автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка технологии плющения льна и создание плющильных аппаратов льнокомбайнов

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Народнохозяйственное значение льна.

1.2. Способы уборки льна-долгунца.

1.3. Краткий обзор работ по созданию плющильных аппаратов.

1.4. Постановка цели и задачи исследования.

2. Некоторые физико-механические показатели стеблей льна-долгунца.

2.1. Краткая историческая справка по исследованиям физико-механических свойств стеблей льна.

2.2. Физико-механические свойства стеблей льна.

3. Теоретические исследования работы плющильно-транспортирующего аппарата.

3.1. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров.

3.1.1. Условия затягивания ленты стеблей льна вальцами плющильного аппарата.

3.1.2. Параметры плющильных вальцов.

3.1.3. Определение жесткости пружин плющильных аппаратов льноуборочных машин.

3.1.4. Взаимодействие ведущего и ведомого плющильных вальцов при разной толщине про-плющиваемого слоя стеблей.

3.2. Исследование процесса плющения стеблей льна.

3.2.1. Многократное плющение стеблей.

3.2.2. Процесс перехода стеблей мевду плющильно-транспортирующими аппаратами и в зажимной транспортер льнокомбайна.

3.2.3. Распределение нагрузки на опоры плющильно-транспортирующих вальцов при разной длине проплющиваемой части ленты стеблей.

3.2.4. Расчет мощности на привод плющильно-транспортирующего аппарата.

4. Программа и методика экспериментальных исследований.

4.1. Программа экспериментальных исследований.

4.2. Методика исследований.

4.2.1. Приборы и оборудование.

4.2.2. Методика лабораторных исследований.

4.2.3. Методика полевых исследований.

4.2.4. Методика обработки результатов исследований.

5. Результаты экспериментальных исследований.

5.1. Физико-механические характеристики льна-долгунца

5.1.1. Размерная характеристика корней.

5.1.2. Сжатие корней.

5.1.3. Конусность стеблей.

5.2. Исследование вальцовых плющильно-транспортирующих аппаратов.

5.2.1. Определение толщины слоя стеблей между 150 плющильно-транспортирующими вальцами

5.2.2. Обоснование формы вальцов.

5.2.3. Влияние одно-, двух-, трех- и четьфехкратного плющения стеблей на выход и качество волокна

5.3. Мощность на привод вальцовых плющильнотранспорти-рующих аппаратов и льнокомбайнов.

6. Эффективность применения вальцовых плющиль-но-транспрортирующих аппаратов на льноуборочных комбайнах.

6.1. Результаты испытаний льнокомбайнов с вальцовыми плющильно-транспортирующими аппаратами.

6.2. Экономическая эффективность применения плю-щильно-транспортирующих аппаратов.

6.3. Перспективные способы интенсификации плющения стеблей льна.

Лен-долгунец известен в России испокон веков. Его отличительной особенностью является возможность использования всего биологического урожая в различных отраслях народного хозяйства.

Россия традиционно являлась крупнейшим в мире производителем и экспортером льна.

В 1913 г. во всем мире посевы льна-долгунца составляли 1,4 млн. га, из них на долю России приходилось 1,2 млн. га или 85%. До 1980 г. этот уровень посевов примерно сохранялся. Так, в 1980 г. он составлял 1,12 млн. га, а далее пошел неоправданный спад посевов льна. В 1990 г. они составляли 0,78 млн. га, а в 1999 г. площадь посевов льна составляла лишь около 100 тыс. га.

В настоящее время стратегическое значение льна для России, как единственного возобновляемого источника текстильного сырья, существенно возрастает, в связи с отсутствием среднеазиатского хлопка, поэтому проблема увеличения выпуска в стране продукции из натуральной целлюлозы на базе льна является крупной национальной проблемой.

В последние 5 лет Правительство России принимает необходимые меры по возрождению Российского льна. В 1996 г. Правительством РФ принята Федеральная Целевая Программа (ФЦП) "Развитие льняного комплекса России на 1996-2000", действие которой, из-за трудностей с финансированием, продлено до конца 2001 г. В 1997 г. Исполкомом Союза Беларуси и России утверждена совместная российско-белорусская подпрограмма "Повышение рентабельности производства и переработки льна на основе прогрессивных ресурсосберегающих технологий и техники на 1998-2000 г.г.", действие которой, по тем же причинам, продлена на 1 год.

Так как (предположительно) внутренний рынок сбыта льняных изделий, предназначенных для массового потребителя, будет объективно ограничен низкой платежеспособностью основной массы населения, то основным источником денежных поступлений будут доходы от экспортных поставок льняных тканей, трикотажных и других готовых изделий.

Непременным условием конкурентоспособности этих изделий на мировом рынке является их высокое качество, которое может быть обеспечено лишь при использовании высококачественной пряжи, получаемой из высококачественного льноволокна. т-ч и о

В этой ситуации повышение качества волокнистой продукции является приоритетным направлением развития льняной отрасли, а комплекс уборочных машин должен включать в себя технические средства (приспособления) для проведения технологических операций, специально направленных на сохранение и повышение качества льнотресты.

Одним из главных путей решения данной проблемы является плющение нижней (комлевой) части стеблей льна при уборке посевов льноуборочными комбайнами.

Применение этого технологического процесса в льнокомбайнах обеспечивает ускорение вылежки тресты до кондиционных требований на 3-10 суток и исключает перележку тресты. При этом повышается однородность тресты и улучшается ее качество до одного сорто-номера.

В связи с этим, создание плющильно-транспортирующих аппаратов является актуальной задачей, имеющей большое значение для льноводческой отрасли России.

В укрупненном виде вопросы, выносимые на защиту, могут быть сформулированы следующим образом:

- Технологии одно- и многократного плющения стеблей льна.

- Тип, схема, оптимальные технологические и конструктивные параметры плющильных аппаратов, для однократного и многократно

U С» U с» го плющения комлевой части стеблей льна при комбайновой уборке урожая.

- Математические модели, описывающие процессы: затягивания ленты стеблей льна вальцами плющильного аппарата; взаимодействия вальцов при различной толщине проплющиваемого слоя стеблей при однократном и многократном плющении; перехода стеблей из плю-щильно-транспортирующего аппарата в последующие рабочие органы льнокомбайна.

Работа выполнена в девяностых годах XX столетия во ВНИП-ТИМЛ по заданиям общероссийских и отраслевых программ, а также по программам российско-белорусского сотрудничества.

Экспериментальные исследования проведены в 1992-2001 г.г. в лабораториях и на полях опытного хозяйства (ОПХ) ВНИИПТИМЛ, на заводе "Бежецксельмаш", в лабораториях и на полях Калининской МИС, в хозяйствах Тверской области и других льносеющих областях России, а также на Белорусской МИС и на полях опытного хозяйства ВНИИльна.

Выражаю искреннюю благодарность руководству и сотрудникам ВНИПТИМЛ и лично директору института члену-корреспонденту РАСХИ, доктору технических наук Черникову В.Г., руководству и сотрудникам Калининской МИС и лично директору МИС Белову B.C., руководству и сотрудникам ЗАО "Завод Бежецксельмаш" и лично Генеральному директору Голдовичу В. П., сотрудникам АО "Тверьсельмаш" за техническую помощь, оказанную мне по изготовлению, лабораторным и полевым испытаниям плющильно-транспортирующих аппаратов всех поколений льноуборочных ком8 байнов. Особую признательность и благодарность выражаю научному руководителю, кандидату технических наук Ковалеву М. М. за постоянную методическую помощь и выбору направления работ при выполнении диссертации.

Общие выводы и рекомендации

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований сформулированы следующие общие выводы и рекомендации.

1. Изучены некоторые физико-механические свойства льна-долгунца (размфные характеристики корней, усилия раздавливания корней, конусность технической длины стеблей), имеющие прикладное значение при создании плющильных аппаратов льнокомбайнов для плющения комлевой части стеблей льна.

2. Разработаны математические модели, описывающие технологические процессы: затягивания ленты стеблей льна вальцами плющильного аппарата; взаимодействия вальцов при различной толщине проплющиваемого слоя стеблей льна при их плющении; перехода стеблей из плющильно-транспортирующего аппарата в последующие рабочие органы льнокомбайна.

3. Предложены технологии плющения комлевой части стеблей льна при их однократном и многократном плющении, обеспечивающие устранение неоднородности тресты по степени вылежки и пестроты по цвету.

4. Для обоснования и выбора плющильных аппаратов с оптимальными параметрами: разработаны, изготовлены и испытаны более 20 макетных образцов однократного и многократного плющения комлевой части стеблей льна; изготовлена универсальная лабораторно-полевая установка для четырехкратного плющения комлевой части стеблей льна и макетный образец льнокомбайна "Русич-М" с тремя парами плющильных вальцов; проведены широкие исследования плющильных аппаратов; осуществлен выбор оптимальной конструкции плющильного аппарата - им оказался наиболее простой и надежный плющильный аппарат с равновеликими по диаметру обре-зиненными цилиндрическими вальцами. В зависимости от условий работы диаметр вальцов колеблется от 150 до 250 мм, длина вальцов - от 360 до 480 мм.

5. Проведены государственные испытания 16 типов плющильных аппаратов различного конструктивного исполнения на Калининской и Белорусской МИС. По состоянию на 01.01.2002 г. изготовлено 163 комплекта плющильных аппаратов различного конструктивного исполнения и 20 макетных образцов плющильных вальцов для испьпаний на стенде и в поле. Для внедрения на льнокомбайн КЛП-1,5 последнего поколения рекомендован плюпцшьный аппарат с тремя парами равновеликих обрезиненных цилиндрических ва!п>цов диаметром 175 мм, длиной 0,49 м (верхние) и 0,36 м - нижние вальцы. Экспериментально утановлено, что усилие на плющение комлевой части стеблей, при наличии в ленте 1600 стеблей на 1 пот. м, колеблется в пределах от 3,0 до 5,0 кН.

6. Предложена формула и проведен уточненный расчет по определению мощности на привод плющильно-транспортирующего аппарата. Расчеты показали, а эксперименты подтвердили, что мощность на привод плющильного аппарата с одной парой плющильных вальцов составляет от 0,23 до 2,02 кВт.

7. Проведены экономические расчеты использования плющильных аппаратов на льнокомбайнах, показавшие, что их применение обеспечивает ускорение вьшежки тресты до кондиционных требований на 3-10 суток, повьппает однородность тресты и улучшает ее качество до одного сорта-номера и, как следствие, обеспечивает получение высококачественного длинного льноволокна. Годовой экономический эффект одного льнокомбайна последнего поколения, только от повьппения качества тресты и выхода длинного волокна, составил 64,4 тью. руб. Фактический годовой экономический эффект, от внедренных плющильных аппаратов на всех типах льнокомбайнов, составляет 9,72 млн. руб.

8. Предложены, на основе патента, два способа интенсификации многократного плющения стеблей льна в каждом технологическом потоке, выходящим из теребильных секций, с последующим плющением общей ленты вытеребленных растений (Патенты №№ 2138937 и 2171564).,

Работа ВНИПТИМЛ под наименованием "Исследовать и создать плю-щильно-транспортирующий адаптер к льноуборочным машинам", в выполнении которой в качестве отв. исполнителя принимал непосредственное участие автор, награждена Дипломом Россельхозакадемии как лучшая завершенная научная разработка 2001 г. (см. Приложение 20).

1. Баранов Г. Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1967, С. 354-363.

2. Боярченкова М. М., Ковалев М.М., Смирнов В.И., Иванов А.Д. Эффективность плющения стеблей льна в комлевой части при те-реблении//Льняноедело, 1995, №4, С. 18-22.

3. Быков H.H., Луценко В.М., Смирнов В.И, Справочник механизатора-льновода. М.: Россельхозиздат, 1981, 238 с.

4. Быков H.H., Моторина Р.И. Эффективность плющения ком-лей//Лен и конопля, 1985, № 4.

5. Бьпсов H.H., Смирнов H.A. Обоснование наклона пальцев поперечного транспортера льноуборочных машин//Мех. и электр. соц. сел. хоз-ва, 1976, № 9.

6. Быков H.H. Коэффициент трения стеблей льна под давлени-ем//Мех. и электр. соц. сел. хоз-ва, 1970, № 8, С. 43.

7. Бьпсов H.H., Ковалев М.М. Определение динамического коэффициента стеблей льна//Тр. ЛСХА. Елгава, 1981, вып. 189, С. 85-90,

8. Бьпсов H.H., Ковалев М.М. Зависимость коэффициента трения стеблей льна от скорости скольжения//Мех. и электр. соц. сел. хоз-ва, 1985, №12, С. 22-24.

9. ГОСТ 24383-89. Треста льняная. Требования при заготовках. -М.: 1990,27 с.

10. Гранцев Д. Русский лен дороже золота//Аргументы и факты, 2001, №13.

11. Диденко Н.Ф., Черников В.Г. Уборка лубяных культур. М.: Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-16 "Сельскохозяйственные машины и оборудование", 1998, С. 328-342.

12. Ковалев М.М., Смирнов В.И., Козлов В.П, и др. Совершенствование технологии и технических средств для плющения стеблей льна//Научн.-практ. конф. Вологда, 2000, С. 215-217.

13. Ковалев М.М., Козлов В.П., Хайлис Г.А. Определение жесткости пружин плющильных аппаратов льноуборочных машин//Мех. и Электр, с.-х., 2001, № 4, С. 30-32.

14. Ковалев М.М., Козлов В.П. Рациональные параметры и форма вальцов плющильного аппарата льноуборочных машин//Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2001, № 11, С. 23-26.

15. Ковалев М.М., Козлов В.П Затраты мощности в плющильном аппарате льнокомбайна//Мех. и электр. с.-х., 2002, № 1, С. 15-18.

16. Ковалев М.М. Приоритетная техника для льновод-ства//Льняное дело, 1998, № 2, С. 32-25.

17. Ковалев М.М., Козлов В.П. Расчет режима работы плющильного аппарата льнокомбайнов//Аграрная наука, 1999, № 5, С. 15-17.

18. Ковалев М.М., Смирнов В.И., Козлов В.П. Технология и технические средства плющения стеблей льна//Мат. научн.-практ. конф. -М.: ГОСНИТИ, 1999, С. 125-128.

19. Ковалев М.М., Смирнов В.И., Козлов В.П. Повышение эффективности уборки льна комбайнами//Мат. научн.-практ. конф. -Торжок, 2000 , С. 139-142.

20. Ковалев М.М., Смирнов В.И., Козлов В.П. и др. Прицепной льнокомбайн "Русь". Тверь, 2000, 4 с.

21. Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). М.: ИК "Родник", 1998,208 с.

22. Ковалев М.М., Козлов В.П. Совершенствование и разработка ре-сурсосберегаюшцх и экологически безопасных технологических процессов и технических федств уборки льна-долгунца. М.: РАСХН, МСХ РФ,

23. ВИМ//С6. научн. докл. междунар. научн. практ. конф. "Земледеяьч. механика в растениеводстве" 2001, том 5, С. 110-115.

24. Козлов В.П. Плющильный аппарат льнокомбайнов: рабочий процесс вальцов//Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000, № 9, С. 35-37.

25. Козлов В.П. Транспортирование стеблей вальцовыми плющильными аппаратами льноуборочных машин//Аграрная наука, 2001, № 3, С. 127-29.

26. Козлов В.П. Особенности плющения стеблей льна вальцовьвш аппаратами/Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2001, № 3, С. 9-12.

27. Козлов В.П. Повышение эффективности уборки льна на основе разработки специальных плющильных аппаратов//Междунар. на-учн.-практ. конф. Вологда, 2000, С. 107-110.

28. Козлов В.П. Повышение эффективности уборки льна на основе разработки специальных плющильных аппаратов//Междунар. на-учн.-практ. конф. Вологда, 2000, С. 103-105.

29. Козлов В.П. Параметры вальцов плющильных аппаратов льнокомбайнов//Аграрная наука, 2001, № 10, С. 17-19.

30. Крагельский И.В. Физико-механические свойства лубяного сьфья. М.: Гизлегпром, 1935, 299 с.

31. Крагельский И.В. Механический анализ процесса плющения -М.: Л.: Сельхозгиз, 1936, том IV, С. 477-496.

32. Крагельский И.В. Трение волокнистых веществ. М.: -Л.: Гизлегпром, 1941, 127 с.

33. Кулаичев А.П. Методы и средства анализа данных в среде Windaws-stadia 6,0. Изд-во "Информатика и компьютеры". М.: 1998, 270 с.

34. Льноуборочные машины//Хайлис Г.А., Быков H.H., Бухаркин В.Н. и др. М.: Машиностроение, 1985, 232 с.

35. Лен-долгунец//Под общ. ред. Труша М.М. М.: Колос, 1976,352 с.

36. Льноуборочный комбайн//Ковалев М.М., Смирнов В.И., Козлов В.П. и др. Тверь, 2000, 4 с.

37. Майковский И.А. Теоретические основы прокатки вальцами сельскохозяйственных растений//Мат. НТС ВИСХОМа. М.: 1964, вып. 17, С. 129-139.

38. Морозов Ю.Г. Изучение влияния механических повреждений стеблей льна на выход и качество волокна//Тр. Латв. СХА. Елгава, 1976. Вып. 105, С. 51-54.

39. Моторина Р.И., Бьпсов H.H. Влияние плющения комлей льна на показатель цвета тресты и качество волокна//Сб. научи, тр. ВНИИльна. -Торжок, 1985, вьш.ХХ11,С. 108-110.

40. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; - София.: Техника. 1980, 304 с.

41. Орлова Н.Г. и др. Методические рекомендации по определению качества льносырья льна-долгунца. М.: ЦНТИПР МСХ РФ, 1994, 33 с.

42. Особов В.И., Васильев Г.К., Голяновский A.B. Машины и оборудование для уплотнения сено-соломистых материалов. М.: Машиностроение, 1974, 231 с.

43. Особов В.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы. М.; Машиностроение, 1983, 304 с.

44. Патент XQ 2138937 РФ. Способ уборки льна-долгунца и льнокомбайн для его осуществления//Авт. Ковалев М.М., Козлов В.П., Голдович В.П., Сизов В.И. Опубл. 10.10. 1999, Бюл. XQ 28.

45. Патент № 2171564 РФ. Способ уборки льна-долгунца и льнокомбайн для его осуществления//Авт. Козлов В.П., Ковалев М.М., Голдович В.П., Хайлис Г.А. Опубл. 12.04. 2000, Бюл. № 22.

46. Плескунов В.И., Воронин Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте. Л-д, изд. ЛГУ, 1979, 232 с.

47. Поздняков Б.А., Ковалев М.М. Российское льноводство в условиях рынка//Аграрная наука, 1998, № 7, С. 5-7.

48. Поздняков Б.А., Ковалев М.М. Актуальные проблемы российского льноводства//АПК: экономика, управление, 1998, № 12, С. 3033.

49. Протокол № 05-16-00 (9050086) от 24.11.2000 г. предварительных испытаний льноуборочного комбайна "Русич М"//МСХ РФ. Калининская государственная зональная машиноиспытательная станция, п. Зеленый, 2000.

50. Протокол № 05-15-01 (4110052) от 25.10.2001 г. приемочных испытаний комбайна для уборки льна-долгунца//МСХ РФ. Калининская государственная зональная машиноиспытательная станция, п. Зеленый, 2001.

51. Протокол № 05-19-01 (4110022) от 12.11.2001 г. приемочных испытаний льноуборочного комбайна "Русич"//МСХ РФ. Калининская государственная зональная машиноиспытательная станция, п. Зеленый, 2001.

52. РД 108.9-90. Испытания сельскохозяйственной техники. Гос. комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам. -М.: 1990, 17 с.

53. Смирнов В. И. Технические средства для двухфазной уборки льна-долгунца//Междунар. научн.-практ. конф. Вологда, 2001, С. 107110.

54. Фирсов М.М. Планирование эксперимента при создании сельскохозяйственной техники. М.: Изд. Дом "ИНФРА-М", 1999, 128 с.

55. Хайлис Г.А. Теория и расчет льноуборочных машин//Тр. Латв. СХИ. Елгава, 1973, вып. 26, 333 с.

56. Хайлис Г.А. Механика растительных материалов. Киев, 1994,332 с.

57. Хайлис Г.А., Ковалев М.М., Овчарук А.Н. Плющильный аппарат льнокомбайна: расчет расхода энергии на привод/ЛГракторы и сельскохозяйственные машины, 1994, № 3, С. 19-22.

58. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных. М.: Колос, 1994, 179 с.

59. Черников В.Г. Технологии и технические средства комбайнового и раздельного способов уборки льна//Дис. докт. техн. наук. М.: ВИСХОМ, 1999.

60. Черников В.Г. Машины для уборки льна. М.: Изд. Дом "ИНФРА-М", 1999, 209 с.

61. Черников В.Г. Комбинированный способ уборки льна//Научн.-практ. конф. Вологда, 2000, С. 208-209.

62. Черников В.Г,, Ковалев М.М. Перспективная техника в льно-водстве/УТракторы и сеяьскохозяйствешшю машины, 2000, К» 9, С. 13-15,

63. Черников В.Г., Ковалев М.М. Современный уровень и перспективы решения проблем в льноводстве//Научн.-практ. конф, -Псков, 2000, С. 8-9.

64. Черников В.Г. Обоснование схемы и основных параметров очесывающего аппарата для отделения семенных коробочек льна//Дис. канд. техн. наук. М.: ВИСХОМ, 1987,

65. Шльпсов М.И. Льноуборочный комбайн: Теория, расчет, конструкция. М.: Машгиз, 1949, 297 с.201