, которое может быть установлено на все машины для раздельной уборки, а также на льноуборочные комбайны.

При перемещении ленты растений таким устройством по расстилочному столу траектория центра тяжести стеблей на участке, где происходит их поворот, представляет дугу окружности (см. рис. 10). На протяжении всего пути ленты со стороны транспортера на стебли действуют удельные силы р, осуществляющие их перемещение, удельные силы трения τ, направленные против движения и удельные силы тяжести G. Расположим оси координат x, y, z так, чтобы плоскость xoy

лежала в плоскости стола, и спроецируем на них все силы, действующие на ленту при ее движении:

       (10)

.                                (11)

В результате решения указанной системы уравнений получены следующие условия транспортирования ленты по заданной траектории:

,                (12)

.                        (13)

Графический анализ представленных зависимостей показал (см. рис. 11), что при небольшой влажности стеблей (20…32 %) лента льна будет перемещаться по расстилочному столу, но при этом будет происходить ее смещение относительно заданной траектории, так как сил  трения,  действующих  перпен-

дикулярно движению ленты недостаточно для ее удержания. Это может привести к перекосу растений в ленте и увеличению ее искривлений.

При повышенной влажности растений (до 50 %) из-за увеличения коэффициентов трения лента льна не смещается относительно заданной траектории, но при этом сил трения стеблей с транспортирующим ремнем недостаточно для перемещения растений. Очевидно, что для нормальной работы УПР недостаточно гладкой рабочей боковой кромки ремня.

Поэтому для удержания стеблей на заданной траектории при их транспортировании к поверхности поля необходимо увеличивать силу трения между стеблями льна и транспортирующим ремнем путем прижатия к нему стеблевой массы и нанесения рифлей на рабочей кромке указанного ремня.

В пятой главе «Экспериментальные исследования» приведены обоснования необходимости плющения стеблей льна-долгунца при раздельной уборке, ориентирования ленты льна перед подачей ее в очесывающий аппарат, представлена оценка величины смещения ленты льна в ориентирующем устройстве подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К, обоснованы основные параметры и режимы работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа оборачивателя ОКП-1,5К, изложены методика и результаты корреляционно-спектрального анализа процесса ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе ПОЛ-1,5К, методика и результаты экспериментальных исследований влияния принудительного расстила ленты стеблей на параметры её кривизны при раздельной уборке льна-долгунца.

1. Обоснование необходимости плющения стеблей льна-долгунца при его раздельной уборке. При производственных проверках технологии раздельной уборки выявлено, что комлевая часть стеблей, расплющенная вальцами при тереблении растений, вылеживалась значительно быстрее. Объясняется это тем, что вершины повреждаются при очесе семенных коробочек спустя некоторое время (5…10 дней) после плющения комлевой части, в которой к этому моменту уже активно происходит процесс вылежки. Кроме того, при раздельной уборке очес семенных коробочек производится, как правило, на подсушенном льне, стебли которого имеют бльшую жесткость и меньший коэффициент трения. Следовательно, можно предположить, что повреждений, наносимых гребневым очесывающим аппаратом, явно недостаточно — нужно плющить весь стебель, комли в первую фазу уборки, а вершины во вторую при помощи плющильных вальцов, вращающихся с разными окружными скоростями.

Для реализации указанных выше предложений разработаны и изготовлены плющильные аппараты в компоновке с устройством для принудительного расстила одноременного типа, которые установлены на теребилку-плющилку ТПЛ-4К и подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5К.

Целью экспериментальных исследований является повышение выхода и качества длинного волокна путем применения новых технологических процессов плющения стеблей при раздельной технологии уборки льна.

В результате расчета коэффициентов регрессии получена математическая модель, характеризующая зависимость проценто-номера PN1 длинного волокна от усилия сжатия P, разности окружных скоростей V вращения плющильных вальцов и плотности стеблевой массы:

               (14)

Установлено, что максимальный проценто-номер волокна получен из тресты, стебли в которой расплющены с усилием сжатия вальцов Р=2,5 кН при средних значениях плотности стеблевой массы и разности окружных скоростей вращения плющильных вальцов равной ΔV=0,214…0,428 м/с.

Для определения влияния способов уборки и режимов плющения на выход и качество волокна проведен анализ по четырем вариантам технологий (см. табл. 2).

Таблица 2

Проценто-номер волокна в зависимости от технологий уборки льна-долгунца

Комбайновая технология без плющения

Раздельная технология

без плющения

с плющением комлевой части

с плющением всего стебля

193,0

201,6

225,1

245,4

Исследования показали, что для повышения качества и выхода длинного волокна следует применять технологию раздельной уборки льна с плющением всего стебля на режимах, значения которых, указаны выше.

2. Обоснование необходимости ориентирования ленты льна перед подачей ее в очесывающий аппарат. Для выявления путей снижения потерь льнопродукции гребневым очесывающим аппаратом проведены экспериментальные исследования, в задачи которых входило: определение влияния ширины зоны расположения коробочек ва в ленте, плотности стеблевой массы и ординаты yв расположения вершин растений в ленте относительно зажимного транспортера очесывающего аппарата на качество очеса и нахождение их оптимальных значений с точки зрения минимизации потерь стеблей – Пст и семян – Псем.

В результате проведенных исследований получены математические модели исследуемых процессов:

,        (15)

.        (16)

Для определения оптимальных значений исследуемых факторов решалась задача нахождения компромисса между причинами возникновения двух видов потерь — стеблей и семян. Решение компромиссной задачи показало, что поставленное выше условие выполняется при ва=30 см и ув=53 см. При этом достигается почти 100 % чистота очеса и отход стеблей в путанину не более 3 %. Реализовать данное условие при работе подборщика-очесывателя можно путем исправления случайных ошибок копирования ленты льна при помощи ориентирующего устройства, кинематически связанного с передвижным очесывающим аппаратом. С этой же целью необходимо создание прямолинейных лент за счет их принудительного расстила при работе теребилки ТПЛ-4К. Сформировать компактную зону расположения коробочек в ленте () можно только за счет выполнения всех предшествующих технологических операций на высоком агротехническом уровне. Полученные результаты соответствуют требованиям условия (1) и подтверждают достоверность теоретических выводов о влиянии случайных процессов при работе теребилки и подборщика-очесывателя на полноту отделения семян от стеблей.

3. Оценка величины смещения ленты льна в ориентирующем устройстве.

Цель экспериментальных исследований — повышение эффективности исправления ошибок копирования ленты льна подбирающим рабочим органом перед подачей ее в очесывающий аппарат подборщика-очесывателя.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило обоснование рациональных параметров и режимов работы ориентирующего устройства подборщика-очесывателя.

В результате получено регрессионное уравнение величины смещения Y ленты льна в ОУ под действием силы тяжести в зависимости от угла наклона стола ориентирующего устройства – , скорости его конвейеров – VK и влажности стеблевой массы – W:

.        (17)

Сопоставляя результаты исследований точности копирования и величины смещения, видно, что для наиболее полного исправления ошибок копирования ориентирующим устройством достаточно того, чтобы длина его конвейеров была равной 1 м со скоростью их движения 2 м/с, а угол наклона стола составлял 65°. Полученные значения параметров ОУ не противоречат результатам теоретических исследований, что указывает на их достоверность.

Важным обстоятельством является также и то, что влияние влажности льна на процесс ориентирования стеблевой массы оказалось малозначительным. Таким образом, использование ОУ в комплексе с гребневым очесывающим аппаратом в конструкции подборщика-очесывателя позволяет качественно выполнять технологический процесс по реализации второй фазы технологии раздельной уборки, как на сухом, так и на влажном льне, то есть делает этот способ уборки менее зависимым от погодных условий.

4. Обоснование основных параметров и режимов работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа оборачивателя ОКП-1,5К. В результате теоретических изысканий получен широкий диапазон значений частоты ударов – и поэтому указанный параметр требует дополнительного экспериментального обоснования.

В ходе активного наблюдения при проведении опробования макетного образца оборачивателя-комлеподбивателя ОКП-1,5К визуально замечено некоторое повышение интенсивности комлеподбивания при движении агрегата на пониженных передачах трактора со скоростью до 3…5 км/ч. При работе на таких режимах снижается плотность (стебл./м слоя) обрабатываемого слоя стеблей. Предложена рабочая гипотеза, суть которой заключается в том, что плотность ρ стеблевой массы влияет на интенсивность комлеподбивания.

Для обоснования частоты ударов комлеподбивающей поверхности и для проверки рабочей гипотезы проведены экспериментальные исследования, целью которых являлось повышение интенсивности комлеподбивания стеблей при работе оборачивателя-комлеподбивателя ОКП-1,5К. В соответствии с этой целью задачей экспериментальных исследований было определение влияния факторов ρ и на изменение растянутости стеблей в ленте – Δ, %.

В результате эксперимента получена математическая модель исследуемой зависимости:

.                (18)

Экспериментально установлено, что максимальный эффект от комлеподбивания достигается при частоте колебаний КП – девять ударов в секунду. Отмечено также, что при работе на высокоурожайных льнах не следует стремиться работать на повышенных скоростях движения агрегата, так как связанное с этим увеличение плотности стеблевой массы приводит к снижению эффективности комлеподбивания. Отмеченный факт объясняется возрастанием сил трения из-за увеличения количества стеблей, участвующих в процессе комлеподбивания, что подтверждает результаты поисковых исследований.

5. Корреляционно-спектральный анализ процесса ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе ПОЛ-1,5К. Исследование процесса ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе ПОЛ-1,5К имело целью повышение активности работы ориентирующего устройства.

В результате корреляционно-спектрального анализа процессов изменения ординаты вершинной части ленты льна yв(t) на входе и выходе ОУ установлено следующее (см. табл. 3). Уменьшение матожидания процесса yв(t) с 51,2 см на входе до 45,1 см на выходе ориентирующего устройства указывает на то, что лента льна при движении от подбирающе-оборачивающей части до очесывающего аппарата смещается вниз под действием силы тяжести в среднем на 6 см.

Таблица 3

Основные числовые характеристики процессов yв(t) (вход) и yв(t) (выход)

Процессы

yвmax,см

yвmin,см

my,см

y,см

Vy,%

0, с

0, с-1

ср, с-1

yв(t) (вход)

75

25

51,2

8,96

17,5

3,0

0…0,28

1,11

yв(t) (выход)

64

25

45,1

6,86

15,2

9,6

0…0,24

1.11

Заметно также отсутствие исправлений грубых отклонений подбирающего аппарата в сторону верхушечной части ленты льна, о чем свидетельствует неизменность параметра yвmin. Вместе с тем, снижение значений среднего квадратичного отклонения y и коэффициента вариации Vy, а также увеличение интервала корреляции 0 на выходе из ОУ говорит о том, что происходит уменьшение неравномерности пульсаций исследуемого процесса.

Для оценки спектра дисперсий исследуемых процессов и их частотного состава использовали нормированную спектральную плотность (рис. 12). В частности, видно, что процессы yв(t) на входе

и выходе ОУ — низкочастотные с максимумами дисперсий на частотах 0 = 0...0,28 с-1. Частота среза процессов в обоих случаях ср = 1,11 с-1. Вместе с тем, максимумы дисперсий процесса yв(t) на выходе из ОУ уменьшились в 2...2,5 раза, сместившись в сторону более низких частот по сравнению с yв(t) на входе, то есть произошла некоторая фильтрация тех колебаний, которые возникли в результате неточного копирования ленты льна подбирающим аппаратом. За пределами фильтрации остались спектры дисперсий, имеющие весьма низкий частотный состав от 0 до 0,064 с-1, и высокочастотную составляющую — от 0,68 с-1 и выше.

Характер взаимной нормированной корреляционной функции xy() (см. рис. 13) говорит о том, что между входным и выход-

ным процессами yв(t) существует тесная линейная связь с максимальным коэффициентом взаимной корреляции =0,684, наблюдаемым при =0. Отсюда следует, что влияние ОУ на изменение ординат вершин yв ленты льна недостаточно эффективное.

Для активизации процесса работы ориентирующего устройства необходимо понизить скоростной режим всех его конвейеров путем применения подбирающего барабана со ступенчатой рабочей поверхностью. Для отработки тех отклонений, которые произошли в результате подбора ленты с поверхности поля за ее вершины, входную часть ориентирующего конвейера требуется опустить на 150 мм ниже его выходной части.

Такие решения позволили активизировать работу ОУ (см. табл. 4).

Таблица 4

Основные числовые характеристики процессов yв(t) (вход) и yв(t) (выход) при работе усовершенствованного ориентирующего устройства

Процессы

yвmax,см

yвmin,см

my,см

y,см

Vy,%

0, с

0, с-1

ср, с-1

yв(t) (вход)

72

28

52,0

8,40

16,1

1,7

0…0,20

1,22

yв(t) (выход)

60

37

48,4

3,69

7,6

11,8

0…0,038

1,22

Уменьшение матожидания с 52 см до 48,4 см указывает на то, что лента льна в процессе ее следования в усовершенствованном ОУ получила смещение вниз в среднем на 3,6 см. Незначительность этого показателя объясняется тем, что за счет применения наклонно расположенного ориентирующего конвейера произошла отработка тех отклонений, которые возникли в результате подбора ленты стеблей за их вершинную часть. Об этом же свидетельствует возрастание yвmin с 28 см на входе до 37 см на выходе исследуемого рабочего органа. Противоположные отклонения подбирающего аппарата, то есть в сторону комлевой части, отрабатывались за счет смещения ленты стеблей под действием силы тяжести в направлении наклона стола. Активизация этого смещения произошла благодаря снижению скоростного режима. Таким образом, в усовершенствованном ОУ исследуемый рабочий процесс осуществляется как за счет смещения стеблевой массы вниз под действием силы тяжести, так и за счет смещения вверх наклонным ориентирующим конвейером. Положительное влияние этих технических решений на процесс ориентирования подтверждается уменьшением значений среднего квадратичного отклонения y с 8,4 до 3,69 см и коэффициента вариации Vy с 16,1 до 7,6 %. Увеличение интервала корреляции 0 с 1,77 до 11,8 с позволяет утверждать о значительном уменьшении беспорядочности пульсаций ординаты, то есть характер изменения случайного процесса yв(t) (выход) стал более плавным.

Графический анализ нормированной спектральной плотности y() процессов yв(t) показал (см. рис.14), что произошла практически полная фильтрация спектра дисперсий соответствующих частотам от 0,045 до 1,22 с-1. Эти колебания характеризуются в основном ошибками копирования ленты льна подбирающим аппаратом.

Характер взаимной нормированной корреляционной функции xy() говорит о том (см. рис. 15), что между входным и выходным процессами yв(t) тесная линейная связь отсутствует. При этом максимальный коэффициент взаимной корреляции составляет xy()=0,36. Отсюда следует, что процесс изменения ординаты вершинной части ленты льна при движении ее в ориентирующем устройстве получил значительные исправления.

Для оценки качества работы усовершенствованного ОУ рассчитали допустимые значения коэффициента вариации Vдоп= 7,81% и среднего квадратичного отклонения доп= 3,78 см. Поскольку значения среднего квадратичного отклонения и коэффициента вариации выходного процесса yв(t) (см. табл. 4) находятся в допустимых пределах, то качество работы  усовершенст-

вованного ОУ считается удовлетворительным и влияние новых технических решений на процесс ориентирования ленты льна оцениваются положительно.

6. Исследования влияния принудительного расстила ленты стеблей на параметры ее кривизны при раздельной уборке льна-долгунца. Для обоснования необходимости применения УПР в конструкции льноуборочных машин проведены исследования кривизны лент льна, полученных при осуществлении следующих механизированных операций:

  1. подбор с очесом семенных коробочек и одновременным оборачиванием лент льна подборщиком-очесывателем ПОЛ-1,5К с УПР (ленты для работы очесывателя формировали теребилкой ТПЛ-4К с УПР);
  2. второе оборачивание лент стеблей оборачивателем-комлеподбивателем ОКП-1,5К при раздельной уборке;
  3. теребление растений с одновременным очесом семенных коробочек и расстилом стеблей в ленту комбайном ЛК-4А;
  4. первое оборачивание лент стеблей оборачивателем-комлеподбивателем ОКП-1,5К при комбайновой уборке;
  5. второе оборачивание лент стеблей оборачивателем-комлеподбивателем ОКП-1,5К при комбайновой уборке;
  6. третье оборачивание лент стеблей оборачивателем-комлеподбивателем ОКП-1,5К при комбайновой уборке.

Наиболее интенсивное выпрямление ленты стеблей происходит при её оборачивании машиной ОКП-1,5К (варианты 4,5,6) (см. табл. 5). Причиной тому является наличие активного комлеподбивающего рабочего органа в комплексе с УПР.

Таблица 5

Основные числовые характеристики процессов изменения кривизны лент льна

Варианты операций

σ, см

V, %

lк, м

ω0 , м-1

ωс , м-1

1.

6,5

32,2

8,0

0,030

0,29

2.

6,6

28,9

9,2

0,030

0,12

3.

8,3

36,2

7,9

0,042

0,32

4.

6,8

28,9

10,2

0,042

0,10

5.

4,6

20,9

11,2

0,030

0,06

6.

4,2

18,6

10,8

0,030

0,06

Допустимые значения

4,53…4,89

19,3

При увеличении количества технологических воздействий комплекса машин с УПР лента льна становится более прямолинейной, что в свою очередь позволяет повысить качество выполнения операций, а, следовательно, увеличить сбор продукции и производительность агрегатов на всех стадиях уборки. Результаты проведенных исследований свидетельствуют также о том, что устройство для принудительного расстила ленты стеблей необходимо устанавливать и на современные льноуборочные комбайны.

В шестой главе «Результаты производственных испытаний и экономическая эффективность технологии раздельной уборки льна» рассмотрено влияние технологии раздельной уборки на качество, сроки приготовления и выход продукции в зависимости от погодных условий, представлены результаты экономической эффективности и энергетической оценки интегральной комбинированной технологии с применением машин для раздельной уборки, реализующих новые технологические процессы.

1. Влияние технологии раздельной уборки на качество, сроки приготовления и выход продукции в зависимости от погодных условий. Результаты производственных проверок, проведенных в 1996, 1997, 2003, 2004 и 2005 годах, показывают (см. табл. 6), что при раздельной уборке за счет ранних сроков теребления растений, плющения стеблей, оборачивания лент в момент их подбора и очеса качество тресты повышается в среднем на 2,72 сортономера (со среднего номера 1,14 при комбайновой уборке до 1,82 при раздельной), увеличивается выход длинного волокна на 3,86 % и повышается его качество (со среднего номера 10,40 при комбайновой уборке до 13,16 при раздельной).

Таблица 6

Выход и качество льнопродукции в зависимости от технологий уборки

Технология уборки

Сроки

теребления

Сроки очеса

Спелость при тереблении

Средний номер тресты

Выход длинного волокна, %

Номер длинного волокна

Масса 1000 шт. семян, г

Всхожесть семян, %

Раздельная

2…12.08

12…23.08

Начало ран. желтой —ран. желтая

1,82

22,63

13,16

4,26

88,21

Комбайновая

17…26.08

Желтая—полная

1,14

18,77

10,40

4,50

86,50

Установлено, что влияние способов уборки на качество и сбор семян незначительно. Следует также отметить, что по результатам анализов, проведенных Государственной семенной инспекцией по Костромской области, увеличение продолжительности нахождения семенных коробочек на стеблях в ленте с 5 до 12 дней и прошедшие в эти периоды дожди (1997, 2003 и 2004 годы) не оказали отрицательного влияния на качество и фитосанитарное состояние семян. Отмеченные факты свидетельствуют о том, что применять раздельный способ уборки без заметного снижения качественных показателей льносемян возможно также и при некотором ухудшении погодных условий.

Влажность вороха, поступавшего от подборщиков-очесывателей, за счет естественной подсушки растений в поле была в 2…3 раза меньше, чем при комбайновом способе. При этом за 5…11 дней нахождения вытеребленных растений на поле в лентах влажность семенных коробочек, стеблей и сорняков уменьшалась в среднем, соответственно, в 4,57, 3,19 и в 2,32 раза. При этом следует отметить, что в отдельные годы с устойчивой сухой погодой (1996 и 2005 г.г.) искусственная сушка вороха при раздельной уборке не требовалась.

2. Экономическая эффективность технологии раздельной уборки льна. Результаты экономических расчетов показывают, что применение комбинированной технологии с использованием комплекса машин для раздельной уборки, реализующих технологические процессы, позволит льносеющим хозяйствам получать ежегодно экономический эффект на каждых 100 га посевов льна в размере от 71335 рублей при урожайности тресты – UT = 1 т/га и использовании технологии раздельной уборки на 30% площади – Кр = 30% до 566594 рублей при UT = 4 т/га, Кр = 70 %. При наличии благоприятных условий применение технологии раздельной уборки льна на всех площадях даст экономический эффект в размере 848 тыс. руб. на каждых 100 га.

3. Энергетическая оценка технологии раздельной уборки льна-долгунца.

Энергетический анализ показал, что максимальные затраты энергии (Э=10420 МДж/т) на уборку льна-долгунца требуются при реализации комбайновой технологии (Кр=0 %) на полях с низкой урожайностью волокнистой продукции (UТ=1 т/га). Применение комбинированной технологии с ростом доли раздельного способа и повышением урожайности тресты заметно снижает указанные затраты.

Дополнительное оборачивание лент стеблей, необходимое для сохранения качества волокнистой продукции при высокой ее урожайности и неблагоприятных погодных условиях, повышает энергозатраты на 763,3 МДж/га. Несмотря на это, экономическая целесообразность данной операции доказана в разделе диссертации 6.2.3.

Таким образом, решающими факторами в эффективности льноводства являются применение комбинированной технологии уборки льна и урожайность продукции. Причем, эффективность отрасли будет тем выше, чем больше доля посевных площадей, в соответствии со складывающимися погодными условиями, будет убрана по раздельной технологии с применением представленного комплекса машин для ее реализации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. По результатам современных экономических исследований наиболее предпочтительной является интегральная технология комбинированной уборки. Указанная технология при соответствующих погодных условиях предполагает начало уборочных работ по раздельной технологии в фазу ранней желтой спелости льна для получения высококачественного волокна (до 70% площадей) с подключением в фазу желтой спелости комбайновых агрегатов для получения качественного семенного материала.
  2. Наибольшее влияние на показатели работы льноподборщиков оказывает качество разостланных лент стеблей. Результаты наблюдений показали, что из-за наличия различных дефектов лент потери стеблевой массы при комбайновой уборке могут достигать 19 %, а при раздельной технологии к тому же еще добавляются потери семенной части урожая (так же до 19 %). Большинство выявленных дефектов возникает по вине пассивно работающего расстилочного щита льноуборочных машин.
  3. С целью повышения качества и увеличения сбора продукции разработаны новые технологические процессы технологии раздельной уборки льна, которые включают: плющение стеблей, принудительный расстил лент, ориентирование ленты льна перед подачей ее в очесывающий аппарат и комлеподбивание стеблей в ленте. Для реализации указанных технологических процессов разработан и создан комплекс машин: теребилка-плющилка льна ТПЛ-4К, подборщик-очесыватель льна ПОЛ-1,5К и оборачиватель-комлеподбиватель ОКП-1,5К.
  4. Для повышения качества и выхода длинного волокна следует применять технологию раздельной уборки льна с плющением стеблей по всей их длине вальцами, вращающимися с разными окружными скоростями. При этом плющение стеблей возможно производить только с разрывом во времени — комлевую часть при тереблении растений, а вершинную непосредственно после очеса семенных коробочек. Для достижения наилучшего результата достаточно настраивать плющильные аппараты льноуборочных машин ТПЛ-4К и ПОЛ-1,5К на усилие сжатия плющильных вальцов — 2,5 кН с разностью их окружных скоростей — 0,214…0,428 м/с.
  5. Для устранения дефектов лент льна необходимо устанавливать на все машины для раздельной уборки и льноуборочные комбайны устройство для принудительного расстила ленты стеблей льна одноременного типа. Установлено, что для надежного удержания ленты стеблей на заданной траектории при ее транспортировании к поверхности поля указанным устройством, необходимо на рабочей кромке его транспортирующего ремня нанести рифли и осуществить поджатие к ним стеблевой массы.
  6. Копирование разостланной на поле ленты льна подбирающим рабочим органом льноподборщиков целесообразно производить по средней части ширины ленты. При таком способе наблюдаются наименьшие значения отклонений (ошибок копирования) подбирающего рабочего органа от заданных ординат на ленте льна (mТ = -7,60…+8,53 см; Т =3,97…5,21 см).
  7. Наибольшая часть потерь урожая семян (до 11 % и более) обусловлена ошибками копирования искривлений ленты растений подбирающим аппаратом подборщика-очесывателя. Для уменьшения отмеченных потерь необходимо исправлять указанные ошибки путем применения в подборщике-очесывателе ПОЛ-1,5К устройства для ориентирования ленты льна перед подачей в очесывающий аппарат и повышать точность копирования за счет формирования прямолинейных лент при работе теребилки-плющилки ТПЛ-4К, оборудованной устройством для принудительного расстила.
  8. Основным требованием, предъявляемым к работе гребневого очесывающего аппарата, является наиболее полное отделение семенной части урожая при минимально возможном отходе стеблей в путанину. Указанное требование выполняется при ширине зоны расположения коробочек в ленте ва=30 см и ординате вершинной части ленты льна относительно зажимного транспортера ув=53 см. При этом достигается почти 100 % чистота очеса и не более 3 % отход стеблей в путанину. Сформировать компактную зону ва расположения семенных коробочек в ленте льна возможно путем соблюдения высокого уровня агротехники. Постоянство ординаты ув вершинной части ленты растений на входе в очесывающий аппарат при работе подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К обеспечивается применением ориентирующего устройства, кинематически связанного с передвижным очесывающим аппаратом. С этой же целью необходимо создание прямолинейных лент за счет их принудительного расстила при работе теребилки ТПЛ-4К.
  9. Для эффективной работы ориентирующего устройства необходимо уменьшать скорость его конвейеров до 1,54 м/с, а угол наклона стола к поверхности поля увеличивать до 60. В этом случае при работе подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К на увлажненных лентах (f = 1,1…1,2) увеличение ширины конвейеров будет способствовать интенсификации процесса ориентирования ленты льна. На более сухой ленте влияние ширины конвейеров незначительно.
  10. Ориентирующее устройство подборщика-очесывателя ПОЛ-1,5К производит практически полную фильтрацию спектра дисперсий, соответствующих частотам от 0,045 до 1,22 с-1. Указанные колебания сформированы ошибками копирования ленты льна подбирающим аппаратом. Оставшийся спектр дисперсий имеет очень низкий диапазон частот и обуславливается изменением ширины ленты (высоты стеблестоя) по длине гона.
  11. Устранение растянутости стеблей в слое (в ленте) целесообразно выполнять при оборачивании лент, когда стебли в них менее повреждены и не перепутаны. Для этого разработан оборачиватель-комлеподбиватель ОКП-1,5К, который имеет в своей конструкции конвейерный комлеподбиватель наклонного типа. Для качественного выполнения процесса комлеподбивания угол наклона стола комлеподбивателя должен быть 60 к поверхности поля, угол наклона комлеподбивающего конвейера — 7, скорость транспортирующих конвейеров — 1,5 м/с, а их длина — 1,15 м, радиус двухроликового активатора должен равнялся 0,043…0,048 м, а частота ударов комлеподбивающей поверхности — =9 удар./с. Для устранения излишней растянутости ленты достаточно нанести 2…3 удара по комлям стеблей в направлении их продольных осей со скоростью 1,4…2,43 м/с.
  12. При увеличении количества технологических воздействий на ленту льна комплексом машин, оборудованных УПР, она становится более прямолинейной. Наиболее интенсивно процесс выпрямления ленты стеблей происходит при её оборачивании машиной ОКП-1,5К. Причиной тому является наличие активного комлеподбивающего рабочего органа в комплексе с принудительным расстилом. Об этом свидетельствуют увеличения интервалов корреляции до 9,2…10,2 м процесса изменения кривизны ленты при первом оборачивании и до 11,2 и 10,8 м при втором и третьем соответственно. При этом также происходит сужение спектра дисперсий в низкочастотной области с ωс = 0,29…0,32 м-1 до ωс = 0,06 м-1 с уменьшением в 2…3 раза амплитуд колебаний на всем исследуемом диапазоне частот.
  13. Эксплуатировать подборщик-очесыватель ПОЛ-1,5К следует на лентах, сформированных и разостланных теребилкой-плющилкой ТПЛ-4К, оборудованной УПР, что повышает его производительность c 0,68 га до 0,88 га в час оперативного времени.
  14. При раздельной уборке льна за счет ранних сроков теребления растений, плющения стеблей, оборачивания лент в момент их подбора и очеса качество тресты повышается в среднем на 2,72 сортономера (со среднего номера 1,14 при комбайновой уборке до 1,82 при раздельной), увеличивается выход длинного волокна на 3,86 % и повышается его качество (со среднего номера 10,40 при комбайновой уборке до 13,16 при раздельной). Влияние способов уборки на качество и сбор семян незначительно.
  15. Увеличение продолжительности нахождения семенных коробочек на стеблях в ленте с 5 до 12 дней и прошедшие в эти периоды дожди (1997, 2003 и 2004 годы) не оказали отрицательного влияния на качество и фитосанитарное состояние семян. Поэтому рекомендуется применять технологию раздельной уборки без заметного снижения качественных показателей льносемян также и при некотором ухудшении погодных условий. Влажность вороха, поступавшего от подборщиков-очесывателей, за счет естественной подсушки растений в поле в 2…3 раза меньше, чем при комбайновом способе.
  16. Решающими факторами в эффективности льноводства играют применение интегральной комбинированной технологии уборки льна и урожайность UT продукции (тресты). При чем эффективность отрасли будет возрастать с увеличением доли Кр посевных площадей, убранных по раздельной технологии. Применение комбинированной технологии с использованием комплекса машин для раздельной уборки, реализующих новые технологические процессы, позволит льносеющим хозяйствам получать ежегодно экономический эффект на каждых 100 га посевов льна в размере от 71335 рублей (UT=1 т/га, Кр=30%) до 566594 рублей (UT=4 т/га, Кр=70 %). При наличии благоприятных условий применение технологии раздельной уборки льна на всех площадях (Кр = 100%) увеличит указанный эффект до 809421 руб. Дополнительное оборачивание лент с комлеподбиванием в них стеблей повышает годовой экономический эффект на каждых 100 га от увеличения выхода длинного волокна (+1 %) в среднем на 4,5 %. При этом максимальное значение указанного показателя возрастает с 809 до 848 тыс. руб. (UT=4 т/га, Кр=100 %).
  17. Максимальные затраты энергии (Э=10420 МДж/т тресты) на проведение уборки льна-долгунца требуются при реализации комбайновой технологии (Кр=0 %) на полях с низкой урожайностью волокнистой продукции (UТ=1 т/га). Применение комбинированной технологии с ростом доли раздельной уборки и повышением урожайности тресты заметно снижают указанные затраты.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Зинцов, А.Н. Исследование точности копирования ленты льна подбирающим аппаратом подборщика-очесывателя [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Актуальные проблемы науки в сельскохозяйственном производстве: тезисы докладов зональной научно-практической конференции – Иваново: Ивановский СХИ, 1993. – С.230.
  2. Зинцов, А.Н. Исследование влияния процесса изменения ширины и расположения коробчатой части ленты льна на полноту отделения семян от стеблей при реализации второй фазы раздельной уборки [Текст] / Н.А. Смирнов / Ученые аграрники сельскохозяйственному производству: материалы научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 1995. Том II. – С.114-116.
  3. Зинцов, А.Н. Обоснование способа копирования ленты льна подбирающим аппаратом очесывателя [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Ученые аграрники — сельскохозяйственному производству: материалы научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 1995. Том II. – С.116-119.
  4. Зинцов, А.Н. Раздельный способ уборки льна-долгунца и машины для его осуществления [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Сборник творческих работ. Костромское областное правление Российского научно-технического общества сельского хозяйства – Кострома, 1996. – С.15-16.
  5. Зинцов, А.Н. Результаты корреляционно-спектрального анализа процесса ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе [Текст] / Актуальные проблемы науки в АПК: тезисы докладов межвузовской научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 1997. – С.87.
  6. Зинцов, А.Н. Пути активизации рабочего процесса устройства для ориентирования ленты льна в подборщике-очесывателе [Текст] / Н.А. Смирнов / Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: материалы межвузовской научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 1998. – С.31-32.
  7. Зинцов, А.Н. Результаты сравнительных исследований льнотеребильных машин [Текст] / Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: материалы юбилейной межвузовской научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 1999. – С.153-154.
  8. Зинцов, А.Н. Оценка влияния принудительного расстила ленты стеблей на параметры ее кривизны при раздельной уборке льна-долгунца [Текст] / Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК: сб. научных трудов – Ярославль: Ярославская ГСХА, 2002. – С.205-210.
  9. Зинцов, А.Н. Влияние комлеподбивания на изменение растянутости стеблей в ленте льна при ее оборачивании [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК: сб. научных трудов – Ярославль: Ярославская ГСХА, 2002. – С.211-215.
  10. Зинцов, А.Н. Опыт применения раздельной уборки льна-долгунца и костромского комплекса машин для ее реализации [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК: сб. научных трудов – Ярославль: Ярославская ГСХА, 2002. – С.215-219.
  11. Зинцов, А.Н. Результаты полевых испытаний принудительного расстила ленты в машинах костромского комплекса для раздельной уборки льна [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов / Высокоэффективные технологии производства и переработки льна: материалы Международной научно-практической конференции – Вологда, 2002. – С.226-231.
  12. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна [Текст] // Техника и оборудование для села – 2002, №6 – С.14.
  13. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна — требование рыночных условий [Текст] / Смирнов Н.А. / Инновационная привлекательность льняного комплекса России: материалы Международной научно-практической конференции – Вологда, 2003. – С.195-199.
  14. Зинцов, А.Н. Анализ дефектов разостланных на поверхности поля лент стеблей льна [Текст] / Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: материалы 55-ой Международной научно-практической конференции – Кострома: Костромская ГСХА, 2004. Том III. – С.26-28.
  15. Зинцов, А.Н. Обоснование режимов плющения комлевой части ленты льна при его раздельной уборке [Текст] / О.Г. Соковиков / Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК: cб. научных трудов международной научной конференции – Ярославль: Ярославская ГСХА, 2004. – С.91-96.
  16. Зинцов, А.Н. Полнота отделения семян от стеблей при раздельной уборке льна-долгунца [Текст] / Н.А. Смирнов // Механизация и электрификация сельского хозяйства – 2004, №10 – С.11-14.
  17. Зинцов, А.Н. Исследование процесса принудительного расстила ленты льнокомбайном [Текст] / Р.А. Ростовцев // Достижения науки и техники АПК – 2006, №4 – М.:Колос, 2006. – С.22-25.
  18. Зинцов, А.Н. Снижение потерь при раздельной уборке льна [Текст] / Н.А. Смирнов // Механизация и электрификация сельского хозяйства – 2006, №6 – С.6-8.
  19. Зинцов, А.Н. Оценка возможности исправления кривизны ленты стеблей при уборке льна-долгунца [Текст] / Н.А. Смирнов, С.Н. Разин // Достижения науки и техники АПК – 2006, № 7 – М.:Колос, 2006. – С.36-38.
  20. Зинцов, А.Н. Уменьшение растянутости стеблей в ленте льнотресты при оборачивании [Текст] // Механизация и электрификация сельского хозяйства – 2006, № 7. – С.7-9.
  21. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна-долгунца и машины для ее реализации [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов // Достижения науки и техники АПК — 2006, №9 – М.:Колос, 2006. – С.25-26.
  22. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна-долгунца и машины для ее реализации (Теребилка-плющилка ТПЛ-4К) [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов // Достижения науки и техники АПК – 2006, №11 – М.:Колос, 2006. – С.45-46.
  23. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна-долгунца и машины для ее реализации. Оборачиватель-комлеподбиватель ОКП-1,5К [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов // Достижения науки и техники АПК – 2007, №2 – М.:Колос, 2007. – С.48-50.
  24. Зинцов, А.Н. Машины для раздельной уборки льна-долгунца. Подборщик-очесыватель льна ПОЛ-1,5К (устройство) [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов // Достижения науки и техники АПК – 2007, №7 – М.:Колос, 2007. – С.46-47.
  25. Зинцов, А.Н. Научные основы повышения структурных параметров лент стеблей при уборке льна-долгунца: Монография – Кострома: Изд. КГСХА, 2007. – 128 с.
  26. Зинцов, А.Н. Раздельная уборка льна-долгунца и машины для ее реализации. Подборщик-очесыватель льна ПОЛ-1,5К (организация работы в поле) [Текст] / Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов // Достижения науки и техники АПК – 2007, №9 – М.:Колос, 2007. – С.40-41.
  27. Патент 2019950 РФ МКИ А 01D 45/06. Раздельный способ уборки льна-долгунца / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, П.А. Мартынов. № 4918510/15, заявл. 12.03.1991, опубл. 30.09.1994, Бюл. №18.
  28. Патент РФ 2021671, МКИ А01D 45/06. Машина для уборки льна-долгунца / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов., П.А. Мартынов № 4902505/15, заявл. 14.01.91, опубл. 30.10.1994, Бюл. №20.
  29. Патент 2021672 РФ, МКИ А01D 45/06. Подборщик-оборачиватель лент льна. / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, В.М. Калугин. № 5018019/15, заявл. 08.07.1991, опубл. 30.10.1994. Бюл. №20.
  30. Свид. на полезную модель 5902 РФ, МКИ А01D 45/06. Подборщик-оборачиватель лент льна. / Н.А. Смирнов, М.М. Ковалев, А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов, В.В. Зубанов № 96121631, заявл.05.11.1996, опубл. 16.02.1998. Бюл.№2.
  31. Патент 2119279 РФ МКИ А 01D 45/06. Способ уборки льна-долгунца / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов, № 94018020/13, заявл. 17.05.1994, опубл. 27.09.1998, Бюл. №27.
  32. Патент РФ 2122309, МКИ А01D 45/06. Подборщик-оборачиватель лент льна / Н.А. Смирнов., А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов № 94023112/13, заявл. 15.06.1994, опубл. 27.11.1998, Бюл. №33.
  33. Патент 2141191 РФ МКИ А 01D 45/06. Машина для раздельной уборки льна-долгунца / Н.А. Смирнов, В.А. Рожнов, М.М. Ковалев, А.Н. Зинцов и др. № 98104372/13, заявл. 17.02.1998, опубл. 20.11.1999, Бюл. №32.
  34. Патент 2189130 РФ МКИ А 01D 45/06. Аппарат для подбора лент льна / А.Н. Зинцов, Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов, М.М. Ковалев №98119758/13, заявл. 02.11.1998, опубл. 20.09.2002, Бюл. №26.
  35. Патент 2192115 РФ МКИ А 01D 45/06. Способ уборки льна-долгунца и приготовления тресты / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов, № 2000117566/13, заявл. 03.07.2000, опубл. 10.11.2002, Бюл. №31.
  36. Патент 2193301 РФ, МКИ А01D 45/06. Устройство для принудительного расстила ленты к льноуборочным машинам / В.В. Зубанов, А.Н. Зинцов, М.М. Ковалев, Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов, № 99115863 / 13, заявл. 19.07.1999, опубл. 27.11.2002. Бюл. №33.
  37. Патент 2221361 РФ, МКИ А01D 45/06. Устройство для перемещения ленты растений. / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов, № 2002100333 / 13, заявл. 03.01.2002, опубл. 20.01.2004. Бюл. №2.
  38. Патент 2236111 РФ, МКИ А01D 45/06. Машина для уборки льна. / Н.А. Смирнов, А.Н. Зинцов, В.Н. Соколов. № 2001106855 / 12, заявл. 13.03.2001, опубл. 20.09.2004. Бюл. №26.
  39. Патент 2268576 РФ, МКИ А01D 45/06. Способ уборки льна-долгунца и устройство для его осуществления / А.Н. Зинцов, Н.А. Смирнов, В.Н. Соколов, О.Г. Соковиков. № 2003118615, заявл. 20.06.2003, опубл. 27.01.2006. Бюл. №03.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.