Investigation of the process of flax pulling by devices with transverse channels

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Лен-долгунец остается в стране единственной культурой стратегического назначения в силу возможности его использования в различных отраслях народного хозяйства. Несмотря на это, особенно в последние годы, имеет место уменьшение объемов его производства, а качество льносырья остается низким [1]. Сокращение импортных поставок целлюлозного текстильного сырья может быть достигнуто созданием отечественной сырьевой базы, увеличением урожайности культуры и повышением качества льнопродукции [2, 3]. Объемы и качество льнопродукции в значительной степени определяются технологиями уборки культуры с последующим приготовлением и реализацией льносырья на перерабатывающие предприятия.

Для эффективного использования технических средств на последующих технологических операциях, каждая из них должна создавать наилучшие условия для выполнения последующих воздействий рабочих органов. Поэтому для сохранения урожая необходимо постоянное совершенствование льнотеребильных аппаратов в направлении снижения отрицательного влияния их рабочих органов на растения, приводящее к ухудшению показателей работы [4].

Уборку льна осуществляют по пяти технологиям: сноповой, комбайновой, двухфазной, комбинированной и дифференцированной. Указанные технологии направлены на получение высококачественной льнотресты либо семян [5], в которых механизированное теребление посевов является основной технологической операцией, выполняемой льнотеребильными аппаратами разных конструкций. Широкое применение получили теребильные аппараты с ленточно-дисковыми ручьями, характеризующиеся тем, что у них равномерное давление по длине ручья, скольжение ремня по теребильному шкиву отсутствует, надежность выполнения технологического процесса высокая, а мощность на привод наименьшая, что позволяет считать его наиболее перспективным для применения в льнотеребильных аппаратах [5–7].

Поэтому ленточно-дисковые теребильные ручьи, имеющие наиболее простую конструкцию, получили основное применение в аппаратах с поперечным относительно движения мобильного энергосредства технологическим потоком вытеребливаемых растений льна: с расстилом лент льна в сторону убранного поля (ТЛН-1,5А), и с расстилом лент между колёс энергосредства (прямоточные теребильные аппараты ТЛН-1,9ПМ).

Известны многочисленные работы, в которых изложены теория и методы расчета аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями, исследовано взаимодействие рабочих органов с растениями льна, разработаны эффективные приемы, направленные на повышение качества и надежности выполнения процесса теребления льна-долгунца [8–12].

Вместе с тем, анализ работ по исследованию процесса теребления растений льна-долгунца аппаратами с поперечными ленточно-дисковыми ручьями показал, что ряд вопросов остаются малоизученными или не рассмотренными. Не проведен анализ действия сил инерции растений при перемещении в криволинейных теребильных ручьях, не установлено их влияние на качество выполнения технологического процесса, не определено условие теребления всех растений из почвы без их чрезмерного расплющивания.

Цель работы — теоретическое и экспериментальное исследование процесса теребления растений льна-долгунца аппаратами с поперечными ленточно-дисковыми ручьями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Развитие конструкций льнотеребильных аппаратов и опыт их эксплуатации показывает, что в наибольшей степени удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям аппараты с поперечными ленточно-дисковыми ручьями, когда технологические потоки растений движутся в поперечных к перемещению машины направлениях и расстилаются по льнищу на стороне убранного поля или между колёс мобильного энергосредства при прямоточном технологическом процессе. Две секции такого аппарата показаны на рис. 1, с шириной захвата «b» для каждой.

 

Рис. 1. Схемы к анализу сил инерции в аппарате с поперечными ленточно-дисковыми ручьями: а — вид сверху; b — вид сбоку: 1 — теребильный ремень; 2 — ведущий шкив; 3 — теребильные шкивы; 4 — отклоняющие ролики; 5 — верхние и нижние направляющие; 6 — рама; 7, 8 — центральные и боковые стеблеподводы переменной кривизны, 9 — растения льна.

Fig. 1. Schemes for the analysis of inertia forces in a device with transverse belt-disc channels: а — top view; b — side view: 1 — a pulling belt; 2 — a driving pulley; 3 — pulling pulleys; 4 — deflecting rollers; 5 — upper and lower guides; 6 — a frame; 7, 8 — central and lateral stem guides of variable curvature; 9 — flax plants.

 

Учитывая перспективность таких аппаратов, они постоянно совершенствуются путем введения в них инновационных конструкционных элементов. Для обеспечения стабилизации давления в теребильных ручьях и устранения разделения технологических потоков растений рамы 6 располагают за теребильными шкивами 3, а теребильные секции оснащаются делителями со стеблеподводами переменной кривизны, обеспечивающие целенаправленное движение растений в пространстве между смежными делителями, уменьшая растянутость растений в ленте [6, 8, 9].

При тереблении растений 9 они стеблеподводами 7, 8 делителей подводятся в устья К₁, К₂ теребильных ручьев, затем на дугообразных участках А₁В₁С₁, Д₁Е₁, А₂В₂С₂ извлекаются из почвы. Отдельные технологические потоки растений формируются в ленту и расстилаются по льнищу.

При движении в точках растений появляются центростремительные ускорения в зоне шкивов W_ш и в зоне отклоняющих роликов W_р, и центробежные силы инерции Р_ш и Р_р соответственно. На рис. 1, а показаны векторы этих ускорений и сил инерции.

Экспериментальные исследования проводили в Федеральном научном центре лубяных культур в г. Твери. В процессе исследований использовали методы общего и логического анализа, расчетно-конструктивный, теоретической механики. Использовали компьютерные программы, теорию вероятности и математическую статистику [13–15].

Во время проведения опытов применяли стандартную аппаратуру и специально разработанные установки. Лабораторно-полевые исследования проводили на изготовленной установке, схема которой показана на рис. 2, а.

 

Рис. 2. Схема установки для исследования отрыва семенных коробочек льна с ленты растений, зажатой в дугообразном теребильном ручье (а) и схема отгиба ленты растений (b): 1 — теребильный шкив; 2 — дугообразная опора; 3 — узкая накладка из резины; 4 — несущие стержни; 5 — площадка; 6 — динамометр; 7 — пружина; 8 — неподвижный кронштейн; 9 — лента растений; 10 — пластины крепления шкива; 11 — винтовой механизм.

Fig. 2. The scheme of the installation for the study of the separation of flax balls from a plant ribbon clamped in an arc-shaped pulling channel (а) and the scheme of bending the plant belt (b); 1 — a pulling pulley; 2 — an arc–shaped support; 3 — a narrow rubber lining; 4 — bearing rods; 5 — a platform; 6 — a dynamometer; 7 — a spring; 8 — a fixed bracket; 9 — a plants belt; 10 — pulley mounting plates; 11 — a screw mechanism.

 

Необходимость исследования процесса отгиба ленты растений и условий отрыва семенных коробочек с цветоножек объясняется тем, что при перемещении ленты растений по дугам теребильного шкива и отклоняющего ролика возникают силы инерции, под действием которых создаются моменты отгиба растений, во время которого вследствие растяжения верхней части ленты возможен отрыв семенных коробочек с цветоножек на ней.

Для проведения опыта выбирали участки поля с наличием на них растений среднеспелого сорта «ВИЗИТ» с требуемыми характеристиками, которые вытеребливали вручную и доставляли в лабораторию, где их сортировали по общей длине растений. Для исследований формировали отрезки ленты растений длиной 0,1 м с числом растений по 125 и 290 шт, что соответствует 1250 и 2900 шт на погонном метре ленты, незначительной (2–3) и значительной (5–6) обсемененностью растений (показателям, наиболее характерным для реальных условий работы уборочных машин) .

Относительная растянутость растений в пробе лент была 1,2 раза, общая длина растений 0,8 м, а зона расположения семенных коробочек в верхней части ленты составила 0,3 м. Диаметр стеблей растений был 1,0–1,5 мм (тонкостебельный лен, наиболее эффективный для переработки на волокно) и 2,0–2,5 мм (толстостебельный лен, менее эффективный для переработки на волокно). Спелость семенных коробочек была: в ранней жёлтой спелости — 75% семенных коробочек были зеленого цвета и 25% — жёлто-зеленого, а в жёлтой — 48% жёлто-зеленых и 52% жёлтых.

Для проведения опыта ленту растений 9 укладывали на дугообразную опору 2, после чего её прижимали теребильным шкивом 1, посредством пластин 10 с винтами, к дугообразной опоре 2. Затем на ленту растений 9 укладывали накладку 3, связанную с несущими стержнями 4, закреплёнными к площадке 5, к которой присоединен динамометр 6, с пружиной 7 и винтовым механизмом 11. Использование такого устройства позволяет осуществлять изменение силы Q, а следовательно и отгиба S₀ ленты растений с фиксацией показаний на приборе динамометра. После каждой установки пружины 7 замеряли отгиб S₀ (рис. 2, b). Располагая значениями S₀ и расстоянием l₀ от шкива 1 до линии действия силы Q, определяли угол отгиба ψ₀ ленты растений по формуле:

${\mathrm{\psi }}_0=\mathrm{arctg}\left(S_0/l_0\right)$. (1)

Учитывая большую трудоёмкость опытов, они проводились в трёхкратной повторности [5]. Полученные данные эксперимента обрабатывали по известным методикам [14, 15].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рассмотрим действие сил инерции растений льна-долгунца при их перемещении в дугообразных теребильных ручьях, их влияние на качество выполнения технологического процесса, установим условие теребления всех растений из почвы без их чрезмерного расплющивания.

Пусть растение льна 9 массой m_p в положении М (рис. 1) движется вместе с теребильным ремнем 1 со скоростью V_П по криволинейной (далее дугообразной) траектории радиусом кривизны r_ш в зоне теребильного шкива 3, и радиусом кривизны r_р в зоне отклоняющего ролика 4 в положении растения в точке М₁.

При постоянной скорости V_П растения льна в зоне шкива 3 будут иметь только центростремительное ускорение W_ш, которое направлено вдоль линии МО₁, а в зоне отклоняющего ролика 4 W_р направленное вдоль линии М₁О₂′. В соответствии с положениями теоретической механики [13] можно записать, что в зоне теребильного шкива

$W_{\text{ш}}=V_{\Pi }^2/r_{\text{ш}}$; (2)

отклоняющего ролика

$W_{\text{р}}=V_{\Pi }^2/r_{\text{р}}$. (3)

При прямолинейном и равномерном движении осей О₁ и О₂ сила инерции Р_ш растения массой m_p в положении М будет:

$P_{\text{ш}}=-m_{\text{р}}{W}_{\text{ш}}=-m_{\text{р}}\left(V_{\Pi }^2/r_{\text{ш}}\right)$. (4)

Аналогично с (4) сила инерции Р_р растения в его положении М₁ запишется:

$P_{\text{р}}=-m_{\text{р}}{W}_{\text{р}}=-m_{\text{р}}\left(V_{\Pi }^2/r_{\text{р}}\right)$. (5)

В (4) и (5) знак $"-"$ указывает на то, что направления векторов сил Р_ш и Р_р противоположны векторам ускорений W_ш и W_р.

Количество растений, приходящееся на единицу длины i_ор теребильного ремня 1 будет [10]:

$i_{\text{ор}}=b{i}_{\text{o}}j\mu$, (6)

где i_о — густота растений (количество растений на 1 м² поля); b — ширина захвата теребильной секции; j — номер теребильной секции в аппарате; μ — показатель скоростного режима (отношение скорости машины V_М к скорости теребильного ремня V_П.

При равномерном распределении растений по длине ремня масса растений m_p1 приходящаяся на единицу длины ремня равна:

$m_{\text{p1}}{i}_{\text{op}}=b{i}_{\text{o}}j{m}_{\text{p}}\mu$. (7)

Подставляя в (4) и (5) вместо m_p значение $m_{\text{p1}}{i}_{\text{op}}$ из (7) получим силы инерции Р_ш и Р_р растений, расположенных на единице длины ремня:

$P_{\text{ш}}=-b{i}_{\text{o}}j{m}_{\text{p}}\mu \left(V_{\Pi }^2/r_{\text{ш}}\right)$; (8)

$P_{\text{р}}=-b{i}_{\text{o}}j{m}_{\text{p}}\mu \left(V_{\Pi }^2/r_{\text{р}}\right)$. (9)

Анализ формул (8) и (9) показывает, что с уменьшением радиуса кривизны ремня силы инерции, больше. Возрастают они также с увеличением ширины захвата и количества секций, густоты растений, показателя скоростного режима аппарата и скорости ремней.

Построенные на основе формул (8) и (9) эпюры сил инерции растений в плоскости теребильного аппарата и в плоскостях, перпендикулярных к нему по всей высоте растений (рис. 3) показывают, что силы инерции наибольшие в зонах отклоняющего ролика и направляющих, а в зоне теребильного шкива они наименьшие.

 

Рис. 3. Направления сил инерции растений в плоскости теребильного аппарата (a) и в плоскостях, перпендикулярных к нему (b, c).

Fig. 3. Directions of inertia forces of plants in the plane of the pulling device (a) and in planes perpendicular to it (b, c).

 

Силы инерции действуют как в зоне зажатия растений ремнем и направляющими, так и по всей их высоте. В силу того, что ремень натянут и направляющие закреплены прочно, то он не отходит от шкива, а направляющие от ремня. Однако, не зажатые части растений (верхушечная и нижняя части) могут отогнуться под действием изгибающего момента, созданного силами инерции относительно плоскости нахождения ремня и направляющих.

Определим эти изгибающие моменты. Изгибающие моменты, создаваемые силами инерции, действуют на участках h₁h₂ и h₃h₄ растений (рис. 3, b), и на участках l₁l₂ и l₃l₄ (рис. 3, c). Исходя из допущения, что силы инерции одинаковы по всей высоте растений и сила инерции Р_ш формула (8) действует на всем участке h₁h₂, следует, что равнодействующая распределённой нагрузки на участке h₁h₂ нижней части растений равна $\left[P_{\text{ш}}/\left(h_1{h}_4\right)\right]\left(h_1{h}_2\right)=P_{\text{шн}}$.

Приложена эта равнодействующая распределённой нагрузки посередине участка h₁h₂ на расстоянии $\left(h_1{h}_2\right)/2$ от нижней кромки ремня. Момент М_шн относительно точки h₂ будет

$M_{шн}=P_{шн}\left[{\left(h_1{h}_2\right)}^2/2\left(h_1{h}_4\right)\right]$, (10)

где h₁h₂ и h₃h₄ — расстояния между соответствующими точками h₁ и h₂, h₃ и h₄.

На верхней части h₃h₄ растений, равнодействующая $P_{\text{шв}}$ распределённой нагрузки равна $\left[P_{\text{ш}}/\left(h_1{h}_4\right)\right]\left(h_3{h}_4\right)$, и приложена посередине между точками h₃ и h₄ на расстоянии $\left(h_3{h}_4\right)/2$ от верхней кромки (края) ремня. Момент М_шв относительно точки h₃ равен:

$M_{\text{шв}}=P_{\text{шв}}\left[{\left(h_3{h}_4\right)}^2/2\left(h_1{h}_4\right)\right]$. (11)

Изгибающие моменты (см. рис. 3, b) создают силы, действующие на участках l₁l₂ и l₃l₄. Считая, что эти силы одинаковы по всей высоте растений, и сила Р_рн по формуле (9) действует по всей высоте (участку растений) l₁l₄, то равнодействующая распределённой нагрузки на нижнем участке l₁l₂ будет равна $\left[P_{\text{р}}/\left(l_1{l}_4\right)\right]\left(l_1{l}_2\right)=P_{\text{рн}}$. Приложена она посередине между точками l₁ и l₂ на расстоянии $\left(l_1{l}_2\right)/2$ от нижней направляющей. Момент Мрн, создаваемый относительно точки l₂ (относительно нижней направляющей) будет:

$M_{\text{рн}}=P_{\text{рн}}\left[{\left(l_1{l}_2\right)}^2/2\left(l_1{l}_4\right)\right]$ (12)

На участке l₃l₄ верхней части растений равнодействующая Р_рв распределённой нагрузки $\left[P_{\text{р}}/\left(l_1{l}_4\right)\right]\left(l_3{l}_4\right)$, приложенная посередине между точками l₃ и l₄ на расстоянии $\left(l_3{l}_4\right)/2$ от верхней направляющей. При этом момент М_рв, создаётся относительно верхней направляющей и равен:

$M_{\text{рв}}=P_{\text{рв}}\left[{\left(l_3{l}_4\right)}^2/2\left(l_1{l}_4\right)\right]$. (13)

От действия моментов $M_{\text{шн}}$ и М_рн возможен отгиб корней растений в направлении векторов (см. рис. 3, b и 3, c). Величина их отгиба зависит от сопротивления растений отгибу.

При таком отгибе возможно появление на растениях повреждений, влияющих на выработку длинного волокна, таких, как например надлом древесины. Кроме того, под действием моментов М_шв и М_рв может иметь место растягивание верхушечной части растений с отрывом семенных коробочек, что недопустимо. Для недопущения этого явления необходимо ограничить моменты М_шв и М_рв, которые обуславливают отгиб растений.

В ФГБНУ ФНЦ ЛК проведены исследования процесса отгиба ленты растений льна, сцепленной в верхней части семенными коробочками, при её нахождении в криволинейном теребильном ручье. Результаты эксперимента показаны в табл. 1.

 

Таблица 1. Результаты исследования отгиба ленты растений и условий отрыва семенных коробочек от соцветий

Table 1. The results of the study of the bending of the plants belt and the conditions for the separation of flax balls from inflorescences

Количество растений на одном погонном метре длины ленты, шт/м	Фаза спелости растений льна	Количество семенных коробочек на растении (обсемененность), шт	Угол отгиба ленты растений при котором начинается отрыв семенных коробочек ψ0 , град	Масса m оторванных семенных коробочек (г), при отгибе ленты растений на угол:
				ψ0	ψ0 +10°	ψ0 +20°
125	Ранняя жёлтая	2–3	30,2	0,08	0,14	0,20
		5–6	28,1	0,12	0,24	0,32
290		2–3	29,1	0,13	0,19	0,26
		5–6	26,7	0,18	0,29	0,42
125	Жёлтая	2–3	29,3	0,11	0,16	0,26
		5–6	26,2	0,16	0,28	0,36
290		2–3	27,0	0,28	0,36	0,41
		5–6	25,0	0,38	0,45	0,56

 

Полученные данные свидетельствуют о том, что угол отгиба ψ₀ в основном зависит от количества семенных коробочек на растении (обсемененности) и количества растений на одном погонном метре длины ленты. В меньшей степени от фазы спелости растений льна. Чем больше обсемененность и количество растений на одном метре длины ленты, тем меньше угол ψ₀, при котором начинается отрыв семенных коробочек с растений.

Трехфакторным дисперсионным анализом [14, 15] установлено, что действие факторов: количества семенных коробочек на растениях и количество растений на одном погонном метре длины ленты, а также фазы спелости культуры достоверно. Наибольшее влияние на угол отгиба ψ₀ ленты растений оказывает количество коробочек на нем (доля влияния 50,3), затем количество растений на одном погонном метре длины ленты (доля влияния 39,5). Наименьшее влияние на значение угла ψ₀ в эксперименте оказала фаза спелости растений (доля влияния 10,2).

Для устранения потерь семенных коробочек в процессе движения ленты растений в криволинейных теребильных ручьях при уборке высокоурожайного льна (наиболее сложные условия) необходимо, чтобы угол отгиба ψ₀ ее был меньше 25° (см. табл. 1) и не превышал его предельных значений, равных ≈ 0,8 ψ₀, который обозначим ψ_0П ≈ 20°.

Таким образом проведённый эксперимент показал, что предельный угол отгиба ψ_0П ленты не должен быть больше 20°. При таком угле отгиба ψ_0П изгибающий одиночные растения момент тонкостебельного льна в фазе ранней жёлтой спелости равен 18·10^-3 Нм, а толстостебельного он составляет 32·10^-3 Нм. В фазе жёлтой спелости эти изгибающие моменты соответственно равны 28·10^-3 Нм и 39·10^-3 Нм.

Предельный изгибающий момент обозначим [M_РВП]. Поскольку сила инерции, действующая в зоне отклоняющего ролика наибольшая, то для расчётов принимаем формулу (13), по которой определяется изгибающий момент в зоне этого ролика, но вместо Р_РВ подставляем в эту формулу для каждого растения Р_Р по формуле (5). В этом случае граничный расчётный изгибающий момент будет равен:

$M_{\text{рв}}={Р}_{\text{рв}}\left[{\left(l_3{l}_4\right)}^2/2\left(l_1{l}_4\right)\right]=\left[m_{\text{р}}{v}_{\text{п}}^2{\left(l_3{l}_4\right)}^2\right]/\left[2r_{\text{р}}\left(l_1{l}_4\right)\right]$.

Из неравенства $M_{\text{рв}}\le \left[M_{\text{рвп}}\right]$ с учётом изложенного, получим

$\left[m_{\text{р}}{v}_{\text{п}}^2{\left(l_3{l}_4\right)}^2\right]/\left[2r_{\text{р}}\left(l_1{l}_4\right)\right]\le \left[M_{\text{рвп}}\right]$.

Из этого неравенства следует, что

$v_{\text{п}}\le \sqrt{\left(2r_{\text{р}}\left[M_{\text{рвп}}\right]\left(l_1{l}_4\right)\right)/\left[m_{\text{р}}{\left(l_3{l}_4\right)}^2\right]}$. (14)

Скорость теребильного ремня, рассчитанная по формуле (14), предотвращает большие силы инерции растений, наличие которых ухудшает количественные и качественные показатели работы аппарата.

По формуле (14) проведены расчёты скорости $v_{\text{п}}$ ремня применительно к теребильным секциям аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями (ТЛН-1,5А, ТЛН-1,9П, ТЛН-1,9ПМ и др.): $r_{\text{р}}$ = 0,09 м; средней общей длине растений l₁l₄ = 0,8 м; длине верхушечной части растений l₃l₄ = 0,5 м; для тонкостебельного льна в ранней жёлтой спелости М_РВП = 18·10^-3 Нм; m_р = 0.0018 кг; в жёлтой спелости М_РВП = 28·10^-3 Нм; m_р = 0.002 кг; для толстостебельного льна в ранней жёлтой спелости М_РВП = 32·10^-3 Нм; m_р = 0.002 кг; в жёлтой спелости М_РВП = 39·10^-3 Нм; m_р = 0.0025 кг.

Расчет показал, что скорость $v_{\text{п}}$ теребильного ремня, полученная при указанных исходных данных, находится в пределах 2,7…3,0 м/с, что соответствует этой скорости ремня в серийных и опытных аппаратах с поперечными и продольными ручьями.

Рассмотрим особенности процесса теребления (выдергивания) растений льна из почвы и условия их выполнения.

В процессе теребления растений из почвы [10–12] происходит обрыв его побочных корешков, а затем обрывается главный корень, при котором сила теребления Р достигает максимального значения Р_max. При этом длина пути действия силы теребления Р растения для разных растений разная и составляет от 0,02 до 0,06 м [11, 12]. Для качественного теребления растений необходимо, чтобы на всем убираемом участке в теребильных ручьях было обеспечено достаточное для преодоления этой силы Р_max давление.

Такое условие теребления растений следующее [10–11]: $q\ge P/\left(2B_{\text{p}}{d}_{\text{c}}{f}_{\text{л}}\right)$ , где Р — сила теребления, Н; В_р — ширина ремня, м; d_c — диаметр стебля, м; f_л — коэффициент трения между стеблями льна. Это неравенство справедливо при условии зажатия всех стеблей в ручье если в числитель вместо силы Р подставить силу Р_max, т.е.

$q\ge P_{\text{max}}/\left(2B_{\text{p}}{d}_{\text{c}}{f}_{\text{л}}\right)$. (15)

Увеличивать значительно давление q нельзя, так как это приведёт к чрезмерному расплющиванию стеблей и снижению выработки наиболее ценного длинного волокна. Допустимое давление [q] в ручье, при котором исключается чрезмерное их расплющивание, составляет 180–200 кПа, при среднем давлении 190 кПа [10, 11]. С учётом изложенного получим условие теребления растений из почвы:

$P_{\text{max}}/\left(2B_{\text{p}}{d}_{\text{c}}{f}_{\text{л}}\right)\le \left[q\right]$. (16)

Если $P_{\text{max}}/\left(2B_{\text{p}}{d}_{\text{c}}{f}_{\text{л}}\right)\ge \left[q\right]$ необходимо увеличить ширину ремня В_р так, чтобы соблюдалось неравенство (16).

Давление q согласно [10, 11] равно $S/\left(B_{\text{p}}{r}_{\text{ш}}\right)$, где S — сила натяжения ремня, Н. Подставляя это значение вместо q в левую часть неравенства (15) и решая его относительно силы натяжения S ремня, получим

$S\ge \left(P_{\text{max}}{r}_{\text{ш}}\right)/\left(2d_{\text{c}}{f}_{\text{л}}\right)$. (17)

Таково условие извлечения всех растений льна из почвы без их избыточного расплющивания теребильным аппаратом.

ВЫВОДЫ

1. Вследствие криволинейного движения в теребильных ручьях и около отклоняющих роликов у растений развиваются центробежные силы инерции, что действуют параллельно плоскости теребильного аппарата по всей высоте этих растений (4)–(9). Эти силы тем больше, чем больше масса растений и скорость ремня и меньше радиусы шкива и ролика. Под действием этих центробежных сил возникают моменты, сгибающие ленту растений в плоскости, перпендикулярной плоскости теребильного аппарата, и вызывающие растяжение верхней части ленты растений с отрывом семенных коробочек. Для предотвращения этого явления скорость теребильного ремня должна быть ограничена неравенством (14).
2. Согласно проведенным исследованиями установлено, что при осуществлении технологического процесса допустимое значение угла отгиба ψ₀ ленты растений, сцепленной семенными коробочками и зажатой в дугообразных ручьях, до которого не происходит отрыва семенных коробочек, не должно превышать 20°.
3. При извлечении растений из почвы теребильный аппарат нагружается тем больше, чем больше максимальная сила, потребная для вытягивания растений из почвы. Получены теоретические зависимости (15) и (17) для расчёта процесса извлечения растений из грунта с учётом максимальной силы сопротивления растения выдергиванию, исключающие избыточное расплющивание растений.
4. При проектировании льнотеребильных аппаратов с поперечными ленточно-дисковыми ручьями следует исходить из того, чтобы элементы теребильных ручьев смежных секций имели одинаковые размеры и форму, что позволит исключить пиковые давления в нём, увеличить долговечность теребильного ремня и снизить потери семенных коробочек.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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. 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, conducting research, revision of the text. 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 the absence of obvious conflicts of interests related to the publication of this article.

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
ResearcherId: AIE-3974-2022

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

Russian Federation, Tver

Mikhail M. Kovalev

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

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

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

Russian Federation, Tver

Gennady A. Perov

Federal Research Center for Bast Fiber Crops

Author for correspondence.
Email: vniiml2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5830-6817
SPIN-code: 4478-4991
ResearcherId: AAB-5326-2022

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

Russian Federation, Tver

References

Supplementary files