Justification of the parameters of pulling sections of units with transverse channels

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Лен-долгунец — единственная в нашей стране прядильная культура стратегического назначения в силу своих уникальных свойств и возможности использования в различных отраслях экономики. Несмотря на это в последние годы происходит спад его производства, остается низким качество льносырья. Создание отечественной сырьевой базы позволит сократить импортные поставки целлюлозного текстильного сырья и решить вопросы повышения экологической безопасности товаров народного потребления и здоровья нации [1]. Одним из приоритетных направлений в решении этого вопроса является увеличение урожайности льняного поля и повышение качества льнопродукции [2]. При выполнении технологических процессов механизмы и рабочие органы уборочных машин активно взаимодействуют с растениями льна-долгунца. При этом они испытывают деформации сжатия, растяжения, скручивания и др., что может негативно сказаться на сборах и качестве льнопродукции [3]. Объемы и качество ее во многом определяются применяемыми технологиями уборки культуры, с последующим приготовлением и реализацией льнотресты на перерабатывающие предприятия.

Уборку льна осуществляют по сноповой (в первичном семеноводстве), комбайновой, двухфазной, комбинированной и дифференцированной технологиям, направленным либо на получение высококачественной волокнистой продукции, либо посевного материала. В этих технологиях уборки основной технологической операцией является механизированное теребление различного по состоянию стеблестоя льна (извлечение созревших растений из земли вместе с корнями) на больших площадях, обеспечивающее получение семенной и волокнистой товарной продукции в ограниченные сроки. Кроме того, для эффективного использования технических средств на последующих технологических операциях по приготовлению и реализации льнотресты каждая механизированная операция в технологической цепочке должна создавать наилучшие условия для последующего технического воздействия. При тереблении такие условия зависят от качества сформированных и разостланных лент. Поэтому для сохранения выращенного урожая на всех этапах уборочных работ необходимо постоянное совершенствование льнотеребильных аппаратов, конструкционные особенности рабочих органов которых, как в отечественных, так и в зарубежных машинах, могут оказывать механическое влияние на растения, приводящее к ухудшению количественных и качественных показателей работы [4–6].

Для теребления льна используются многочисленные методы и разнообразные устройства. Анализ достоинств и недостатков каждой конструкционной схемы устройства позволяет определить цель использования технического средства и учесть при этом особенности выполняемого технологического процесса [7, 8].

Ленточно-дисковый теребильный ручей, имеющий наиболее простую конструкцию, равномерное распределение давления по длине ручья, отсутствие скольжения ремня по диску, высокую надежность выполнения технологического процесса и малую мощность для привода, является наиболее перспективным. Поэтому он широко используется в теребильных аппаратах с поперечным относительно движения мобильного энергосредства технологическим потоком растений льна: ТЛН-1,5А (с расстилом лент растений в сторону убранного поля, ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9П (с расстилом лент между колес энергосредства [9–11].

В настоящее время известно много работ, в которых изложены теория и методы расчета аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями, проанализировано взаимодействие рабочих органов со стеблями и коробочками, рекомендованы приемы, улучшающие качество теребления льна-долгунца [7, 8, 12].

В процессе вегетации в зависимости от складывающихся погодных условий лен вырастает длинностебельным (длиной более 0,9 м), среднестебельным (с длиной 0,6–0,9 м) и короткостебельным (с длиной растений менее 0,5 м). Уборка длинностебельного и среднестебельного льна как прямостоячего, так и полеглого, изучена достаточно полно. Теребление короткостебельного льна мало исследовано [5, 11, 13].

Таким образом из анализа изложенного следует, что несмотря на многочисленные исследования процесса теребления льна аппаратами с поперечными ручьями ряд вопросов изучены недостаточно. Не определены основные конструкционные параметры теребильных секций, не рассмотрены особенности их компоновки, мало изучен процесс перемещения стеблей в зоне неподвижных (пассивных) направляющих, не установлены возможности теребления короткостебельного льна.

Цель работы ― теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы теребильных секций аппарата с поперечными ленточно-дисковыми ручьями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Опыт проектирования и эксплуатации льнотеребильных аппаратов свидетельствует о том, что наиболее рациональной их конструкцией являются аппараты с поперечными ленточно-дисковыми ручьями. Технологические потоки в этих аппаратах движутся в поперечном к движению машины направлении и поступают на расстил. Учитывая это, такой тип аппарата принят нами для исследований. На рис. 1 изображены три его теребильные секции с шириной захвата b каждой.

 

Рис. 1. Схемы к определению параметров теребильных секций аппарата с поперечными ленточно-дисковыми ручьями: фрагмент трех секций аппарата — a и расположение рамы над теребильными шкивами — b и под ними — c.

 

Аппарат содержит бесконечный теребильный ремень 1, получающий движение от ведущего шкива 2, ряд ведомых теребильных шкивов 3, с центрами О₁, О₂, О₃, и отклоняющие ролики 4, с центрами О₁’, О₂’, О₃’. Каждая теребильная секция снабжена парой консольно закрепленных направляющих 5, одна из которых установлена в верхней части отклоняющего ролика 4, а другая — в нижней его части. На участках D₁E₁ и D₂E₂ направляющие 5 прижимают стебли к теребильному ремню 1, а на участках А₁В₁С₁ и А₂В₂С₂ стебли зажимаются между теребильным ремнем 1 и ведомыми теребильными шкивами 3. Детали и узлы теребильного аппарата закрепляются на трубах 6 рамы, расположенных либо над теребильными шкивами 3 (рис. 1, b), либо под ними (рис. 1, c) [6, 9].

При работе аппарата стебли делителями 7, с прямолинейными, либо со стеблеподводами переменной кривизны [14], подводятся в устья К₁ , К₂ , К₃ теребильных ручьев, после чего перемещаются в теребильные участки А₁В₁С₁, А₂В₂С₂ и А₃В₃С₃, где извлекаются из почвы. Пройдя путь по дугам А₁В₁С₁ и D₁E₁ через устье К₂ стебли поступают для теребления во вторую секцию. При этом, на дугах А₂В₂С₂ и D₂E₂ перемещаются стебли из первой и второй секций, которые через устье К₃ теребильного ручья поступают в теребильную секцию А₃В₃С₃. В этом состоит работа теребильного аппарата с поперечными ручьями, который может состоять из четырех или большего количества секций.

Для такого аппарата важно, чтобы стебли надежно зажимались на участках А₁В₁С₁, А₂В₂С₂ и А₃В₃С₃ теребления стеблей, а также плотно поджимались направляющими 5 к теребильному ремню 1.

Экспериментальные исследования проводили в Федеральном научном центре лубяных культур в г. Твери. Для их проведения было изготовлено три прямоточных теребильных аппарата с поперечными ленточно-дисковыми ручьями: ТЛН-1,9П (рис. 2, а), с верхним расположением труб рамы аппарата над теребильными шкивами и с шириной захвата секции 0,38 м; ТЛН-1,9М (рис.2, b) и ТЛН-1,9К (рис. 2, c), с расположением труб рамы аппарата за теребильными шкивами и шириной захвата каждой теребильной секции 0,35 м и 0,31 м соответственно. Для их агрегатирования использовали мобильные энергетические средства (тракторы класса 6 и 14 кН). Скорости агрегатов в опытах составили 1,6–3,2 м/с, а скорость теребильных ремней была 2,7–2,8 м/с.

 

Рис. 2. Общий вид льнотеребильных машин: ТЛН-1,9П — a; ТЛН-1,9М — b; ТЛН-1,9К — c.

 

Для обоснования параметров и режимов работы опытных теребильных аппаратов в лабораторно-полевых экспериментах при агротехнической оценке определялись показатели качества выполнения ими технологического процесса с расстилом стеблей в ленту. При этом исходили из имеющихся инструкций по эксплуатации их разных конструкций и рекомендаций научно-исследовательских учреждений [14].

Объектом исследования были растения льна-долгунца, стебли, семенные коробочки, процесс теребления, треста, волокно длинное трепаное и опытные теребильные аппараты. Предметом исследования являлись закономерности изменения показателей качества работы разработанных теребильных аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями.

Характеристика льна-долгунца в опытах была следующая: сорт — Тверской, в ранней желтой спелости; урожайность при нормированной влажности: льносоломы — 4,26 т/га, семян — 0,52 т/га; средняя общая длина стеблей 0,75 м; средний диаметр стеблей 1,32 мм; густота стеблестоя 1600 шт/м²; зона расположения семенных коробочек 0,23 м; влажность: стеблей — 63,3%; семенных коробочек — 44,8%. Уборку посевов в опытах проводили в соответствии с ГОСТом 337734-2016 [15], оценку льнотресты согласно ГОСТу 53143-2008 [16], льна трепаного по ГОСТу 53484-2009 [17].

В процессе исследований применялись методы общего и логического анализа, расчетно-конструктивный, теоретической механики. Использовали компьютерные программы, теорию вероятности и математическую статистику [18].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Рассмотрим основные параметры теребильной секции аппарата с поперечными ручьями: ширину захвата секции, радиусов (диаметров) теребильного шкива и отклоняющего ролика; проведем анализ перемещения стеблей в зоне неподвижных направляющих, эквидистантных рабочей поверхности отклоняющего ролика, рассмотрим возможность теребления короткостебельного льна таким аппаратом.

Ширина захвата в теребильной секции устанавливается исходя из следующих предпосылок: секция с меньшей шириной захвата имеет преимущества перед секцией с большей шириной захвата, особенно в части уменьшения растянутости ленты льна. В то же время они значительно более материалоемкие и трудоемкие в изготовлении. Поэтому при выборе ширины захвата теребильной секции необходимо сочетать технологические факторы с конструкционными, исходя из того, чтобы при приемлемом (достаточном) качестве работы получить максимально возможную ширину захвата секции. Теребильные аппараты в отечественных и многих зарубежных льноуборочных машинах имеют ширину захвата, каждой теребильной секции 0,38 м; но они не вполне отвечают исходным требованиям (агротехническим) по показателям качества работы. Однако и в отечественных, и в зарубежных теребильных аппаратах этот параметр можно считать устоявшимся [6, 13].

Но аппарат с шириной захвата секции 0,31 м по показателям качества работы имеет преимущества перед аппаратами с шириной захвата секций 0,38 м [5, 6, 13]. Уменьшение ширины захвата секций наиболее целесообразно при уборке селекционно-семеноводческих посевов и в первичном семеноводстве, когда стоимость получаемой продукции велика, в сравнении со стоимостью продукции, полученной при уборке товарных посевов.

Для определения радиусов (диаметров) теребильного шкива и отклоняющего ролика обратимся к схеме на рис. 1.

В работах [3, 8, 13] приводятся расчетные значения длины S_p теребящего участка поперечного ручья при которой стебли полностью извлекаются из почвы. Для прямостоящих стеблей параметр S_p должен быть не менее 0,25 м [5, 13], а для полеглых посевов он составляет не менее 0,3 м [8]. Если центры шкивов 3 и роликов 4 (рис. 1, а) расположены на одной горизонтальной оси длина S_p равна длине дуги А₁В₁С₁ (А₂В₂С₂, А₃В₃С₃). Тогда S_p , где — радиус шкива, — угол в радианах, соответствующий дуге А₁В₁С₁, равный 180°. Но в зонах ручья (точки А₁, С₁, А₂, С₂, А₃, С₃) давление ремня 1 на стебли может несколько снизиться, вследствие уменьшения угла до при изменении направления движения ремня, или смещения отклоняющего ролика вверх при изменении натяжения ремня, т.е. угол ${\alpha }_{ш}^{\text{'}}=K_{\alpha }{\alpha }_{ш}$, где коэффициент $K_{\alpha }$— равен 0,8–0,9. С учетом этого $S_p=r_{ш}{\alpha }_{ш}^{\text{'}}=K_{\alpha }{\alpha }_{ш}{r}_{ш}$, откуда

$r_{ш}=S_p/K_{\alpha }{\alpha }_{ш}$, м . (1)

Определим минимально возможную ширину захвата теребильной секции, обозначив ее b_min. Из рис. 1, a следует, что $b=O_1{O}_2=O_1{O}_2^{\text{'}}+O_2^{\text{'}}{O}_2=r_{ш}+{\delta }_c+{\delta }_p+r_p+{\delta }_p+{\delta }_c+r_{ш}$. Тогда

$b_{min}=2\left(r_{ш}+{\delta }_c+{\delta }_p+r_p\right)$, м, (2)

где $r_p$— радиус ролика, м; ${\delta }_c$— толщина слоя стеблей в ручье, м; ${\delta }_p$— толщина ремня, м. Минимально возможное значение ширины захвата секции $b_{min}=2\left(r_{ш}+{\delta }_{c max}+{\delta }_p+r_{p min}\right)$, где ${\delta }_{c max}$— максимально возможная толщина слоя стеблей при работе аппарата, м; $r_{p min}$— минимально допустимый радиус ролика, м.

С учетом (1) и (2) имеем:

$b_{min}$=2S_p /$K_{\alpha }{\alpha }_{ш}+2\left({\delta }_{c max}+{\delta }_p+r_{p min}\right)$, м. (3)

По формуле (3) проведены расчеты минимальной ширины захвата $b_{min}$ теребильной секции для уборки прямостоящего (при $S_p=$ 0,25 м) и полеглого (при $S_p=$ 0,3 м) льна, ${\delta }_{c max}$=0,005 м; ${\delta }_p$=0,01 м; $K_{\alpha }$=0,85; ${\alpha }_{ш}$=π рад. Минимально допустимый $r_{p min}$ радиус ролика зависит от условий работы ремня и его допустимой деформации изгиба. Чем больше угол обхвата ролика ремнем, тем меньше долговечность ремня. При угле обхвата более 150° радиус ролика $r_p$ не может быть менее 0,04 м [13]. Однако, чем меньше радиус роликов, тем хуже стебли будут прижиматься направляющими к ремню, что может привести к ухудшению выполнения технологического процесса аппаратом.

Учитывая изложенное, принимаем $r_{p min}$=0,045 м. Подставляя исходные данные в (3) получим $b_{min}$≈0,35 м.

Таким образом, на основании многолетней практики разработки, исследований и испытаний льнотеребильных аппаратов с поперечными ручьями установлено, что минимальная ширина захвата теребильных секций льнотеребильных аппаратов для уборки прямостоящего льна $b_{min}$≈ 0,31 м, а для уборки и прямостоящего, и полеглого льна 0,35 м.

Радиус ролика находится из схемы на рис. 1 и равенства (3):

$r_{р}=b/2-r_{ш}-{\delta }_c-{\delta }_p=b_{min}/2-S_p/K_{\alpha }{\alpha }_{ш}-{\delta }_{c max}-{\delta }_{p min}$, (4)

По формулам (1) и (4) радиусы $r_{ш}$ и $r_{р}$ определяются при $b_{min}$=0,35 м; S_p=0,3 м; $K_{\alpha }$= 0,85; ${\alpha }_{ш}$=$\pi$ рад; ${\delta }_{с max}$=0,005 м; ${\delta }_{р}$=0,01 м имеем $r_{ш}$=0,112 м, а $r_{р min}$=0,045 м.

Консольно закрепленные изогнутые направляющие 5 (см. рис. 1, a) на участках D₁E₁ и D₂E₂ прижимают стебли к движущемуся ремню 1, которым и перемещаются к последующим теребильным секциям. Рассмотрим взаимодействие движущегося тела (ремня 1) с неподвижной поверхностью(направляющей 2) через промежуточное тело (стебель 3). Схема этого явления показана на рис. 3, a, b.

Ранее исследовались такие взаимодействия для случаев, когда оба тела движутся [5, 7], а когда одно из тел неподвижное не рассматривались.

Ремень 1 (рис. 3, а) действует на стебель 3 с нормально направленной силой N_p, а направляющая 2 с нормально направленной силой N_н. Считаем, что стебель невесомый, тогда N_p=N_н. Двигаясь со скоростью υ_р ремень 1 будет действовать на стебель 3 с силой трения F_р, а направляющая 2 будет действовать на стебель 3 с силой трения F_н, и он будет скользить по направляющей.

При F_р=F_н стебель будет скользить по направляющей равномерно, а если F_р >F_н стебель будет двигаться с ускорением за счет разницы этих сил трения. При скольжении стебля в местах контакта силы трения будут максимальные, т.е. F_{р max} и F_{н max}, а условие движения стебля слева запишется следующим образом:

F_{р max} ≥ F_{н max}. (5)

Сила F_{р max}= f_р N_p, где f_р — коэффициент трения скольжения ремня по стеблю. Сила F_{н max}= f_н N_н, где f_н — коэффициент трения скольжения направляющей по стеблю. С учетом этого движение стебля по направляющей под действием движущегося ремня будет при F_р ≥ F_н. Так как f_р = tgφ_р, а f_н = tgφ_н, где φ_р — угол трения скольжения ремня по стеблю, а φ_н — угол трения скольжения направляющей по стеблю, то условия движения стебля по направляющей под действием ремня будут: f_р ≥ f_н и φ_р ≥ φ_н.

При выполнении этих условий теребление заканчивается в зоне А₁В₁С₁, а в зоне D₁E₁ осуществляется лишь их транспортирование. Кроме того, стебли, движущиеся из зоны А₁В₁С₁ будут подталкивать стебли, находящиеся в зоне D₁E₁ к выходу из нее.

Стебель не будет двигаться, а ремень будет скользить по нему, если

F_{р max} < F_{н max} . (6)

Неравенства f_р< f_н и φ_р< φ_н соответствуют этому случаю.

Если теребление стебля не заканчивается в зоне А₁В₁С₁ ручья и недовытеребленный стебель попадает в зону D₁E₁ ручья, то на него еще действует сила P_i (рис. 3, b).

 

Рис. 3. Схемы для анализа процесса взаимодействия движущегося тела с неподвижной поверхностью через промежуточное тело.

 

С учетом этого для перемещения стебля слева движущимся ремнем необходимо чтобы выполнялось неравенство

F_{р max} ≥ P_i + F_{н max} . (7)

Так как F_{р max}= f_р N_p = N_p tgφ_р и F_{н max}= f_н N_н= N_н tgφ_н, то при N_p = N_н условие транспортирования стеблей слева будет:

f_р ≥ f_н + (P_i / N_p ) и φ_р ≥ arctg [tgφ_p + (P_i / N_p )]. (8)

Для выполнения этих условий необходимо, чтобы коэффициент трения ремня по стеблю был значительно большим коэффициента трения направляющей по стеблю.

Проанализируем условия теребления стебля из почвы и его перемещения по направляющим.

На рис. 4 показан вид сбоку на недовытеребленный стебель 3, зажатый между отклоняющим роликом 1 и двумя направляющими 2, выполненными из прутковой стали.

 

Рис. 4. Схема к определению условий довытеребливания стебля.

 

Направляющие подпружинены (на схеме не показано) и поджимают стебли к ремню. Для дотеребливания стебля из почвы необходимо преодолеть силу Р_i, с которой на него воздействует грунт. При движении аппарата со скоростью υ_м ремень давит на стебель с силой N_p, а направляющие давят на него с силой N_н. Сумма появляющихся при этом сил трения F_p и F_н больше силы сопротивления Р_i. Максимальное значение этих сил будет F_{р max} и F_{н max}. Для вытеребливания стебля из грунта и преодоления силы Р_i необходимо чтобы выполнялось неравенство

$F_{p max}+F_{н max}\ge P_i$. (9)

Сила F_{р max}= f_р N_p, а сила F_{н max}= f_н N_н; при N_p=N_н имеем, F_{p max}+F_{н max}=N_p (f_р + f_н). Подставляя это равенство в неравенство (9), имеем условие к вытеребливанию стеблей в зоне ролика:

$N_{р}\ge P_i/\left(f_{р}+f_{н}\right)$. (10)

Неравенства (8) и (10) характеризуют условия, при которых стебель, недовытеребленный в зоне шкива и находящийся в зоне ролика, будет вытереблен и перемещен в последующие ручьи.

Современные теребильные машины должны обеспечивать уборку короткостебельного льна, который при неблагоприятных условиях (в засушливые годы) вырастает на льняных полях. Уборка такого льна представляет определенную трудность.

При подведении делителями стеблей в устье теребильного ручья Е₁ (рис. 5, b, c, d ) основания крайних стеблей более удалены от его начала E₁, в сравнении с основанием центрального стебля.

Если будет обеспечено качественное теребление крайних стеблей без расплющивания семенных коробочек, то теребление центральных стеблей также будет обеспечено.

На рис. 5 показаны варианты зажатия между ремнем 1 и диском 2 крайних 3, 4 и центрального 5 стеблей при их тереблении в зависимости от высоты расположения устья Е₁ теребильного ручья. Вид сзади перпендикулярно плоскости АЕ₁С со стороны оси ОZ крайних стеблей АЕ₁Е₃ и СЕ₁Е₃, зажатых между ремнем 1 и диском 2, показаны на схеме (рис. 5, а).

 

Рис. 5. Схемы к определению возможности теребления короткостебельного льна: а) положение растений и проекции стеблепод- водов делителя D1′D1Е и ЕD2 H′ на горизонтальную плоскость; b, c, d) элементарный пучок растений при воздействии на них делителей; 1 — теребильный ремень; 2 — теребильный диск; 3, 4 — крайние стебли; 5 — центральный стебель.

 

При тереблении стеблей необходимо, чтобы их зажатие было ниже начала соцветия в точке Е₂ (рис. 5, а, b), выше которой располагается зона Е₂Е₃ семенных коробочек. Недопустимым является частичное (рис. 5, c), либо полное (рис. 5, d) зажатие стеблей, приводящее к плющению семенных коробочек.

С учетом изложенного, условие зажатия стеблей для их теребления без расплющивания семенных коробочек будет [6]:

$A{E}_1+B_p\le L_{т}$, (11)

где $A{E}_1$— длина части стебля от корневой шейки до точки зажима Е₁, м (рис. 5, а); $B_p$— ширина теребильного ремня, м; $L_{т}$— техническая длина стебля (длина стебля от корневой шейки до начала соцветия), м.

Длина АЕ₁ стебля равна $Z_{к}/\sin \alpha$, где $Z_{к}$— высота теребления ЕЕ₁, м; $\alpha$— угол наклона крайнего стебля до горизонтали, град [6]. Тогда

 $A{E}_1=\sqrt{{\left(b/2\cos \theta \right)}^2+Z_{к}^2}$, (12)

где $\theta$— угол между линиями АЕ и АВ (рис. 5, а).

Условие теребления стеблей аппаратом без расплющивания семенных коробочек в неравенстве (11) будет

$L_{т}\ge \sqrt{{\left(b/2\cos \theta \right)}^2+Z_{к}^2}+B_p$. (13)

Минимально допустимая техническая длина L_{т min} стебля при которой он будет вытереблен из грунта:

$L_{т min}=\sqrt{{\left(b/2\cos \theta \right)}^2+Z_{к}^2}+B_p$. (14)

По литературным данным [19, 20] техническая длина $L_{т}$ стебля меньше общей длины $L_0$ стебля на 5–15%. Обозначим отношение $L_0/L_{т}$ через ξ, тогда ,$L_0=L_{т}\xi$ где ξ =1,05–1,15. С учетом этого минимальная высота $L_{0 min}$ стеблестоя льна, пригодного для механизированной уборки, будет:

$L_{0 min}=\xi \left[\sqrt{{\left(b/2\cos \theta \right)}^2+Z_{к}^2}+B_p\right]$. (15)

Анализ полученной зависимости показал, что высота стеблестоя, пригодного для теребления, с уменьшением параметров $B_p$, и $Z_{к}$ уменьшается.

По формуле (15) проведены расчеты и определена минимальная высота $L_{0 min}$ стеблестоя в зависимости от ширины захвата $b$ теребильной секции при ξ =1,1; $B_p$=0,1 м; $b$=0,25; 0,30; 0,35 и 0,4 м. Полученные данные представлены графически на рис. 6. Расчеты показали, что минимальная высота $L_{0 min}$ стеблестоя, пригодного для теребления при $Z_{к}$=0,06 м и $b$=0,3 м составляет 0,3–0,35 м.

 

Рис. 6. Зависимость минимальной высоты $L_{0 min}$ стеблестоя льна от ширины захвата $b$ теребильной секции: 1 – $\theta$ = 30º;  $Z_{к}$= 0,06 м; 2 – $\theta$= 30º;  $Z_{к}$= 0,14 м; 3 –  $\theta$= 30º;  $Z_{к}$= 0,22 м; 4 –  $\theta$= 40º;  $Z_{к}$= 0,06 м; 5 –  $\theta$= 40º;  $Z_{к}$= 0,14 м; 6 –  $\theta$= 40º;  $Z_{к}$= 0,22 м; 7 –  $\theta$= 50º;  $Z_{к}$= 0,06 м; 8 –  $\theta$= 50º;  $Z_{к}$= 0,14 м; 9 –  $\theta$= 50º;  $Z_{к}$= 0,22 м.

Результаты лабораторно-полевых опытов по определению показателей качества выполнения технологического процесса опытными теребильными аппаратами при агротехнической оценке показаны на рис. 7.

 

Рис. 7. Зависимость чистоты $a_T$ теребления, потерь $b_C$ семян, растянутости $C_{л}$ ленты и повреждений $d_{л}$ стеблей от скорости ${\upsilon }_{м}$ агрегата у теребильных аппаратов машин: ТЛН- 1,9П — 1; ТЛН-1,9М — 2; ТЛН-1,9К — 3.

 

Сравнительный анализ агротехнических показателей качества работы опытных теребильных аппаратов показывает, что на агрофоне, соответствующем исходным (агротехническим) требованиям, они выполняют технологический процесс на уровне этих требований. У аппаратов ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9К агротехнические показатели различаются незначительно. У аппарата ТЛН-1,9П эти показатели существенно ниже, и обуславливаются несовершенством его конструкции — расположением труб рамы над теребильными шкивами, что приводит к разделению технологических потоков растений льна и большей шириной захвата секций.

Поэтому при проектировании теребильных аппаратов такую компоновку рамы аппарата из конструкции необходимо исключить. Резервом для повышения показателей качества работы теребильных аппаратов является возможность их работы с оптимальным показателем скоростного режима $\mu ={\upsilon }_{м}/{\upsilon }_{р},$ равного 1, путем возможности изменения скорости υ_р теребильного ремня [6, 8, 13].

Экспериментально получено также, что размещение рамы над теребильными шкивами снижает разрывную нагрузку стеблей в сравнении с ее размещением за теребильными шкивами.

В варианте I при ${\upsilon }_{м}$= 1,6–3,2 м/с средняя разрывная нагрузка стеблей была 22,5Н, а в вариантах II и III она составила 24Н и 24,5Н соответственно, то есть на 1,5Н и 2Н выше. Средний номер льнотресты в варианте I был 1,25 номера, а в вариантах II и III — 1,5 номера [16]. Полученные данные подтверждают снижение отрицательного воздействия аппаратов ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9К на стебли в сравнении с аппаратом ТЛН-1,9П.

Технологической оценкой тресты подтверждено, что применение аппаратов ТЛН-1,9К и ТЛН-1,9М обеспечивает более высокие показатели выработки и номера длинного волокна (табл.) в сравнении с аппаратом ТЛН-1,9П.

 

Таблица. Результаты технологической оценки льнотресты в лабораторно-полевом опыте с теребильными аппаратами ТЛН-1,9П, ТЛН-1,9М и ТЛН-1,9К

Table. The results of the technological assessment of flax straw in laboratory and field testing with the TLN-1.9P, ТLN-1.9M and TLN-1.9K pulling machines

Номер варианта	Вариант	Скорость агрегата υм, м/с	Длинное волокно
			в=0,31 м			в=0,35 м			в=0,38 м
			Выход, %	Средний номер	Проценто-номер	Выход, %	Средний номер	Проценто-номер	Выход, %	Средний номер	Проценто-номер
I	ТЛН-1,9П	1,6							12,48	9,30	116,01
		3,2							12,69	9,33	118,40
II	ТЛН-1,9М	1,6				13,00	9,39	121,2
		3,2				13,19	9,45	122,7
III	ТЛН-1,9К	1,6	13,39	9,52	127,5
		3,2	13,42	9,50	127,6

 

На скоростях работы агрегата =1,6–3,2 м/с и ширине захвата теребильной секции в, равной 0,31...0,38 м, выработка длинного волокна (средняя) составила: в варианте I — 12,59%, в варианте II — 13,01%, а в варианте III — 13,41%, что на 0,42% и на 0,82% выше, чем в варианте I соответственно. Изменение показателя выработки длинного волокна по вариантам было выше, чем изменение показателя номера длинного волокна (табл.). В варианте I средний номер волокна составил 9,32 ед, в варианте II — 9,42 ед, в варианте III — 9,51 ед.

Следовательно технологическая оценка подтверждает наиболее высокий выход длинного волокна при уборке посевов теребильным аппаратом ТЛН-1,9К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В современных технологиях уборки льна основной технологической операцией является механизированное теребление растений. Для сохранения выращенного урожая необходимо постоянное совершенствование льнотеребильных аппаратов, конструкционные особенности рабочих органов которых могут оказывать механическое влияние на растения, приводящие к ухудшению количественных и качественных показателей работы.
2. Наиболее перспективным является льнотеребильный аппарат с поперечными ленточно-дисковыми ручьями. Настоящим анализом установлено, что в существующих аппаратах недостаточно обоснованы основные конструкционные параметры теребильных секций, не рассмотрены особенности их компоновки, мало изучен процесс перемещения стеблей в зоне неподвижных направляющих, не определены возможности уборки короткостебельного льна, требуется уточнение режимов их работы.
3. Получены теоретические зависимости, позволяющие определить радиус теребильного шкива (1), минимальную ширину захвата секций (3), радиус отклоняющего ролика (4), и установить условия (8) и (10), при которых стебель недовытеребленный в зоне шкива и находящийся в зоне отклоняющего ролика, будет вытереблен и перемещен по направляющим в последующий теребильный ручей.
4. Установлена зависимость (15) минимальной высоты растений льна для его механизированного теребления от ширины захвата теребильной секции, ширины теребильного ремня и высоты теребления. При ширине захвата секции 0,31 м и высоте теребления 0,06 м можно производить теребление льна с длиной стеблей 0,3–0,35 м.
5. Получены закономерности в виде квадратических парабол изменения агротехнических показателей качества работы от основных параметров и режимов работы аппарата с ленточно-дисковыми ручьями. Они отвечают агротехническим требованиям при скорости агрегата 1,6–3,2 м/с, скорости теребильных ремней 2,7–2,8 м/с, ширине захвата теребильных секций 0,31 м и 0,35 м. Технологическая оценка льнотресты подтверждает данные визуальной оценки повреждений стеблей.
6. 6. При компоновке теребильных аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями для исключения разделения технологических потоков растений, поступающих из теребильных секций, элементы конструкции рамы следует располагать за теребильными шкивами, применять технические решения, обеспечивающие работу аппарата с кинематическим режимом , равным единице, и ширину захвата секций 0,31 м для уборки селекционно-семеноводческих посевов и 0,35 м для товарных посевов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. Р.А. Ростовцев ― формулирование концепции решения, постановка задачи, анализ результатов исследования; М.М. Ковалев ― научное руководство, подготовка начального текста с последующей доработкой, проведение критического анализа исследований, визуализация, утверждение финальной версии; Г.А. Перов ― определение методологии исследования, сбор и анализ материалов по теме исследования, проведение исследований, доработка текста; С.В. Просолов ― подготовка и анализ литературных данных, проведение исследований и обработка экспериментальных данных. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи), прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

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

Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках Государственного задания ФГБНУ ФНЦ ЛК (№ FGSS-2022-0005).

ADDITIONAL INFORMATION

Authors` contribution: R.A. Rostovtsev ― formulation of the solution concept, problem statement, analysis of research results; M.M. Kovalev ― scientific guidance, preparation of the initial text with subsequent revision, conducting a critical analysis of research, visualization, approval of the final version; G.A. Perov ― definition of research methodology, collection and analysis of materials on research topic, research, revision of the text; S.V. Prosolov ― preparation and analysis of literary data, research and processing of experimental data. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests..

Funding source. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the State Assignment of the Federal Scientific Center for Bast Crops (No. FGSS-2022-0005).

About the authors

Roman A. Rostovtsev

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

Email: info@fnclk.ru
ORCID iD: 0000-0003-0368-1035
SPIN-code: 9513-1220

Corresponding Member of RАS, Professor, Dr. Sci. (Tech.), Director

Russian Federation, Tver

Mixail M. Kovalev

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

Author for correspondence.
Email: m.m.kovalev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2424-4205
SPIN-code: 6189-8619

Dr. Sci. (Tech.), Chief Researcher of the Agroengineering Technologies Laboratory

Russian Federation, Tver

Gennady A. Perov

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

Email: vniiml2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5830-6817
SPIN-code: 4478-4991

Cand. Sci (Tech.), Leading Researcher of the Agroengineering Technologies Laboratory

Russian Federation, Tver

Sergey V. Prosolov

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

Email: tver.dep.sela@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5879-905X
SPIN-code: 9704-6380

Junior Researcher of the Agroengineering Technologies Laboratory

Russian Federation, Tver

References

Supplementary files