Peculiarities of stems flattening at two-phase fiber flax harvesting technology

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Морфологическая особенность льна-долгунца заключается в том, что у растения различают общую и техническую длину стебля. Общая длина – это расстояние от места прикрепления семядольных листочков до места прикрепления самой верхней семенной коробочки соцветия (70–125 см и более). Техническая длина – это расстояние от места прикрепления семядольных листочков до начала разветвления соцветия (50–110 см и более) [1]. Техническую часть стебля считают наиболее ценной, так как она дает длинное волокно – основной продукт, ради которого возделывают лен-долгунец во всем мире. Чем выше стебель и длиннее его техническая часть, тем больше длинного волокна содержится в нем.

В настоящее время росяная мочка является самым дешевым и поэтому самым распространенным способом превращения льняного стебля в тресту (90% площадей и более) [2]. Интенсивность мацерации является случайным процессом, зависящим от множества природных и производственных факторов. Продолжительность этого процесса во многом обуславливает качество и выход длинного волокна, являющихся главными составляющими в экономике отрасли. Производственный опыт показывает, что при определенном стечении неблагоприятных обстоятельств вытеребленные растения способны долгое время сохранять жизнеспособное состояние и мацерация тканей такого стебля с высвобождением льноволокна затягивается до полутора месяцев.

С учетом обозначенной проблемы в конце прошлого века (1990–1993 гг.) в результате всесторонних научных исследований технологии комбайновой уборки льна установлено [3, 4, 5], что самым эффективным методом ускорения процесса мацерации является плющение стеблей вальцовыми плющильными аппаратами. Главным проявлением эффекта стало сокращение сроков приготовления тресты на 3–10 суток с повышением ее качества в среднем на один сортономер. Поэтому в то время все усовершенствованные модификации отечественных льнокомбайнов ЛК-4Д, «Русь», «Русич», КЛП-1,5 и КЛП-1,5М начали оснащать плющильными аппаратами [6, 7].

Известно, что в процессе вегетации растения формирование волокнистых пучков заканчивается в фазу ранней желтой спелости. К этому времени качество волокна достигает наивысшего качества, а полное созревание семян наступает только спустя 10–12 дней [1].

Поскольку главной товарной продукцией в льноводстве является волокно, то начинать уборку льна комбайнами рекомендуется в фазу ранней желтой его спелости. Однако такая организация уборки приведет к заметному недобору семян как в количественном, так и в качественном выражении, со снижением общей эффективности отрасли.

Двухфазная (раздельная) технология уборки льна свободна от указанного недостатка, так как предполагает теребление растений в фазу ранней желтой спелости без отделения от них семян. При этом волокно получается наивысшего качества, а семена дозревают на стеблях, разостланных в ленту. После дозревания и подсушивания семян в естественных условиях производят подбор ленты с одновременным отделением семенной части урожая от стеблей. Обмолоченную льносолому оставляют на льнище для получения тресты. Поэтому еще больший эффект от плющения стеблей может быть достигнут при реализации двухфазной технологии за счет получения обоих видов льнопродукции высокого качества.

Результаты производственных проверок двухфазной технологии с применением костромского комплекса машин показали [6, 8], что за счет ранних сроков теребления растений с одновременным плющением комлевой части стеблей качество тресты повышается в среднем на 2,72 сортономера, выход длинного волокна увеличивается на 3,86% и повышается его качество со среднего номера 10,40 при комбайновой уборке до 13,16 – при раздельной. Несмотря на достигнутые результаты, при проведении уборочных работ по двухфазной технологии не обеспечивается получение льнотресты с достаточно однородной степенью вылежки по всей технической длине стеблей. Это объясняется неодинаковым воздействием рабочих органов льноуборочных машин на различные участки растений. При переработке такой льнотресты невозможно получить максимальный эффект от качества и выхода длинного волокна.

Цель работы – изыскание методов и средств получения максимального эффекта от применения двухфазной технологии уборки льна путем обеспечения равномерной вылежки стеблей по всей технической длине растений, начиная с самых ранних этапов уборочных работ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Известно множество технологических и технических решений устранения неоднородности тресты по длине стебля, получаемой при двухфазной уборке. Однако обозначенная проблема в полной мере продолжает существовать до настоящего времени.

Например, в одном из вариантов предлагается производить плющение комлевой части стеблей при тереблении растений, а вершинной – сразу же после отделения семенной части урожая от стеблей [9]. В результате первой фазы уборки процесс вылежки стеблей в тресту интенсифицируется в расплющенной комлевой их части. После плющения вершин во время второй фазы уборки интенсифицируется вылежка также и в вершинной части стеблей. Недостатком такого способа является невозможность равномерного плющения стеблей по всей их технической длине. При этом в большинстве случаев в средней части стебля появятся участки, которые совсем не будут подвергаться плющению или будут расплющены дважды. Такие воздействия вызовут перележку или недолежку средней части растения, что уменьшит выход длинного волокна и понизит его качество.

В другом случае одновременно с плющением вершин предлагают произвести повторное плющение остальной части стеблей [10]. После плющения вершин и повторного плющения остальной части стеблей непосредственно после отделения от них семян интенсифицируется вылежка как в вершинной, так и еще более в комлевой частях стеблей.

Общим недостатком известных способов плющения [9, 10] является необходимость обязательного оснащения плющильными аппаратами теребильной машины и машины для отделения семенной части урожая от стеблей (подборщика-молотилки или подборщика-очесывателя), что удорожает стоимость механизированного комплекса и снижает его техническую надежность.

Произвести одновременное плющение всех частей растения и тем самым избежать неоднородной вылежки по длине стебля позволит способ [11], при котором плющение всего стебля производят во время второй фазы уборки одновременно с отделением от растений семенной части урожая. При этом стебель будет равномерно обработан по всей его длине и для реализации указанного способа потребуется оснастить плющильным аппаратом только одну машину – подборщик-молотилку или подборщик-очесыватель.

Общим недостатком известных способов [9, 10, 11] является необходимость разрыва во времени между тереблением растений и плющением стебля по всей его технической длине. При двухфазной технологии отмеченный разрыв во времени необходим для подсушки вытеребленных растений и дозревания на них семян в семенных коробочках. Указанный процесс может длиться от пяти до десяти суток и более, после чего производят подбор лент подсушенных растений с отделением дозревших семян от стеблей. В течение этого времени расплющенные при тереблении растений части стеблей будут активно вылеживаться, а нерасплющенные части стеблей могут совсем не подвергаться вылежке, затягивая тем самым продолжительность уборочных работ до осеннего ненастья, снижая качество и выход наиболее ценного длинного волокна. Поэтому целесообразно плющить сразу все части стеблей в начале уборки при тереблении растений. Это позволит активизировать процесс вылежки в тресту равномерно по всей технической длине стебля, начиная с самых ранних этапов уборочных работ, что сократит сроки приготовления тресты, повысит качество и увеличит выход длинного волокна. Однако если при двухфазной уборке произвести одновременное плющение всех частей стеблей по всей общей длине растений при их тереблении до отделения семенной части урожая от стеблей, то это вызовет невозвратимые потери семян в виде осыпания из расплющенных семенных коробочек и снижение их посевных качеств из-за повреждений плющильными вальцами. Такой прием заметно снизит эффективность двухфазной уборки льна-долгунца, в связи с чем является недопустимым.

С учетом морфологической особенности растения льна и с целью сокращения сроков приготовления тресты льняной, повышения качества и увеличения выхода длинного волокна плющение стеблей следует производить по всей технической длине растений одновременно с тереблением последних, не подвергая плющению оставшуюся часть общей длины растений, на которой расположены семенные коробочки.

Для точной реализации обозначенного способа необходимо верхнюю кромку плющильных вальцов теребильной машины располагать по длине стеблей на уровне верхней границы технической длины растений. В этом случае вальцы будут равномерно обрабатывать стебли только на той части растений, где содержится длинное волокно, а семенная часть останется за пределами зоны плющения. Такое расположение зоны плющения исключает разрушение семенных коробочек и повреждение семенного материала плющильными вальцами, а также потери семян от осыпания из разрушенных коробочек.

Таким образом, при духфазной уборке льна-долгунца благодаря одновременному плющению всех частей технической длины стеблей в их конструкции появятся трещины. За счет этого сушка растений и процесс вылежки в тресту будут происходить более интенсивно и равномерно по всей технической длине стебля. Поскольку все части стебля, содержащие волокно, расплющены при тереблении растений, то вылежка в тресту начнется в наиболее ранние и наиболее благоприятные сроки, что максимально повысит качество волокнистой продукции, сократит сроки ее приготовления и уменьшит вероятность затягивания уборки до осеннего ненастья. Кроме того, для реализации предложенного способа потребуется оснастить плющильным аппаратом только теребильную машину. При переработке тресты, полученной с применением предлагаемого способа, повысится качество и увеличится выход длинного волокна.

Однако при проектировании конструкции теребилки-плющилки следует иметь в ввиду, что размер h_п зоны плющения в ленте растений льна не является постоянным. На размер этой зоны влияет ряд случайных процессов: изменения высоты стеблестоя – l(t), размера зоны расположения коробочек в стеблестое – а(t) и растянутости стеблей в сформированной при тереблении ленте – λ(t), а также колебания комлевой части ленты льна – y_к(t) перед плющильным аппаратом, обусловленные галопированием машины при движении по неровностям поверхности поля. В каждом конкретном сечении ленты льна средний размер зоны плющения будет равен:

$h_{\text{п}}=m_{\lambda }\cdot \left(m_l-m_a\right)$,    (1)

где $m_{\lambda },m_l,m_a$ – математические ожидания процессов, соответственно, изменения растянутости стеблей в сформированной при тереблении ленте l(t), изменения высоты стеблестоя l(t) и размера зоны расположения коробочек в стеблестое а(t).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Используя результаты статистических исследований условий работы льноуборочных машин (табл. 1), проведенных В.Г. Озеровым [12], получена графическая интерпретация зависимости (1) (рис. 1).

 

Таблица 1. Статистические характеристики структурных параметров ленты растений льна

Table 1. Statistical properties of structural parameters of the plant ribbon of flax

Процесс	Математическое ожидание – m	Среднеквадратическое отклонение – σ	Коэффициент вариации – V, %
l(t), см	78,3–89,9	5,4–7,6	6,9–8,5
а(t), см	19,4–22,0	4,8–5,3	24,0–24,8
λ(t)	1,4	0,1	7,2
yк(t), см	–	5,4–8,3	–

 

Рис. 1. Зависимость размера hп зоны плющения в ленте растений льна от случайных факторов.

Fig. 1. The hf size of flattening zone in the plant ribbon of flax, depending on random factors.

 

Следует отметить тот факт, что процесс y_к(t) не влияет на значение h_п. При наличии указанных колебаний происходит смещение зоны h_п относительно плющильного аппарата на величину y_к, которая с учетом правила трех сигм изменяется в диапазоне . Поэтому размер y_к также следует учитывать при расчете рабочей ширины захвата вальцов плющильного аппарата (рис. 2), то есть:

$h_{\text{в}}=m_{\lambda }\cdot \left(m_l-m_a\right)+3{\sigma }_{y_{\text{к}}}$.    (2)

 

Рис. 2. Схема к определению ширины захвата вальцов плющильного аппарата.

Fig. 2. The scheme on defining the flattening machine rollers operating width.

 

Таким образом, при использовании для расчетов по выражению (2) усредненные значения статистических характеристик из табл. 1 ширина h_в захвата вальцов плющильного аппарата должна равняться 1,09 м. Однако полученный размер вызовет сложности монтажа такого аппарата на теребильную машину, увеличение габаритов и металлоемкости конструкции. Кроме того, ординаты всех анализируемых процессов также изменяются в пределах ±3σ. Это означает, что размер зоны плющения h_n может принимать значения своих ординат в еще более широком диапазоне, и при этом появляется вероятность попадания семенной части растений в зону h_в действия плющильных вальцов.

Для уменьшения необходимой ширины захвата вальцов и вероятности повреждения семенных коробочек путем соблюдения высокой точности реализации предлагаемого способа следует обеспечить выполнение ряда обязательных агротехнических требований.

Во-первых, следует сформировать равномерный по высоте стеблестой с компактной зоной расположения семенных коробочек, во-вторых, уменьшить галопирование теребильных машин при движении по неровностям поверхности поля и, в-третьих, применять такие рабочие органы, которые обеспечивают минимально возможную растянутость стеблей в формируемой ленте.

Для реализации первых двух требований следует использовать для посева кондиционные семена с высокими посевными качествами и обеспечивать равномерную глубину их заделки в почву, своевременно и тщательно выполнять основную и предпосевную обработки почвы.

Использованные для расчетов ширины hв захвата вальцов числовые характеристики получены при исследовании теребильных машин, выполненных на основе теребильной части льноуборочных комбайнов ЛК-4Т или ЛК-4А, допускающих при своей работе значительное увеличение растянутости стеблей в ленте (λ=1,4±0,3, см. табл. 1). Поэтому с целью уменьшения размера необходимой зоны плющения и снижения металлоемкости конструкции плющильного аппарата следует для выполнения первой фазы уборки применять машины с теребильными рабочими органами, выполненными по примеру конструкций фирмы Union (Франция) U/20PY, U22.HY, GE-220; фирмы Depoortere (Бельгия) Type ARA.HY.01, DAEA.HY.01; или теребилок отечественного производства: самоходной – ЛТС-1,65 и прицепной – ТЛП-1,5К(П) [13], допускающих незначительную растянутость (λ≤1,2) стеблей в формируемой ленте.

Неоспоримыми преимуществами российских машин перед заграничными аналогами является возможность качественной уборки полеглого льна, появление которого не является редким событием для большинства льносеющих регионов нашей страны, а также сравнительно низкая их стоимость. Наряду с этим указанные машины имеют свои преимущества и недостатка, которые следует учитывать при организации уборки льна.

Самоходная теребилка ЛТС-1,65 обладает хорошей маневренностью, имеет увеличенную ширину захвата (1,65 м), что способствует повышению ее производительности. Однако следует отметить, что увеличение ширины захвата в технологическом смысле не выглядит положительным, так как уплотнение ленты приводит к ухудшению условий вылежки в ней стеблей и снижению качества волокна при двухфазной уборке льна. Кроме того, самоходная теребилка ЛТС-1,65 имеет массу 4500 кг, что затрудняет реализацию первой фазы уборки на переувлажненных полях и удорожает амортизацию машины.

Масса прицепной теребилки ТЛП-1,5К(П) (рис. 3) составляет всего 1350 кг, и поэтому агрегат, составленный из легкой машины и трактора, может более успешно обрабатывать участки полей с переувлажненной почвой, снижая тем самым зависимость начала двухфазной уборки от погодных условий.

 

Рис. 3. Прицепная теребилка ТЛП-1,5К.

Fig. 3. The TLP-1.5K trailed flax puller.

 

Эксплуатация более легкой машины потребует меньшей мощности на привод ее рабочих органов и сократит потребление топлива на единицу продукции. Отмеченные преимущества существенно снизят себестоимость теребления льна [14].

Учитывая сказанное, при организации уборки льна по двухфазной технологии следует отдать предпочтение более легкой и дешевой прицепной теребилке ТЛП-1,5К [13] и оснастить ее аппаратом для плющения стеблей по всей технической длине растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Техническая часть стебля является наиболее ценной, так как она дает длинное волокно – основной продукт, ради которого возделывают лен-долгунец. Для повышения качества и наиболее полного выделения этого продукта следует активизировать процесс мацерации в тканях стебля путем его плющения.
2. Наибольший эффект от плющения стеблей может быть достигнут при его реализации в фазу ранней желтой спелости льна, когда волокно получается наивысшего качества. Обеспечить выполнение такой операции без ущерба для сбора и качества семян позволит двухфазная технология уборки льна.
3. Обязательный разрыв во времени между воздействиями рабочих органов льноуборочных машин на различные участки стеблей при реализации различных фаз раздельной уборки не обеспечивает получение льнотресты достаточно однородной вылежки по всей технической длине стеблей. Приготовление такого сырья потребует больше времени, а при его переработке невозможно получить максимальный эффект от качества и выхода длинного волокна.
4. С целью сокращения сроков приготовления тресты, повышения качества и увеличения выхода длинного волокна плющение стеблей следует производить сразу по всей их технической длине на самых ранних этапах двухфазной уборки одновременно с тереблением льна, не подвергая плющению только ту часть общей длины растений, на которой расположены семенные коробочки. Для этого верхняя кромка плющильных вальцов теребильной машины должна располагаться на уровне верхней границы технической длины растений.
5. Для обеспечения высокой точности реализации предлагаемого способа следует формировать равномерный по высоте стеблестой с компактной зоной расположения семенных коробочек, уменьшать галопирование теребильной машины путем качественной подготовки поля к посеву и применять такие рабочие органы, которые обеспечивают минимально возможную растянутость стеблей в формируемой ленте.
6. Анализ существующих средств механизации показал, что для реализации предложенного способа наиболее подходящей является прицепная теребилка льна ТЛП-1,5К, которую следует оснастить двухвальцовым плющильным аппаратом.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. А.Н. Зинцов – научное руководство, подготовка начального текста с последующей доработкой, проведение критического анализа исследований, визуализация, утверждение финальной версии; В.А. Добрецов – подготовка и анализ литературных данных, проведение исследований, анализ результатов, доработка текста; В.Н. Соколов – проведение исследований, участие в разработке конструкции и изготовлении прицепной теребилки льна ТЛП-1,5К. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. A.N. Zintsov – scientific supervision, preparation of the initial text with subsequent revision, critical analysis of studies, visualization, approval of the final version; V.A. Dobretsov – preparation and analysis of literature data, research, analysis of results, revision of the text; V.N. Sokolov – research, participation in design and manufacture of trailed flax-cutting machine PLP-1,5K.

Competing interests. The authors declare no any transparent and potential conflict of interests in relation to this article publication.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Alexander N. Zintsov

Kostroma State Agricultural Academy

Author for correspondence.
Email: zintsov_a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3443-2015
SPIN-code: 2073-8846

Associate Professor, Dr. Sci. (Engin.), Professor of the Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Kostroma

Vyacheslav A. Dobretsov

Kostroma State Agricultural Academy

Email: Dobrvsoligrad@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6255-4824
SPIN-code: 6307-1680

2nd year MA student

Russian Federation, Kostroma

Valery N. Sokolov

Kostroma State Agricultural Academy

Email: sokol-v-a-l@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3090-1171
SPIN-code: 1433-7182

Technician at the Flax Research Laboratory

Russian Federation, Kostroma

References

Supplementary files